Научная статья на тему 'Приоритетность накопления макроэлементов в исследуемых растительных сообществах, находящихся под техногенным прессом (на примере Орско-Новотроицкого промышленного узла)'

Приоритетность накопления макроэлементов в исследуемых растительных сообществах, находящихся под техногенным прессом (на примере Орско-Новотроицкого промышленного узла) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
120
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАКРОЭЛЕМЕНТЫ / ТЕХНОГЕННЫЙ ПРЕСС / ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ / ФИТОМАССА / РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА / ОРСКО-НОВОТРОИЦКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ УЗЕЛ / MACROELEMENTS / TECHNOGENIC PRESSURE / CHEMICAL ELEMENTS / PHYTOMASS / PLANTS ASSOCIATION / ORSK-NOVOTROITSK INDUSTRIAL COMPLEX

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Чикенёва Ирина Валерьевна

Изучено содержание макроэлементов (N, P, K) в растительных сообществах, расположенных на территории Орско-Новотроицкого промышленного узла. Исследованы образцы надземных и подземных органов растений на 4 стационарных участках, два из которых находились в непосредственной близости к промышленным предприятиям, один на удалении 3 км, контрольный участок в 30 км северо-западнее от промузла. Отмечено, что содержание химических элементов в фитомассе растительных сообществ непрерывно меняется в течение сезона. Так, азот, фосфор, калий накапливаются в растениях к моменту завершения прироста. Уменьшение количества азота и калия, особенно в зелёных ассимилирующих органах растений, к концу вегетации обусловлено, по-видимому, как оттоком этих элементов в многолетние части, так и вымыванием при обильном выпадении атмосферных осадков. Содержание азота, калия и фосфора к концу вегетации уменьшается и в многолетних органах, так как возврат элементов в почву в течение сезона возможен и через корневую систему.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PRIORITY OF MACROELEMENTS ACCUMULATION IN PLANT ASSOCIATIONS EXPOSED TO TECHNOGENIC POLLUTION (ON THE PATTERN OF ORSK-NOVOTROITSK INDUSTRIAL COMPLEX)

The content of macroelements (N, P, K) in plant associations growing on the territory of Orsk-Novotroitsk industrial complex has been studied. The specimen of aboveground and underground plant organs on 4 stationary plots, two of which were located in close vicinity to industrial enterprises, one of them 3 km far away and the control plot situated 30 km north-east of the industrial complex, have been examined. It is pointed out that the content of chemical elements in the phyto-mass of plant associations is being uninterruptedly changed during the season. Thus, nitrogen, phosphorus and potash are accumulated in plants by the moment of their increment completion. The decrease of the amount of nitrogen and potassium, especially in the green assimilating plant organs, by the end of the vegetation period, is evidently due to both the transition of these elements into the perennial parts and their washing out by abundant rainfalls. The content of nitrogen, potassium and phosphorus by the end of vegetation has also been reduced in the organs of perennial plants because the return of the elements back into the soil in the course of one season is possible through the root system as well.

Текст научной работы на тему «Приоритетность накопления макроэлементов в исследуемых растительных сообществах, находящихся под техногенным прессом (на примере Орско-Новотроицкого промышленного узла)»

Приоритетность накопления макроэлементов в исследуемых растительных сообществах, находящихся под техногенным прессом (на примере Орско-Новотроицкого промышленного узла)

И.В. Чикенёва, к.б.н., Оренбургский ГПУ

Химический состав фитомассы биогеоценозов зависит от видового состава, от фенологических фаз доминирующих видов, от экологических и климатических условий [1].

Макроэлементы принимают непосредственное участие в построении органических и неорганических соединений растения, составляя основную массу его сухого вещества. Большей частью они представлены в клетках ионами. Важными для

успешной жизнедеятельности растений элементами являются:

азот — важнейший элемент для развития растений, а именно для образования белковых веществ. Он входит в состав хлорофилла, а значит, участвует в фотосинтезе. Азот обнаруживается в ферментах — катализаторах различных процессов в организмах;

фосфор присутствует в составе ядер клеток, ферментов, фитина, витаминов и прочих не менее важных соединений. Участвует в процессах преобразования углеводов и азотсодержащих веществ.

В растениях он содержится как в органической, так и в минеральной форме;

калий играет важную роль в белковом и углеводном обмене, усиливает эффект от использования азота из аммиачных форм. Питание калием — мощный фактор развития отдельных органов растений [2].

Содержание химических элементов в фитомассе растительных сообществ непрерывно меняется в течение сезона. Так, азот, фосфор, калий накапливаются в растениях к моменту завершения прироста. Уменьшение количества азота и калия, особенно в зелёных ассимилирующих органах растений, к концу вегетации обусловлено, по-видимому, как оттоком этих элементов в многолетние части, так и с вымыванием при обильном выпадении атмосферных осадков. Содержание азота, калия и фосфора к концу вегетации уменьшается и в многолетних органах, так как возврат элементов в почву в течение сезона возможен и через корневую систему [3].

