CC BY
16ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ
СОДЕРЖАНИЕ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ РОДА EQUISETUM L.
(EQUISETOPSIDA: EQUISETACEAE MICHX. EX DC.), ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В БАССЕЙНЕ ВЕРХНЕГО ТЕЧЕНИЯ
РЕКИ ПЕЧОРЫ
THE COURSE OF METALS IN PLANTS OF THE GENUS EQUISETUM L.
(EQUISETOPSIDA: EQUISETACEAE MICHX. EX DC.) THAT GROW IN THE BASIN OF THE UPPER REACHES THE PECHORA RIVER
Г. Н. Доровских, В. В. Мазур
G. N. Dorovskikh, V. V. Mazur
Рассмотрен химический состав хвоща, произрастающего в бассейне верхнего и среднего течения р. Печоры. Приведены данные о концентрации в его тканях металлов в летний период 2009-2010 гг.
Ключевые слова: металлы, хвощ.
The chemical composition of a horsetail growing in the basin of the headwater and middle reaches of the Pechora River is considered. Data of concentration of metals in the tissue are provided during the summer period of2009-2010.
Key words: metals, horsetail (Equisetum).
Введение
Из-за протекающих сложных геохимических процессов, связанных с разрушением горных пород и миграцией химических элементов, горные экосистемы характеризуются повышенными концентрациями металлов [4, 9]. Одной из древнейших горных систем планеты является Урал, где трансформация пород протекает многие миллионы лет [15]. Организмы, являясь частью биогеоценозов, также накапливают металлы.
В зоне Северного Урала расположен Печоро-Илычский заповедник, из водотоков которого на содержание металлов исследованы донные отложения, рыба и ее паразиты [5-7]. Концентрация же металлов в растительных организмах пока не известна.
В качестве объекта исследования взят хвощ - растение береговых и прибрежных местообитаний с избыточным или переменным увлажнением, являющийся ценотически значимым видом [13]. Его часто используют в биотестировании среды на содержание металлов. Хвощи поглощают их из почвы, куда элементы поступают в результате выветривания коренных пород [4].
Цель работы — оценить аккумулятивную способность хвоща из местообитаний с разным уровнем содержания металлов, определить наличие корреляций между содержанием элементов в хвоще и донных отложениях водоемов, относящихся к бассейнам верхнего и среднего течения р. Печоры.
Материал и методы
Материал собран во второй половине июня - первой половине июля 2009-2010 гг. из бассейна верхнего и среднего течения р. Печоры (территория Печоро-Илычского заповедника). Координаты пунктов (сверху вниз) отбора проб хвоща: курья Манская - 62°02.089' с.ш., 58°33.329' в.д. (условное обозначение в таблицах — 1К); русло р. Печоры в районе устья р. Гаревки — 62°04' с.ш., 58°28' в.д. (1П); курья Кременная — 62°04.609' с.ш., 58°26.557' в.д. (2К); русло р. Печоры в 1 км ниже устья р. Б. Шайтановки — 62°01.426' с.ш., 58°10.241' в.д. (2П); русло р. Печоры в 2.7 км вверх от пос. Якша — 61°49.129' с.ш., 56°50.854' в.д. (3П); русло р. Печоры в районе пос. Якша — 61°48.999' с.ш., 56°50.951' в.д. (4П). Участки русла р. Б. Шайтановки, где произведен отбор проб растений: 5.0 км выше устья реки — 62°02.292' с.ш., 58°09.015' в.д. (3Ш); 3.0 км выше устья реки — 62°02.107' с.ш., 58°09.651' в.д. (2Ш); 200 м выше устья реки — 62°01.780' с.ш., 58°10.510' в.д. (3Ш); старица — 62°01.643' с.ш., 58°10.404' в.д. (С) (см. рисунок).
Из русла р. Печоры в районе пос. Якша и в 2.7 км вверх от него для исследования собран хвощ болотный Equisetum palustre L., в других пунктах -хвощ речной (син.: приречный, иловатый, топяной) E. fluviatile L. (syn.: E. limosum).
На всех участках растения образуют густые заросли, достигая в высоту 0.3-0.9 м, и только выше устья р. Б. Шайтановки в районе 3-го км и в старице, расположенной в ее приустьевой части, его высота превышает 1.5 м.
