CC BY
64
УДК 582.4/9:553.3/4 (470.57)
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОРНЕЙ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ ПО ПОЧВЕННОМУ ПРОФИЛЮ В УСЛОВИЯХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТЕРЛИТАМАКСКОГО
ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА
О 2012 Р.Х. Гиниятуллин
Институт биологии Уфимского научного центра РАН, Уфа Поступила 12.12.2011
В работе представлены материалы по распределению тонких поглощающих, проводящих корней березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля. Установлено, что в условиях загрязнения на глубине 0-10 см происходит снижение поглощающих корней по сравнению с контролем.
Ключевые слова, береза, поглощающие корни, скелетные корни, тяжелые металлы.
Минеральное питание деревьев, так и поглощение воды осуществляется через поверхность корней. Доступность нужных для растения веществ зависит, с одной стороны от свойств почвы, с другой - от расположения в ней корней [5]. Надземные растения могут поглощать тяжелые металлы из двух источников - почвы и воздуха [6, 2].
В Стерлитамакском промышленном центре (СПЦ) химические предприятия сосредоточены в северной части города: акционерное общество (АО) «Сода»; АО «Каустик»; АО «Каучук» и Стер-литамакский нефтехимический завод (СНХЗ). Особенно характерно это для г. Стерлитамака, где на сравнительно небольшой территории сосредоточены предприятия с разным составом выбросов. Еще одной важной характеристикой является неравномерность загрязнения воздуха.
В выбросах АО «Сода» преобладают неорганические вещества, в выбросах АО «Каучук», СНХЗ -органические. В выбросах АО «Каустик» много как органических, так и неорганических веществ [1].
В СПЦ лесные насаждения находятся под влиянием техногенного воздействия. Загрязненность почвы промвыбросами подтверждается и имеющимися аналитическими данными. Показателем, характеризующим загрязненность атмосферы и почвы тяжелыми металлами, является наличие их в почвах и корнях под пологом насаждений березы повислой (Betulapendula Roth).
Исследования проводились в березовых древо-стоях, расположенных на различном удалении от предприятий г. Стерлитамака, который находится 1-8 км от источника загрязнения и в зоне условного контроля.
Береза повислая благодаря своим биолого-экологическим особенностям широко используется в создании защитных лесонасаждениях на территории крупных промышленных центров.
В данной работе представлены результаты относительного жизненного состояния и материалы по распределению корней березы повислой по почвенному профилю, а также содержание металлов в
Гиниятуллин Рафик Хизбуллиноеич, канд. биол. наук, старш. науч. сотр.
почве. Жизненное состояние насаждения березы повислой в условиях СПЦ и в контроле оценено как «здоровое».
Основными диагностическими признаками ухудшения жизненного состояния насаждения березы в условиях СПЦ является поражение листьев (хлорозы и некрозы 5-15% площади листа). У березы развиваются межжилковые и краевые хлорозы и некрозы желтого, кофейного и коричневого цвета. Деревья березы повислой, произрастающие вблизи источника загрязнения, имеют нормально сформированную крону (густота кроны составляет в среднем 80-85%), есть мертвые сучья (5-15%). Доля сухостоя в насаждениях составляет 1,4%, отмирающих деревьев нет.
Изучение особенностей распределения корневых систем березы в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра показало снижение корненасыщенности почвы по сравнению с контролем (табл. 1).
Корненасыщенность метрового слоя почвы в условиях СПЦ составляет 1412 г/м2, а в зоне условного контроля - 1746 г/м2.
Максимальная корненасыщенность почвы в условиях СПЦ отмечается на глубине 10-20 см, где сосредоточено 29,7% всех корней березы (420,1 г/м2), а в контроле на глубине 30-40 см, где сосредоточено 30,09% всех корней (525,4 г/м2). Минимальная корненасыщенность почвы в условиях СПЦ и контроля характерна для следующих глубин: СПЦ - 90-100 см (7,2 г/м2; 0,50%); контроль -60-70 см (50 г/м2; 2,8%). Как в условиях СПЦ, так и в контроле основная масса корней сосредоточена в верхних горизонтах почвы: так в толще почвы - 050 см сосредоточено 90,09% (СПЦ) и 80,63% (контроль) всей массы корневой системы березы (табл. 1). Сравнение насыщенности почвы корнями показывает, что в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра насыщенность верхнего (0-30 см) слоя почвы корнями выше таковой зоны условного контроля.
В более глубоких слоях (30-100 см) имеет место противоположная ситуация. На основании полученных результатов установлено, что в условиях полиметаллического загрязнения СПЦ окружаю-
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 5
щей среды отмечается снижение корненасыщенно-сти почвы поглощающими и полускелетными корнями березы по сравнению с контролем.