Значительные изменения содержания азота и зольных элементов происходят при отмирании живых органов растений в процессе образования ветоши. Пониженное содержание основных элементов в ветоши наблюдалось многими исследователями.

Обогащение подстилки некоторыми элементами в различных биогеоценозах связано с жизнедеятельностью и отмиранием микроорганизмов, насекомых, поскольку подстилка является биохимическим барьером, в котором задерживаются химические элементы, где не только разрушается органическое вещество, но и идут процессы гумификации.

Содержание азота и зольных элементов в подземной массе достаточно высоко. В составе элементов, содержащихся в подземной мортмассе сообществ, основное место занимают N Р, К [4].

Материал и методы исследования. Орско-Ново-троицкий промышленный узел занимает площадь около 1,8 тыс. км2 и является крупнейшим металлургическим центром Южного Урала, в пределах которого сконцентрировано большое количество экологически опасных объектов широкого спектра отраслей. Санитарно-защитные зоны для отдельных предприятий не организованы. Чрезмерная концентрация промышленных объектов, несовершенная технология процессов очистки, разбросанность жилых массивов и близкое их расположение к промзонам приводят к тому, что окружающая среда находится под мощным антропогенным прессом. Здесь располагаются одни из самых крупных в России предприятий: ООО «Уральская сталь» (Орско-Халиловский металлургический комбинат (ОХМК)), ОАО «НОСТА», ООО «Южполиметалл» (ОАО «Южуралникель» - ЮУНК), ОАО «ОРМЕТО» (Южно-Уральский машиностроительный завод), АО «ОНОС» (Орскнефтеоргсинтез), ОАО «Новотроицкий завод хромовых соединений». Основными

загрязнителями являются ОХМК и ЮУНК, где выбросы вредных веществ по области составляют 25,5 и 41,9% соответственно [5].

Нами были выбраны 4 стационарных участка, два из которых находились в непосредственной близости к промышленным предприятиям (№ 2 и 3), один — на удалении 3 км (№ 1). Контрольный участок (№ 4) был заложен в 30 км северо-западнее от промузла.

На протяжении вегетативного периода с мая по сентябрь в 2010 г. (засушливый год) и 2011 г. (влажный год) закладывались площадки (50 х 50 см), где травостой срезали на уровне почвы. Ветошь выбирали из укосных образцов при их разборе. Подстилку собирали с площадок после снятия надземной массы. Разделённые таким образом образцы высушивали до воздушно-сухого состояния. Запас корней учитывали методом монолитов. На площадке, с которой убрана надземная часть растительного сообщества, вынимали почвенный монолит размером 50 х 50 см на глубину распространения корней (примерно 50 см). В лаборатории крупные корни выбирали вручную, остальные промывали водой на сите. Подземные органы делили на мёртвые и живые. Корни помещали в цилиндр, наполненный водой, где живые корни оседали на дно, а мёртвые всплывали. Корни, выбранные таким методом, извлекали из цилиндра и сушили до воздушно-сухого состояния. Сбор образцов проводили в трёхкратной повторности.

Были приняты следующие обозначения: G — зелёная надземная масса, L — подстилка, D — ветошь, R — живые корни, V — мёртвые корни, ANP — надземная фитомасса, BNP — подземная фитомасса.

С целью установления промышленного воздействия на растительный покров отбирали пробы надземных и подземных органов растений для биогеохимических анализов. В полученных вытяжках определяли содержание макроэлементов (N, P, K). Полученные данные пересчитывали в кг/га [1, 5, 6].

Результаты исследований. Анализ динамики содержания макроэлементов (N, P, K) в основных блоках исследуемых растительных сообществ позволил выявить приоритетность их накопления.

Участок № 1 располагается в 3 км на запад от Новотроицкого комбината (ОХМК), в 70 м севернее дороги Орск—Новотроицк.

Растительное сообщество — залесскоковыльно-полынково-типчаковое (Festuca valesiaca — Artemisia austriaca — Stipa zalesskii).

В наибольшей степени за период исследования во всех блоках исследуемых сообществ накапливается N. На второе место в ANP выходит К, приоритет в BNP у фосфора (табл. 1).

Участок № 2 располагается в 0,5 км на запад от Новотроицкого комбината ОХМК.

Растительное сообщество — залесскоковыльное (Stipa zalesskii).

1. Ряд накопления макроэлементов в залесскоковыльно-полынково-типчаковом сообществе, кг/га

Блок Элемент в порядке убывания

2010 2011

G N>K>P ^К > Р

D N>K>P N>K>P

L N>K>P N>P=K

R N^ > К N^ > К

V N>P>K N^ > К

В наибольшей степени за период исследования во всех блоках исследуемых сообществ накапливается N. На втором месте находится К, кроме BNP, где преобладает Р в 2010 г. (табл. 2).

2. Ряд накопления макроэлементов в залесскоковыльном сообществе, кг/га

Блок Элемент в порядке убывания

2010 2011

G N>K>P N>K>P

D N>K>P N>K>P

L N>K>P N>K>P

R N^ > К N>K>P

V N>P>K N>K>P

Участок № 3 располагается в 0,5 км восточнее ЮУНК г. Орска.