Образцы хвоща высушивали в полевых условиях и помещали в пластиковые емкости без использования консервантов. Далее пробы измельчали до однородной порошкообразной массы. Каждая анализируемая навеска состояла из смеси 10-20 растений. При изготовлении пробы сырье озоляли. Содержание металлов (Mg, Al, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Ti, Tl, Mo, Hg, Co, Ni) в них определяли методом рентгеноспектрального микроанализа при помощи низковакуумного сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6380 LV (Япония), оснащенного энергодисперсионной рентгеновской приставкой Oxford INCA Energy 250 (Великобритания). Относительная ошибка измерения составила 0.1-3.0 %. Результаты получены в виде весового процента элемента в образце. Пересчет в мкг/г произведен по формуле:
Смкг/г = Свес, % Х 104,
где Смкг/г - массовая концентрация металла в пробе (мкг/г), Свес,% - весовое процентное содержание элемента в пробе.
В пробах, результаты определения содержания металлов в которых использованы для этой публикации, отмечены только Ca, Zn, Cu, Mg, Al, Cd, Pb. По каждому металлу проведено по 10 измерений.
Рис. Карта-схема района сбора материала в бассейне верхнего и среднего течения р. Печоры.
1 - р. Печора (курья Манская); 2 - р. Печора (район устья р. Гаревка); 3 - р. Печора (курья Кременная); 4 - р. Б. Шайтановка (5 км выше устья); 5 - р. Б. Шайтановка (3 км выше устья); 6 - р. Б. Шайтановка (200 м выше устья, старица, район стоянки лодок); 7 - р. Печора (1 км ниже устья р. Б. Шайтановки); 8 - р. Печора (2.7 км вверх от пос. Якша); 9 - р. Печора (район пос. Якша)
Сведения о содержании металлов в донных отложениях водоемов бассейна верхнего и среднего течения р. Печоры взяты из более ранней публикации авторов [6]. Пробы хвоща и грунта отобраны в одно и то же время и из одних и тех же участков бассейна р. Печоры.
Для определения силы корреляционной связи меду содержанием металлов в хвоще и грунте использован тест ранговой дисперсии Краскелла-Уоллиса. Расчет парных корреляционных связей между отдельными металлами, а также между элементами в хвоще из разных районов осуществлен посредством коэффициента корреляции рангов Спирмена [8].
Коэффициент биологического поглощения (КБП) представляет собой частное от деления содержания элемента в золе растительного материала на его содержание в корнеобитаемом слое почвы [19].
Результаты
Кальций. Наиболее высокая концентрация Са в хвоще, собранном по берегам и в воде р. Печоры, зарегистрирована на участке вблизи устья р. Гаревки (табл. 1), далее вниз по течению она падает и вновь возрастает на 2.7 км выше пос. Якша (tst=3.125; P<0.05), оставаясь статистически такой же в растениях из района поселка (tst= 1.379; P>>0.05). Концентрация этого элемента в хвоще из курьи Манская (tst=7.463; P<0.001) и Кременной курьи (tst=2.222; P<0.05) значимо выше, чем у растений из русла р. Печоры. У хвоща из 1-й курьи она достоверно выше, чем у такового из 2-й (tst=4.762; P<0.01). Вдоль 5-ти км исследованного участка русла р. Б. Шайтановки содержание указанного металла в хвоще одинаково (tst= 1.131; P>>0.05) и выше, чем в растениях, собранных по берегам р. Печоры и из пойменных водоемов. Наименьшее содержание Са отмечено у хвоща из старицы в низовьях р. Б. Шайтановки (tst=2.461-10.922; 0.001<P<0.05).
Наблюдаемые отклонения в концентрации Са в хвоще из разных водоемов неслучайны (НК=23.255; P<<0.01).
