CC BY
37
УДК 574; 631.46
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ГАЗОННЫХ КУЛЬТУРОФИТОЦЕНОЗОВ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В УСЛОВИЯХ УРБОЛАНДШАФТОВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ
© 2011 г. Л.В. Куринская
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006,
decanat@bio. sfedu.ru decanat@bio. sfedu.ru
Для уменьшения загрязнения почв тяжелыми металлами вдоль автомобильных дорог необходимо создавать поликультурные газоны из устойчивых видов травянистых растений. Поступление тяжелых металлов в растения обусловлено множеством факторов, важнейшими из которых являются свойства почв и динамика почвенных процессов, педохимия металлов, состояние и трансформация их соединений, физиологические особенности растений. Исследования по изучению устойчивости газонных фи-тоценозов к загрязнению почв ацетатом свинца — Festuca rubra L. > Lolium perenne L. > Poa pratensis L., к загрязнению почв оксидом свинца показали, что газонные травы образуют следующий ряд, в порядке снижения устойчивости: Lolium perenne L. > Festuca rubra L.> Poa pratensis L.
Ключевые слова: тяжелые металлы, биогеохимия, придорожный ландшафт, культурофитоценоз, устойчивость, ацетат свинца, коэффициент биологического поглощения.
Polycultivated lawns of stable sorts of grassy plants should be made along highways. It can facilitate reduction in soil pollution with heavy metals. Receipt of heavy metals in plants is caused by set of factors major of which are properties of soils and dynamics of soil processes, a condition and transformation of their connections, physiological features ofplants. Researches on stability studying phytoceno-sis of cultivated plants, to pollution of soils by lead acetate have shown that grasses form the following number, as stability decrease: Festuca rubra L.> Lolium perenne L.> Poa pratensis L.; to pollution of soils by PbO have shown that grasses form the following number, as stability decrease: Lolium perenne L. > Festuca rubra L. > Poa pratensis L.
Keywords: heavy metals, biogeochemistry, roadside landscape, phytocenosis of cultivated plants, fastness, acetate of lead, coefficient of biological absorption.
Для предотвращения деградации почв вдоль автомагистралей рекомендуется создавать «зеленые зоны», преимущественно используя газонные травостои [1, 2]. Однако часто используются травосмеси, не отвечающие техническим требованиям и экологическим условиям произрастания, что приводит к быстрому выпадению ряда видов из культурофитоценоза, появлению рудеральной растительности и снижению сре-дозащитной роли газона.
Цель настоящего исследования - определить наиболее устойчивый к загрязнению тяжелыми металлами вариант травосмеси, пригодный для использования в урболандшафтах степной зоны.
В качестве объекта исследования использованы типичные для урболандшафтов Ростовской области почвы: чернозем обыкновенный среднесуглинистый и газонные травосмеси в следующих вариантах:
- A - 60 % овсяницы красной (Festuca rubra L.), 30 % райграса пастбищного (Lolium perenne L.), 10 % мятлика лугового (Poa pratensis L.);
- B - 55 % овсяницы красной (Festuca rubra L.), 5 % овсяницы овечьей (Festuca ovina L.), 15 % мятлика лугового (Poa pratensis L.), 25 % райграса пастбищного (Lolium perenne L.);
- C - 70 % райграса пастбищного (Lolium perenne L.), 15 % овсяницы красной (Festuca rubra L.), 15 % мятлика лугового (Poa pratensis L.);
- D - 50 % овсяницы красной (Festuca rubra L.), 50 % мятлика лугового (Poa pratensis L.).
При проведении опытов в полиэтиленовые кюветы засыпали почву, имеющую следующие свойства: pH -7,2; гумус - 5,3 %, содержание Pb - 36,4 мг/кг.
В модельных вегетационных исследованиях в одну серию почвенных образцов однократно вносили ацетат свинца (II) в дозах 0, 100, 500, 1000 мг/кг, а в другую - оксид свинца (II) в дозах 0, 10, 100, 300 мг/кг.
Соли уксусной кислоты для моделирования загрязнения почвы были выбраны в связи с их хорошей растворимостью, способностью к быстрому и полному взаимодействию с почвенной массой [3]. В отличие от солей минеральных кислот ацетаты металлов имеют некоторые преимущества: их гидролиз не сопровождается резким сдвигом в область сильнокислой реакции; ацетат-анионы являются естественным продуктом метаболизма растений и не способны значительно изменять питательный режим почвы; в форме легкорастворимой соли металл в почве наиболее мобилен, что позволяет оценить его максимальное действие.
Есть и отрицательные стороны при использовании в опытах ацетатов металлов: во-первых, в составе солей тяжелых металлов всегда содержится какой-либо анион, способный оказывать свое действие на свойства почвы, во-вторых, дополнительно вносится в почву углерод.