Максимальная масса поглощающих корней в условиях загрязнения (СПЦ) наблюдается на глу-
бине 10-20 см (47,21 г/м"). Минимальные значения массы поглощающих корней в условиях загрязнения в верхнем слое почвы от 0 до 10 см (28,3 г/м") (рис. 1).
Таблица 1. Общая корненасьпценность почвы (по массе корней, г/м ) в древостоях березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра (метод монолитов)
Глубина, см СПЦ Контроль
масса % масса %
0-10 398,5 28,2 200,7 11,4
10-20 420,1 29,7 350,5 20,07
20-30 230,3 16,3 140,5 8,0
30-40 92,4 6,5 525,4 30,09
40-50 102,0 7,2 190,8 10,9
50-60 95,0 6,8 80,9 4,6
60-70 40,5 2,9 50,0 2,8
70-80 16,1 1,2 67,5 3,8
80-90 10,3 0,70 74,8 4,2
90-100 7,2 0,50 65,5 3,7
Сумма 1412,4 100 1746,6 100
10
20
30
40
50
60
70
80
г/м2
□ Контроль ■ Загрязнение
Поглощающие корни
Рис. 1. Насыщенность почвы поглощающими корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля
20
30
40
50
60
70
80
г/м2
□ Контроль ■ Загрязнение
Полускелетные корни
Рис. 2. Насыщенность почвы полу скелетными корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля
100
200
зоо
400
500
600
700
800
г/м2
□ Контроль ■ Загрязнение
Скелетные корни
Рис. 3. Насыщенность почвы скелетными корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля
Максимальное насыщение в почве полускелетными корнями в условиях загрязнения отмечено на глубине 10-20 см (60,5 г/м"), а в контроле от 0-10 см (59,3 г/м2); 10-20 см (65,2 г/м2) (рис. 2).
Максимальная масса скелетных корней в условиях загрязнения наблюдается на глубине 10-20 см (313,5 г/м"), а в зоне условного контроля на глубине 30-40 см (490,6 г/м2) (рис. 3).
В условиях загрязнения лесная подстилка является одним из основных источников металлов, поступающих в почву. Повышение уровня тяжелых металлов приводит к существенной перестройке всасывающего корневого аппарата березы в условиях загрязнения. В слое от 0-10 см содержание N1, Си, Мп, Сс1. РЬ, значительно превосходит, чем содержание металлов на глубине 20, 30, 40, 50 см (табл.2).
Таблица 2. Содержание металлов (мг/кг) в почвах под насаждениями березы повислой
Глубина, СПЦ Контроль
см № Си Ми Сс1 РЬ № Си Мп Сс1 РЬ
0-10 103,1 325 1284 4,26 8,70 23,5 28,3 440 0,04 0,38
10-20 42,3 203 1017 0,04 2,74 34,3 26,4 480 0,01 0,29
20-30 28,45 169 1111 0,02 0,63 30,2 33,64 390 0,02 0,55
30-40 57,01 175 982 0,01 0,93 43,5 38,2 620 0,06 0,15
40-50 37,2 633 1258 0,14 1,39 50,2 24,4 340 0,01 0,17
50-60 176,8 462 1501 0,01 0,19 46,1 22,8 510 0,54 0,32
60-70 116,0 408 1231 1,50 8,84 42 18,5 500 0,05 0,17
70-80 24,7 120 1039 1,28 4,02 37,1 16,3 590 0,64 0,19
80-90 22,8 152 1007 4,7 2,70 36,1 17,2 210 1,2 0,36
90-100 22,7 162 1008 6,09 1,23 34,2 24,0 208 2,54 0,19
В почвах, развивающихся в условиях гумидного климата, миграция кадмия вниз по профилю более вероятна, чем его накопление в поверхностном горизонте почв, поэтому часто наблюдаемое обогащение кадмием поверхностных слоев должно быть связано с загрязнением [8]. В антропогенных условиях содержание кадмия в поверхностном слое почв обычно возрастает [4]. Большая часть Сс1 аккумулируется в тканях корней, даже если он попадает в растения через листья. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержанием Сс1 в растениях, - это задержка роста, повреждение корневой системы [4].
Свинец оказывает ингибирующее действие на рост корня во всех концентрациях; наиболее сильное и быстрое - при высоких концентрациях. Морфология корня изменялась в зависимости от количества свинца в среде: наблюдали скручивание, коричневение и почернение, максимальные при концентрациях [8].
Таким образом, в условиях загрязнения высокое содержание металлов на глубине 0-10 см снижает образование тонких корней березы.