Указанные пункты по величине концентрации Са в хвоще расположились следующим образом:
Р. Б. Шайтановка Курьи Р. Печора Старица
3Ш > 1Ш > 2Ш > 1К > 2К > 1П > 3П > 4П > 2П > С
Таблица 1
Содержание металлов (мкг/г сух. массы) в хвоще из бассейна верхнего и среднего
течения р. Печоры
Водоем и его участки Металлы
Ca Zn Cu Mg Al Pb Cd
i 2 3 4 5 6 7 8
Русло р. Печоры
Устье р. Гаревки 620.0±18.2 220.0±17.7 260.0±19.0 250.0±18.7 140.0±21.4 3.0±2.0 8.0±5.7
1.0 км ниже устья р. Б. Шайтановки 420.0±20.1 210.0±16.4 450.0±28.6 150.0±18.4 120.0±20.1 0 6.0±3.5
2.7 км выше пос. Якша 490.0±9.7 280.0±15.9 410.0±27.3 120.0±11.3 110.0±14.8 3.0±2.5 6.0±3.4
Р-н пос. Якша 450.0±27.5 210.0±16.6 370.0±26.3 110.0±17.1 120.0±22.2 2.0±2.4 5.0±2.2
Русло р. Б. Шайтановки
5.0 км выше устья 890.0±23.6 320.0±16.6 570.0±17,8 90.0±14.9 0 1.0±0.8 0
3.0 км выше устья 870.0±20.6 360.0±16.9 590.0±19.8 100.0±12.4 0 3.0±1.7 1.0±1.0
0.2 км выше устья 950.0±67.8 330.0±18.3 570.0±28.9 80.0±12.4 0 8.0± 1.9 2.0±0.9
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8
Пойменные водоемы
Манская курья 780.0±2.3 370.0±13.5 490.0±14.4 0 0 0 0
Кременная курья 680.0±19.8 290.0±21.4 420.0±17.9 60.0±10.1 0 0 0
Старица в низовьях р. Б. Шайтановки 310.0±42.5 50.0±15.2 160.0±21.3 170.0±24.1 170.0±13.2 0 9.0±1.6
Корреляционная связь между содержанием этого элемента в хвоще и грунте отсутствует (rs=0.003; tst=0.008; P>>0.05). В 6-ти случаях количество Са, приходящееся на единицу веса хвоща, выше, чем в иле, в 4-х - отмечена противоположная картина. Первое характерно для растений, собранных в устье р. Гаревки, по берегам р. Б. Шайтановки и обоих курий, второе - в 3-х пунктах русла р. Печоры и старице.
Цинк. Концентрация Zn в хвоще, собранном по берегам р Печоры от устья р. Гаревки и до пос. Якша статистически одинакова. Исключение составили растения из точки, находящейся в 2.7 км вверх от пос. Якша, в которых содержание этого элемента выше (tst=2.630-3.084; P<0.05). Большая
концентрация указанного металла отмечена в хвоще из курьи Манская, у растений из Кременной курьи она ниже (tst=3.287; P<0.05). Наименьшее содержание цинка зарегистрировано у хвоща из старицы в низовьях р. Б. Шайтановки. В растениях, произрастающих по берегам и в воде р. Б. Шайтановки на протяжении всего исследованного участка русла, концентрация этого элемента одинакова (tst=1.667; P>>0.05) и выше, чем у таковых, собранных по берегам р. Печоры (tst=3.535; P<0.01) и старицы (табл. 1). Указанные различия в концентрации этого металла в хвоще, произрастающем по берегам и в воде изучаемых водоемов, статистически недостоверны (НК=5.4; P>0.05).
По содержанию Zn в хвоще указанные пункты бассейна р. Печоры расположились следующим образом:
Курья Р. Б. Шайтановка Курья Р. Печора Старица
Манская Кременная
1К > 2Ш > 3Ш > 1Ш > 2К > 3П > 1П > 2П = 4П > С
Корреляционная связь между содержанием указанного элемента в растениях и донных отложениях статистически недостоверна (rs=0.179; tst=0.514; P>>0.05). В старице концентрация цинка в хвоще ниже, чем в грунте; в районе пос. Якша его содержание в растениях и иле одинаково. В оставшихся восьми случаях концентрация Zn в хвоще значительно выше, чем в донных осадках.
Медь. Концентрация Cu в хвоще из русла р. Печоры на участке от устья р. Б. Шайтановки и до пос. Якша (tst=2.051; P>0.05) и в растениях, произрастающих по берегам исследованного отрезка р. Б. Шайтановки (tst=0.752;
P>>0.05), статистически одинакова. Содержание меди в хвоще, собранном по берегам р. Б. Шайтановки, выше, чем в таковом с берегов р. Печоры (tst=3.428-5.789; 0.01>P>0.001). Гораздо ниже содержание этого элемента у растений из района устья р. Гаревки. Концентрация Cu в хвоще из Манской курьи выше, чем у такового из курьи Кременная (tst=3.043; P<0.05). Самое низкое содержание указанного металла зарегистрировано у растений из старицы в устьевой части р. Б. Шайтановки. Эти различия в содержании Cu в хвоще из разных районов неслучайны (НК=5.791; P<0.05).