При моделировании опытов с внесением в почвенные образцы оксида свинца в почву не вносятся никакие сопутствующие химические элементы, способные повлиять на ее свойства, т.е. в опыте регистрируется действие непосредственно самого металла. Но в то же время большая часть металла может закрепляться в твердой фазе почвы, особенно при нейтральной и щелочной реакции среды. В этом случае токсическое действие металла не проявляется в полной мере. Не-
обходимо также учитывать, что при закладке опыта с использованием оксида свинца невозможно равномерно распределить металл по всему объему почвы, что крайне важно при изучении такого вариабельного свойства почвы, как биологическая активность.
Почву в кюветах увлажняли до полной полевой влагоемкости, и в нее высевали газонные травы.
В течение периода проращивания вели учет численности побегов и их морфологических показателей. По окончании условно принятого вегетационного периода растения извлекали из почвы, взвешивали, высушивали. Валовое и подвижное содержание свинца определяли в почвах и растениях атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Квант-2А» [4]. Особое внимание уделялось содержанию тяжелых металлов в подвижной форме, так как данная форма легко усваивается растениями.
В течение условно принятого вегетационного периода (90 сут) велись наблюдения за прорастанием и ходом роста травосмесей на почвах, загрязненных ацетатом и оксидом свинца.
Сравнивая полученные данные вариантов опыта без внесения в почву свинца с данными проращивания газонных трав, полученных в [5], можно отметить, что они подтверждают онтогенез каждого вида в травосмеси. Появление первичных корней, т.е. накле-вывание семян-зерновок, у овсяницы красной происходит спустя 6-8 сут после посева. Всходы появляются на 9-13-е сут. Начало зеленения наступает только через 19-20 сут после посева семян. Наклёвывание семян райграса пастбищного, т.е. появление первичных корней, наблюдалось через 5 сут после посева, всходы появляются весьма дружно на 9-10-е сут, а полное зеленение засеянной площади - через 15 сут. Наклёвывание семян мятлика лугового наблюдалось через 10 сут после посева, всходы появились на 1416-е сут, зеленение газона - через 20 сут.
При внесении свинца в почву сроки онтогенеза газонных трав изменяются, и в зависимости от дозы внесения ацетата свинца происходит стимулирование (Festuca rubra L., Lolium perenne L.) или угнетение (Poa pratensis L.) ростовых процессов, а в зависимости от дозы внесения оксида свинца - стимулирование проростков Festuca rubra L., Poa pratensis L. и угнетение ростовых процессов у Lolium perenne L.
При внесении 100^500 мг/кг свинца в форме ацетата в почву наблюдается незначительное ухудшение роста газонных трав, особенно это заметно в вариантах опыта, где процентное соотношение Lolium perenne L. в травосмеси составляет более 30 %.
При внесении 10^100 мг/кг оксида свинца в почву наблюдается стимулирование роста газонных трав, особенно в вариантах опыта, где доминирующим видом является Festuca rubra L.
В вариантах опыта, где доминирующим видом является Festuca rubra L., основная масса травостоя достигает через 25 сут 8^10 см высоты, а отдельные растения за это время разрастаются до 13^15 см; появляется повислость концов листьев и незначительная неоднородность поверхности газона. Вследствие
сравнительно медленного разрастания овсяницы красной в высоту и в стороны, а также благодаря узким щетиновидным листьям полное проективное покрытие почвы наступает нескоро.
В вариантах опыта, где процентное содержание Lolium perenne L. в травосмеси от 30^70 %, основная масса травостоя достигла 15^17 см высоты через 20 сут, а отдельные растения за это время разрослись до 21-23 см. Появилась повислость концов листьев и некоторая неоднородность поверхности газона. К этому времени проективное покрытие почвы травостоем достигла 80 %, так что газон имел вид сплошного и плотного темнозеленого покрова, даже при осмотре его почти в самой непосредственной близости.
В варианте опыта D, где процентное содержание Poa pratensis L. в травосмеси 50 %, основная масса травостоя достигла высоты 5 см только спустя 30 сут, при этом проективное покрытие - 30 %.
При внесении 100^500 мг/кг свинца в форме ацетата в почву наблюдалось незначительное ухудшение роста газонных трав, при максимальных дозах 500^1000 мг/кг происходило кратковременное стимулирование ростовых процессов у Festuca rubra L. и Lolium perenne L.
При загрязнении почв 300 мг/кг PbO наблюдалось угнетение ростовых процессов Lolium perenne L. и Poa pratensis L.
Все растения обнаруживают способность избирательно извлекать химические элементы. Для характеристики геологической роли биогенной миграции тяжелых металлов Б.Б. Полынов предложил использовать коэффициент биологического поглощения (КБП), отражающий степень концентрации элемента в растениях по сравнению с сопредельными средами. Это - отношение содержания элемента в сухом веществе к содержанию в почве, на которой они произрастают. Коэффициент характеризует интенсивность извлечения химических элементов из почвы. При этом КБП для каждого элемента во многом определяется как химическими свойствами, так и потребностью растений.