Растительное сообщество — молочайно-пырей-но-житняковое (Agropyron pectinatum — Elytrigia repens — Euphorbia virgata).

В наибольшей степени накопления макроэлементов в 2010 г. носят одинаковый характер, только в живых корнях фосфор опережает К, а в 2011 г. в фитомассе Р выходит на первое место, опережая азот и калий. Следует отметить единичный случай в 2010 г. среди блоков исследуемых сообществ выхода К на первое место в подстилке (табл. 3).

3. Ряд накопления макроэлементов в молочайно-пырейно-житняковом сообществе, кг/га

Блок Элемент в порядке убывания

2010 2011

G N>K>P P>N>K

D N>K>P N>K>P

L N=K>P N>K>P

R N^ > К N>P>K

V N>K>P N>K>P

Участок № 4 — контрольный. В 30 км западнее г. Орска.

Растительное сообщество — грудницево-залесс-ко-ковыльное (Бара га1еззки — ОаШеИа уШоза).

На первом месте находится N. а на последнем Р, во всех блоках за два года исследований (табл. 4).

Азот. На основе полученных данных по содержанию N в основных блоках исследуемых сообществ

4. Ряд накопления макроэлементов в грудницево-залесскоковыльном сообществе, кг/га

Блок Элемент в порядке убывания

2010 2011

G N>K>P N>K>P

D N>K>P N>K>P

L N>K>P N>K>P

R N>K>P N>K>P

V N>K>P N>K>P

очевидно, что в засушливый год (2010) большее содержание этого макроэлемента обнаружено в залесскоковыльном сообществе, развивающемся в 3 км от ОХМК (X — 436,4 кг/га), далее в порядке снижения следует грудницево-залесскоковыльное (X — 403,0 кг/га), молочайно-пырейно-житняко-вое (X — 306,5 кг/га), залесскоковыльно-полын-ково-типчаковое сообщества (X — 235,2 кг/га).

За вегетационный период 2010 г. наиболее активное накопление азота во всех растительных сообществах отмечается в зоне ВNP.

Во влажный год (2011) в исследуемых сообществах на первом месте по содержанию макроэлемента находится молочайно-пырейно-житняковое сообщество (X — 328,9 кг/га), далее по убыванию его содержания залесскоковыльное (X — 277,8 кг/га), грудницево-залесскоковыльное (X — 250,9 кг/га), залесскоковыльно-полынково-типчаковое сообщества (X — 194,3 кг/га).

Фосфор. В засушливый год наибольшее количество Р отмечается в блоках грудницево-залесско-ковыльного сообщества (X — 90,5 кг/кг), а во влажный год — в молочайно-пырейно-житняко-вом (X - 90,4 кг/кг).

Наименьшее количество фосфора отмечено в 2010 г. в молочайно-пырейно-житняковом (X — 68,0 кг/га), а в 2011 г. в грудницево-залесскоко-выльном сообществе (X — 29,1 кг/га).

Наиболее активное накопление Р в исследуемых блоках растительных сообществ отмечается в зоне ВОТ.

Калий. Приоритетность по накоплению К за период исследования отмечается в грудницево-залесскоковыльном сообществе (X — 329,0 и 109,8 кг/га соответственно).

Наименьшая концентрация калия за время исследования зарегистрирована в залесскоковыльно-полынково-типчаковом сообществе (X — 62,2 и 47,9 кг/га соответственно).

Наиболее активное накопление К в исследуемых блоках растительных сообществ за два года исследований отмечается в зоне ВNP.

По сравнению с засушливым годом во влажный количество К в исследуемых сообществах уменьшилось: в залесскоковыльно-полынково-типчаковом и залесскоковыльном сообществах — в 1,3 раза; в грудницево-залесскоковыльном — в 3 раза. В моло-чайно-пырейно-житняковом сообществе значение

калия с течением времени незначительно увеличилось.

Таким образом, можно отметить, что макроэлементы активнее накапливаются в подземной сфере. Было отмечено, что в 2010 г. среднесуммарное значение всех макроэлементов (^ Р, К), накапливаемых в исследуемых блоках в залесскоковыльном и грудницево-залесскоковыльном сообществах, было больше в 1,3-2 раза по сравнению с 2011 г. [1].

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Соколовский А.А., Унанянц Т.П. Краткий справочник по минеральным удобрениям. М.: Химия, 1977. 376 с.

3. Титлянова А.А., Тесаржова М.В. Режимы биологического круговорота. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 150 с.

4. Чикенёва И.В., Абузярова Ю.В. Содержание тяжёлых металлов в побочной продукции полевых культур в условиях техногенного воздействия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 4 (32). С. 280-282.

5. Кин Н.О. Современное состояние растительного покрова в зоне влияния газоперерабатывающих предприятий Западного Казахстана: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2000. 241 с.

6. Чикенёва И.В. Особенности накопления тяжёлых металлов в изучаемых растительных сообществах и их воздействие на окружающую среду // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 2 (40). С. 228-231.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.