Участки, на которых собран хвощ для определения содержания Cu, образуют следующий ряд:
Р. Б. Шайтановка Курья Р. Курья Р. Печора Старица
Манская Печора Кременная
2Ш > 1Ш = 3Ш > 1К > 2П > 2К > 3П > 4П > 1П > С
Концентрация этого элемента в растениях статистически достоверно сопряжена с его количеством в донных отложениях (rs=0.679; tst=2.613; P<0.05). В девяти случаях содержание Cu в хвоще значительно выше, чем в грунте, и только в старице отмечена противоположная картина.
Магний. Самое высокое содержание Mg зарегистрировано в хвоще из района устья р. Гаревки, далее вниз по течению р. Печоры концентрация этого элемента в растениях снижается (tst=3.802; P<0.01) и остается на одном уровне вплоть до пос. Якша (tst=1.596; P>>0.05). В хвоще из курьи Манская этот элемент не найден, в растениях из Кременной курьи он присутствует, но в гораздо меньшей концентрации, чем у представителей р. Equisetum из русла р. Печоры. В хвоще из старицы в приустьевой части р. Б. Шайтановки концентрация Mg равна таковой в растениях, собранных по берегам р. Печоры ниже устья р. Гаревки (tst=1.796; P>>0.05). Содержание изучаемого элемента в растениях, растущих вдоль русла р. Б. Шайтановки, остается статистически одинаковым (tst=1.136; P>>0.05) и ниже, чем у таковых на участке вблизи устья р. Гаревки (tst=6.696-7.589; P<0.001) и берегах старицы (tst=2.583-3.321; P<0.05). Различия в содержании этого металла в хвоще из разных районов случайны (НК=3.682; P>>0.05).
Исследованные участки бассейна р. Печоры в зависимости от содержания Mg в произрастающем в них хвоще образуют следующий ряд:
Р. Печора Старица Р. Печора Р. Б. Шайтановка Курьи
1П > С > 2П > 3П > 4П > 2Ш > 1Ш > 3Ш > 2К 1К=0
Корреляционная связь между концентрациями Mg в растениях и донных отложениях отсутствует (rs=0.015; tst=0.042; P>>0.05). В районе устья р. Гаревки содержание этого элемента в хвоще выше, чем в грунте. В девяти случаях концентрация Mg в растениях ниже таковой в донных осадках.
Алюминий. В хвоще, собранном по берегам и в воде р. Печоры (tst=1.2; P>>0.05), а также в старице в приустьевом участке р. Б. Шайтановки, концентрация Al статистически одинакова (tst=2.024; P>0.05). Несколько ниже по
сравнению с растениями из старицы его содержание в хвоще из района 2.7 км выше пос. Якша (tst=3.026; P<0.05). В растениях из обоих курий и русла р. Б. Шайтановки изучаемый элемент отсутствует. В хвоще из разных районов различия в концентрации Al случайны (НК=1.873; P>>0.05).
Исследованные участки бассейна р. Печоры в зависимости от концетрации Al в хвоще образуют следующий ряд:
Старица Р. Печора Курьи Р. Б. Шайтановка
С > 1П > 2П > 4П > 3П 0 0 0 0 0
Между содержанием этого элемента в хвоще и донных отложениях корреляционная связь статистически недостоверна (rs=0.248; tst=0.72; P>>0.05). Во всех случаях концентрация Al в растениях ниже, чем в грунте.
Свинец. В хвоще, собранном рядом с устьем р. Гаревки, у пос. Якша и в его окрестностях, содержание Pb статистически одинаково (tst=0.32; P>>0.05). В растениях, произрастающих по берегам р. Б. Шайтановки, содержание этого элемента растет от верхнего пункта отбора проб к нижнему (tst=3.398; P<0.01). Различия в концентрации Pb в хвоще с 5-го и 3-го км последнего водотока и с берегов р. Печоры недостоверны (tst=0.39-0.93; P>>0.05). В растениях, взятых из обеих курий, старицы и в 1 км ниже устья р. Б. Шайтановки, этот элемент не обнаружен. Разница в концентрации изучаемого металла в хвоще из разных районов статистически недостоверна (НК=4.652; P>0.05).