КБП при минимальных дозах внесения ацетата свинца равен 0,7^0,9 в вариантах опыта, где преобладающим видом являлся Festuca rubra L. (рис. 1).
КБП
1
1
1 1
1 1 1 -
■ 1,1 ,1 1, 1
л Л Л Л л <6 $ Л л Л Л -р .ч -й Л -о
/ * $ W о & Лг & oV / / /
Рис. 1. КБП ацетата свинца газонными травосмесями
В вариантах опыта, где высевались смеси травянистых растений с наибольшим видовым разнообразием или в травосмесях с увеличенным процентным содержанием Lolium perenne L., максимальный КБП наблюдается при загрязнении от 500-1000 мг/кг.
Газонные травы по устойчивости к ацетату свинца образуют следующий ряд в порядке снижения устойчивости: Festuca rubra L. > Lolium perenne L. > Poa pratensis L.
В вариантах опыта, где высевались смеси травянистых растений с наибольшим видовым разнообразием и преобладающим видом Festuca rubra L., КБП при различных дозах Pb стабильно высокий (0,4-0,5).
Максимальный КБП (0,9) установлен в варианте опыта с преобладанием Lolium perenne L. при дозе внесения оксида свинца 10 мг/кг (рис. 2). С увеличением содержания свинца в почве КБП уменьшается, что свидетельствует о пороговых значениях поглощения PbO растениями.
Газонные травы по устойчивости к оксиду свинца образуют следующий ряд в порядке снижения устойчивости: Lolium perenne L. > Festuca rubra L.> Poa pratensis L.
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
КБП
i
II II
c¥> i?> С? С? C? if С? О0
/ ^ ^ P / * £ 4 / 0 « ^ $
J ./ J у
<Ь О
Рис. 2. КБП оксида свинца газонными травосмесями Выводы
1. При внесении 100-500 мг/кг ацетата свинца в почву наблюдается незначительное ухудшение роста газонных трав.
2. При загрязнении почв 1000 мг/кг свинца зафиксировано стимулирование ростовых процессов у следующих видов: Festuca rubra L., Lolium perenne L. и угнетение Poa pratensis L.
3. КБП при меньших дозах внесения ацетата свинца равен 0,7-0,9 в вариантах опыта, где преобладающим видом являлся Festuca rubra L.
4. В вариантах опыта, где высевались смеси травянистых растений с наибольшим видовым разнообразием или в травосмесях, где увеличивается процентное содержание Lolium perenne L., максимальный КБП наблюдается при загрязнении от 500-1000 мг/кг.
5. Газонные травы по устойчивости к ацетату свинца образуют следующий ряд в порядке снижения устойчивости: Festuca rubra L. > Lolium perenne L. > Poa pratensis L.
6. При внесении относительно небольших доз оксида свинца в почву наблюдается стимулирование роста газонных трав, особенно в вариантах опыта, где доминирующим видом является Festuca rubra L.
7. При значительном загрязнении почв 300 мг/кг PbO наблюдается угнетение ростовых процессов у Lolium perenne L. и Poa pratensis L.
8. В вариантах опыта, где высевались смеси травянистых растений с наибольшим видовым разнообразием с преобладающим видом Festuca rubra L., КБП при различных дозах Pb стабильно высокий (0,4-0,5).
9. Максимальный КБП (0,9) установлен в варианте опыта с преобладанием Lolium perenne L. при дозе внесения оксида свинца 10 мг/кг. С увеличением содержания свинца в почве КБП уменьшается, что говорит о пороговых значениях поглощения PbO растениями.
10. Газонные травы по устойчивости к оксиду свинца образуют следующий ряд в порядке снижения устойчивости: Lolium perenne L. > Festuca rubra L.> Poa pratensis L.
11. Для уменьшения загрязнения почв ТМ вдоль автомобильных дорог необходимо создавать поликультурные газоны из устойчивых видов травянистых растений.
Исследование выполнено в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (госконтракт П322) и при государственной поддержке ведущей научной школы (НШ-5316.2010.4).
Литература
1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л., 1987. 142 с.
2. Тюльдиков В.А. Газоноведение и озеленение населенных территорий. М., 2002. 264 с.
3. Формы соединения тяжелых металлов в почвах степной зоны / Т.М. Минкина [и др.] // Почвоведение. 2008. № 7. С. 810 - 818.
4. РД 52.18.191-89. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах атомно-абсорбционным анализом : методические указания. М., 1990.
5. Головач А.Г. Наставление по уходу за зелеными насаждениями. Л., 1969. 80 с.
Поступила в редакцию
29 октября 2010 г.