Данный факт согласуются с результатами Д.В. Веселкина [3]. В условиях загрязнения в слое почвы от 0-10 см содержание № - 4,47 раза, Си - 11,6 раза, Мп - 2,9 раза, Сс1 — 106 раза, РЬ - 22,8 раза превышает, чем в условиях контроля.
Также наблюдаются следующие изменения во фракционном составе корней в условиях загрязнения. В условиях Стерлитамакского промышленного центра отмечается снижение в 1,7 раза доли поглощающих корней: так в условиях загрязнения на эту фракцию находится в среднем 12,10%, а в контроле - 21,66%, в то же время доля полускелетных корней в условиях загрязнения уменьшается и составляет 18,30% от всей массы корневой системы, а в контроле 23,51%. Основная масса корней в условиях загрязнения СПЦ приходится на скелетную составляющую доля этих корней в условиях загря-
. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 5 Таблица 3. Фракционный состав корневой системы березы повислой в условиях Стерлитамакского
промышленного центра и в зоне условного контроля
Глубина, CM Доля каждой фракции в общей массе корней, %
СПЦ Контроль
<1 мм 1-3 мм >3 мм <1 мм 1-3 мм >3 мм
0-10 7,12 6,28 86,6 25,21 30,03 44,76
10-20 11,20 14,28 74,52 20,00 18,57 61,43
20-30 10,87 19,56 69,57 28,57 25,00 46,43
30-40 9,78 13,05 77,17 6,66 8,76 84,58
40-50 6,87 8,82 84,31 8,42 18,42 73,16
50-60 8,20 16,40 75,40 22,50 30,25 47,25
60-70 7,50 22,50 70,00 30,25 24,24 45,50
70-80 26,67 33,33 40,00 23,88 20,89 55,23
80-90 20,57 30,27 49,16 28,12 31,25 40,24
90-100 12,25 18,50 69,25 23,07 27,69 49,24
Среднее значение 12,10 18,30 69,60 21,66 23,51 54,83
знения составляет 69,60%, а в зоне условного контроля 54,83% (табл. 3).
Таким образом, установлено, что в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра отмечается снижение кор-ненасыщенности почвы в насаждениях березы, при этом отмечается уменьшение удельной доли поглощающих и полускелетных, увеличение удельной доли скелетных корней в общей массе корневой системы по сравнению с контролем. Снижение поглощающих, полускелетных корней на глубине 0-10 см в условиях СПЦ, видимо связано высоким содержанием металлов и их токсичностью. Токсическое действие ионов металлов на рост корней известно [7].
Основное количество выходов корней всех фракций в условиях условного контроля приурочено к верхним слоям почвы. Характер распределения корней по профилю почвы зависит, прежде всего, от уровня загрязнения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Государственный доклад о состоянии окружающей среды
Республики Баш кортостан в 2005 г.Уфа. 2006. 301.
2. Виноградов А.П. Основные закономерности в распреде-
лении микроэлементов между растениями в окружающей средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Наука, 1985. С. 7-20.
3. Веселкт Д.В. Распределение тонких корней хвойных
деревьев по почвенному профилю в условиях загрязнения выбросами медеплавильного производства // Экология. 2002. №4. С. 250-253.
4. Кабата-Пендиас А., ПендиасX. Микроэлементы в почвах
и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с. 5.Оя Т.А., Лыхмус КН. Горизонтальное распределение корней ели в средневозрастном древостое // Лесоведение. 1985. № 1.С. 44-47
6. Парибок Т.А., Леина Г.Д., Сазыкина H.A., Тонорский В.Н.,
Николаева Т.П., Дьякова Т.Е. Накопление свинца в городских растениях // Бот. жур. 1981. Т. 66, № 11. С. 1646-1654.
7. Ставрова H.H. Влияние атмосферного загрязнения на возобновление хвойных пород // Лесные экосистемы и атмосферные загрязнение. Л.: Наука, 1990. С. 121-144.
8. Шеуджен А А". Биогеохимия. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. 1028 с.
DISTRIBUTION OF ROOTS OF BETULA PENDULA ROTH IN SOIL PROFILE IN CONDITIONS OF METALLIC POLLUTION OF STERLITAMAK INDUSTRIAL CENTRE
© 2012 R.Kh. Giniyatullin
Institute of biology of Ufa research center of the Russian Academy of Sciences
Iii the work materials on distribution of thin absorbing, spending roots oïBetula pendilla Roth, both in the conditions of polymetallic pollution of Sterlitamak industrial centre and in a conditional control zone are presented. It is established that in the pollution conditions at the depth of 0-10 cm there is a decrease in absorbing roots in comparison with the control.
Key words', a birch, absorbing roots, skeletal roots, heavy metals.
Giniyatullin Rafik Hizbullinovich, candidate of biology, senior researcher