В зависимости от концентрации Pb в исследованных растениях соответствующие участки бассейна р. Печоры сформировали следующий ряд:
Р. Б. Р. Печора Р. Б. Шайтановка Р. Печора Курьи Старица
Шайтановка 2П
3Ш > 2Ш = 1П = 3П = 4П > 1Ш 0 0 0 0
Корреляционная связь концентрации этого элемента в хвоще и грунте статистически недостоверна (rs=0.518; tst= 1.715; P>0.05). Во всех случаях содержание Pb в растениях ниже, чем в иле.
Кадмий. Во всех пунктах отбора проб из русла р. Печоры концентрация Cd в хвоще статистически одинакова (tst= 1.69; P>>0.05) и выше, хотя и статистически недостоверна, таковой у растений собранных на участках 3-й км и 0.2 км русла р. Б. Шайтановки (tst= 1.21—1.67; P>>0.05) и из старицы в ее нижнем течении (tst=1.47; P>>0.05). В хвоще, собранном на 5-м км русла р. Б. Шайтановки и из обоих курий, этот элемент не обнаружен. Различия в концентрации данного металла в хвоще из разных районов статистически недостоверны (НК=4.445; P>0.05).
Пункты отбора проб хвоща для определения содержания в нем Cd образуют следующий ряд:
Старица Р. Печора Р. Б. Шайтановка Курьи
С > 1П > 2П = 3П > 4П > 3Ш > 2Ш 1Ш = 0 0 0
Корреляционная связь между содержанием этого элемента в растениях и отложениях водоемов отсутствует (rs=0.027; tst=0.076; P>>0.05). В двух случаях Cd в хвоще содержится больше, чем в донных осадках (1.0 км ниже устья р. Б. Шайтановки, 2.7 км выше пос. Якша), в двух - отмечена противоположная тенденция (устье р. Гаревки, пос. Якша), в трех - в растениях кадмий имеется, но отсутствует в иле (старица и р. Б. Шайтановка), и в двух случаях этот металл в растениях отсутствует при его наличии в грунте (обе курьи).
Обсуждение
Хвощ речной относят к индикаторам относительного богатства почв. В поймах рек он часто приурочен к торфянисто-илистым, торфянисто-глеевым или торфянисто-иловато-глеевым почвам, влажность грунта с рН от 6.5 до 7.5, где высота травостоя может достигать 120-150 и даже 175 см. При этом заросли хвоща обильнее на почвах с высоким содержанием Cu [2].
В условиях проведения работ наиболее обильные и высокие до 176 см заросли хвоща отмечены на участках с рН воды от 8.4 до 8.7. В первом случае это старица в приустьевом участке р. Б. Шайтановки, во-втором - 3-й км русла этого водотока. В грунтах старицы концентрация Cu минимальная, а на участке русла этой реки в районе 3-го км - максимальная по сравнению с другими исследованными точками бассейна р. Печоры [6]. Заросли этого растения в названных двух участках приурочены к иловато-торфяно-глеевым грунтам (отливают голубоватым цветом).
Хвощ из изученных участков бассейна р. Печоры статистически достоверно различается по набору и содержанию металлов (%2=639; Р<<0.001). Различия в концентрации Са и Cu в растениях из исследованных участков района проведения работ статистически достоверны, таковые для Mg, Al, Pb и Cd недостоверны, содержание Zn в растениях из разных участков сбора материала близко к критическому уровню.
Наибольшее содержание Ca, Cu и Zn зарегистрировано в растениях, собранных по берегам и в воде р. Б. Шайтановки. У хвоща, растущего по берегам и в воде старицы и р. Печоры, в большей концентрации отмечены Mg, Al и Cd. Только у растений, взятых для анализа из пунктов, расположенных по берегам рек Б. Шайтановка и Печора, обнаружен Pb.
В отношении содержания в тканях металлов оба вида хвоща, речной и болотный, подвергнутые исследованию в этой работе, ведут себя одинаково (табл. 1), что соответствует утверждению об отсутствии видовой специфики у растений к накоплению Cu, Zn и Ni [11]. Видимо, аккумуляция элементов растениями больше зависит не от их таксономической принадлежности, а от соответствующих условий среды. Однако гораздо больше наблюдений, указывающих на зависимость аккумуляции элементов растениями от их таксономической принадлежности [3, 10, 14, 17, 18].
Отмечена достоверная корреляционная связь между содержанием в донных отложениях и хвоще Cu, сопряженность между концентрациями прочих элементов в растениях и грунте статистически недостоверна. Видимо, это
результат избирательности поглощения растениями металлов. В растениях в первую очередь накапливаются Fe, Cu и Zn, имеющие большое значение для их роста и развития, тогда как Pb и Cd в метаболизме растений не участвуют [16]. В исследованном хвоще Fe не обнаружено, хотя в донных отложениях его содержание достаточно велико [6]. Величины КБП позволяют заключить, что во всех пунктах сбора материала, за исключением старицы, растения в первую очередь концентрируют в своих тканях Cu и Zn (табл. 2). В отношении других металлов хвощ, в том числе произрастающий по берегам старицы, выступает как деконцентратор. Исключение составили растения из района устья р. Гаревки, где высокие значения КБП отмечены еще в отношении Ca и Mg, содержание которых здесь в грунте минимально, а также хвощ, собранный на берегу р. Печоры в 2.7 км выше пос. Якша, концентрирующий в своих тканях Cd (табл. 2). Таким образом, высокие значения КБП характерны в основном для биогенных металлов (Cu, Zn), что совпадает с ранее сделанными наблюдениями [19]. В некоторой степени подтверждается вывод о торможении роста у растений, особенно их надземных органов, при наличии Cd в субстрате [1]. Действительно, наиболее высокие экземпляры хвоща и густые его заросли отмечены в местах, где этот элемент отсутствует в почве. С другой стороны, не подтверждается наличие устойчивой корреляции между содержанием металлов в водоеме и растениях [4, 12, 14] и способность Cd, Zn, Pb в небольших концентрациях оказывать стимулирующее влияние на рост растений [20].
Таблица 2
Коэффициенты биологического поглощения (КБП) металлов хвощем из бассейна верхнего и среднего течения р. Печоры
Водоем и его участки Металлы
Ca Zn Cu Mg Al Pb Cd
Русло р. Печоры
Устье р. Гаревки 2.95 2.0 1.08 1.92 0.63 0.17 0.57
1.0 км ниже устья р. Б. Шайтановки 0.71 1.91 2.14 0.94 0.52 1.2
2.7 км выше пос. Якша 0.79 1.03 1.32 0.5 0.55 0.21 3.0
Р-н пос. Якша 0.77 1.0 1.42 0.48 0.63 0.09 0.71
Русло р. Б. Шайтановки
5.0 км выше устья 1.39 2.28 2.59 0.47 - - -
3.0 км выше устья 1.47 2.77 3.01 0.83 - - -
0.2 км выше устья 1.58 1.37 2.48 0.44 - - -
Пойменные водоемы
Манская курья 1.28 2.31 1.96 - - - -
Кременная курья 1.05 1.52 1.35 0.25 - - -
Старица в низовьях р. Б. Шайтановки 0.29 0.08 0.23 0.38 0.04 - -
Классификация хвоща по ранжированным рядам металлов, содержащихся в его тканях
Бассейн верхней Печоры Са
Курьи и водотоки Старица
Ca>Cu>Zn в низовьях р. Б. Шайтановка
Ca>Mg=Al=Cu>Zn»Cd
Реки и Кременная курья
Ca>Cu>Zn>Mg
Майская курья
Ca>Cu>Zn
Р. Печора Р. Б. Шайтановка Кременная курья Нет Mg
Ca=Cu>Zn>Mg=Al»Cd Ca>Cu>Zn>Mg»Pb Ca>Cu>Zn»Mg
Русло Печоры 1-й км ниже устья 3-й, 0.2 км 5-й км
Ca>Cu>Zn>Mg=Al»Cd>Pb р. Б. Шайтановки Ca>Cu>Zn>Mg>Pb>C Ca>Cu>Zn>Mg»P
Ca=Cu>Zn>Mg=Al»Cd (1 b
Пос. Якша и Устье
окрестности р. Гаревки
РЬ есть НетРЬ РЬ есть НетРЬ
А1 есть Нет А1 А1 есть
Cd есть Нет Cd Cd есть
Е. palustre Е. fluviatile
Указанные различия в содержании металлов в тканях хвоща из перечисленных участков бассейна р. Печоры отражены в несходстве их ранжированных рядов (табл. 3). Последние у всех групп хвоща начинаются с Ca. Далее в последовательностях элементов идут Cu и Zn. Исключение составляют растения из района старицы, расположенной в низовьях р. Б. Шайтановки. У них не только отличный от других ряд элементов, но существенно отличается и содержание металлов в тканях. У хвоща из курьи Манская отмечены только Ca, Cu и Zn. У других групп растений ряд продолжен Mg. У хвоща, собранного по берегам р. Печоры, ряды металлов прирастают Al и Cd, у растений с берегов р Б. Шайтановки - Pb. У хвоща из районов устья р. Гаревки, пос. Якша и его окрестностей, с 5-го км русла р. Б. Шайтановки последовательности элементов заканчиваются Pb. Соответствующие ряды металлов из растений, собранных по берегам старицы, на участках 3 км и 0.2 км русла р. Б. Шайтановки, а также в 1-м км ниже ее устья на берегу и в воде р. Печоры, завершаются Cd. Алюминий присутствует в тканях растений, собранных по берегам р. Печоры и старицы в низовьях р. Б. Шайтановки; у хвоща с берегов р. Б. Шайтановки и из обоих курий он отсутствует. Кадмий отмечен в тканях хвоща с берегов р. Печоры и р. Б. Шайтановки вплоть до ее 3-го км, а также у растений из старицы. Нет Cd у хвоща из обеих курий и с участка на 5-м км русла р. Б. Шайтановки. Свинец обнаружен у растений, собранных по берегам русел р. Печоры и р. Б. Шайтановки; его нет у хвоща из водоемов с замедленным течением воды или без течения (табл. 3).
Итак, хвощ по ранжированным рядам металлов разбивается на растения из старицы и прочих участков бассейна верхнего и среднего течения р. Печоры. Последние делятся на растения с берегов курий и рек. Хвощ, произрастающий по берегам р. Печоры отличается от такового, собранного вдоль русла р. Б. Шайтановки. В последней группе особняком стоит хвощ, собранный на 5-м км русла. Среди растений, исследованных с участков по берегам р. Печоры, выделяется хвощ, собранный в 1.0 км ниже устья р. Б. Шайтановки (табл. 3). Эта классификация хвоща по набору и концентрации в его тканях металлов не совпадает с таковой, данной для грунтов из этих же мест [6].
Металлы, накапливаемые хвощем, образуют три группы, отличающиеся по уровню концентрации, значениями и знаком парных корреляционных связей между элементами и между металлами в растениях из разных районов (табл. 4).
Сильные положительные связи отмечены между Mg, Al и Cd, а также между Ca, Zn и Cu. Между этими группами элементов существует значимая отрицательная корреляция. Независимо от других металлов накапливается в хвоще Pb (табл. 4). При определении сопряженности между металлами в каждом пункте сбора материала выявили слабую, но статистически значимую связь между Ca и Pb.
Таблица 4
Значения показателя коэффициента корреляции рангов Спирмена между отдельными металлами (справа вверху) и элементами в хвоще из разных районов
сбора материала (слева внизу)
Металл Элемент
Ca Zn Cu Mg Al Cd Pb
Кальций 0.780** 0.803** - 0.685* - 0.736* - 0.597 0.485
Цинк 0.867** 0.812** 0.779** - 0.739* - 0.742* 0.327
Медь 0.794** 0.806** - 0.639* - 0.733* - 0.685* 0.270
Магний - 0.685* 0.891** * - 0.588 0.906** * 0.924** * 0.157
Алюмин ий - 0.745* 0.721** - 0.527 0.733* 0.924** * 0.012
Кадмий 0.767** - 0.742* - 0.486 0.723* 0.962** * 0.194
Свинец 0.636* 0.309 0.551 0.067 0.030 0.072
Примечание. Достоверность показателя коэффициента корреляции рангов Спирмена: * - Р < 0.05; ** - Р < 0.01; *** - Р < 0.001.
Выводы
1. Хвощ из изученных участков бассейна р. Печоры статистически достоверно различается по набору и содержанию в его тканях металлов.
2. Различия в концентрации металлов в растениях из исследованных участков района проведения работ статистически достоверны только для Са и Cu.
3. Имеется достоверная корреляционная связь между содержанием в донных отложениях и хвоще Cu, сопряженность между концентрациями прочих элементов в растениях и грунте статистически недостоверна.
4. Отмечены сильные положительные связи между Mg, Al и Cd, а также между Ca, Zn и Cu. Между этими группами элементов существует значимая отрицательная корреляция. Свинец в хвоще накапливается независимо от других металлов.
5. Аккумуляция элементов разными видами хвоща, видимо, зависит не от их видовой принадлежности, а от соответствующих условий среды.
***
1. Батова Ю.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф., Титов А.Ф. Влияние кадмия на некоторые физиологические процессы у растений тимофеевки (Phleum pretense L.) // Труды Карельского научного центра РАН. 2013. № 3. С. 52-58
2. Богачев В.В., Филин В.Р. Хвощ приречный // Биологическая флора Московской области / под ред. В.Н. Павлова, В.Н. Тихомирова. М.: Изд-во МГУ, 1990. С. 42-62. URL: (http://www.zooclub.ru/flora/118333.shtml; дата обращения: 01.10.2013).
3. Воронкова Н.М., Бурковская Е.В., Тимофеева Я.О. Аккумуляция тяжёлых металлов различными видами галофитов супралиторали морских берегов на юге
Приморского края // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». 2012. Т. 5. № 4. С. 73-78 (URL: http://isu.ru/izvestia)
4. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 2007. 350 с.
5. Доровских Г.Н., Мазур В.В. Жизненная стратегия паразитов рыб и аккумулирование ими металлов // Вода: химия и экология. 2013. № 4. С. 57-63 (URL: http://watchemec.ru/artide/25594/)
6. Доровских Г.Н., Мазур В.В. Содержание металлов в донных отложениях бассейнов рек Печоры и Вычегды // Вода: химия и экология. 2013. № 9. С. 11-18 (URL: http: // watchemec.ru/article/25936/)
7. Доровских Г.Н., Мазур В.В., Петраков А.П. Сравнение содержания тяжелых металлов в организме гольяна Phoxinus phoxinus (L.) из рек Большая Шайтановка и Човью и гидрохимические характеристики водотоков // В мире научных открытий. 2012. № 9.1 (33). С. 191-212.
8. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1984. 424 с.
9. Кунц А.Ф. Геохимические методы поисков : учеб. пособие. Сыктывкар: Изд-во Сыктывкарского гос. ун-та, 2001. 115 с.
10. Лавриненко А. В., Котельников А. В., Айтимова А. М. Особенности накопления микроэлементов пресноводными фитобентосными организмами // Вестник АГТУ. Серия «Рыбное хозяйство». 2011. № 1. С. 100-102.
11. Лескова О.А., Войтюк Е.А.. Особенности накопления тяжелых металлов в органах травянистых растений // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 44 (7). С. 78-83.
12. Макарова О.А. Содержание химических элементов (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) в системе вода-почва-растение пойменной части реки Иртыш // Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т. 11. № 1 (3). С. 315-319.
13. Новаковская Т.В., Дымова О.В. Видовое разнообразие и пигментный комплекс макрофитов водоемов окрестностей г. Сыктывкара (Республика Коми) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 5 (1). С. 127-134.
14. Патова Е.Н., Стерлягова И.Н. Содержание тяжелых металлов в воде и их накопление в водорослях-макрофитах на примере горно-долинного озера (Приролярный Урал) // Вода: химия и экология. 2012. № 5. С. 114-121 (URL: http:// watchemec.ru/article/24649/)
15. Пучков В.Н. Тектоника Урала. Современные представления // Геотектоника. 1997. № 4. С. 42-61.
16. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск : Изд-во КарНЦ РАН, 2007. 172 с.
17. Чан Х.К., Мельник И.В. Поглощение ионов меди (Cu2) из воды некоторыми макрофитами // Вестник Астраханского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2012. № 2 (39). С. 71-77.
18. Чукина Н.В. Структурно-функциональные показатели высших водных растений в связи с их устойчивостью к загрязнению среды обитания : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Борок, 2010. 24 с.
19. Шарифзянов Р.Б., Давыдова О.А., Климов Е.С. Коэффициент биологического поглощения как один из критериев накопления ионов тяжелых металлов в различных породах древесных растений // Успехи современного естествознания. 2011. № 4. С. 103-104.
20. Wojick M., Tukendorf A. Cd-tolerance of maize, rye and wheat seedlings // Acta Physiol. Plant. 1999. Vol. 49, № 2. P. 99-107.
