CC BY
40
УДК [546.76]:582/475.4(574.42)
Sibirkina A.R. THE MAINTENANCE OF Pb IN THE GRASS OF PINE FORESTS NEAR THE IRTISH RIVER IN SEMEY IN KAZAKHSTAN REPUBLIC. Contents Pb is studied in work in herb the Irtish River in Semey It Is Revealed by that main source of the arrival Pb in plants are his (its) rolling forms and atmosphere. For studied rubbed Pb is an element of the strong accumulation.
Key words: lead, herbs, accumulation.
А.Р. Сибиркина, канд. хим. наук, доц. каф. общей экологии Челябинского гос. университета, г. Челябинск, E-mail: [email protected]
СОДЕРЖАНИЕ PB В ТРАВАХ СОСНОВОГО БОРА СЕМИПАЛАТИНСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
В работе изучено содержание Pb в травах соснового бора Семипалатинского Прииртышья. Выявлено, что основным источником поступления Pb в растения являются его подвижные формы и атмосфера. Для изученных трав Pb является элементом сильного накопления.
Ключевые слова: свинец, травы, накопление.
В Прииртышской впадине на юго-восточной окраи-не Западно-Сибирской равнины, на правом берегу реки Иртыш, простираются уникальные ленточные боры. Площадь ленточного бора Прииртышья составляет в среднем 545,0-658,8 тыс. га, из них 95,1 га ленточный бор Семипалатинского Прииртышья (М.К. Колходжаев и др., 1968). Ленточные боры СП, произрастают в экстремальных природных условиях, к тому же за последние десятилетия неоднократно подвергались опустошительным пожарам, являющихся источниками различных загрязняющих веществ, в том числе и тяжелых металлов (ТМ). Оседая на дневную поверхность, ТМ поступают в растения и активно вовлекаются в биологический круговорот элементов. Одной из задач современной биогеохимии является изучение химического состава растений из разных мест произрастания, оценка уровня их способности к бионакоплению различных веществ и соединений. Учитывая, что процессы поглощения и нейтрализации токсичных компонентов техногенных эмиссий, осуществляемые травянистыми растениями, столь же значимы, как их почвозащитные и водорегулирующие функции [1], то изуче-
ние содержания Pb в различных видах травянистой растительности соснового бора Семипалатинского Прииртышья представляет научный интерес, для оценки региональных биологических ресурсов.
Объекты и методы исследования. Отбор проб проводили в летне-осенний период (август-сентябрь) 2007 года на различных участках семипалатинского равнинного и буг-ристого песчаных лесных районов: в окрестностях г. Семей с углублением в лес на 500-1500 м к западу и северо-западу от города, в Бескарагайском районе (в районах сел Бегень и Сосновка), в Бородулихинском районе. Всего в исследуемых районах было обнаружено 52 вида травянистых растений из 18 семейств. В пределах ленточных боров располагаются равнинные и бугристые боровые пески, в которых методом атомно-абсорбционного анализа, были определены валовое содержание и подвижные формы Pb: кислоторастворимая (1н. раствор Н^), обменная (ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8), водорастворимая (бидистиллированная вода). Всего было проанализировано 78 почвенных и 417 растительных проб.
Таблица 1
Содержание свинца в травах из различных семейств, мг/кг сухого вещества
Семейства растений В целом по растению Корни Надземная часть
1 2 3 4
Осоковые, п=9 Cyperaceae J. St. Hill. 2,75±0,2 (30,9) 1,09-3,90 3,30±0,2 (15,2) 3,00-3,90 2,19±0,1(46,6) 1,09-3,00
Злаковые, п=33 Gramineae Juzz. 4,60±0,3 (80,6) 0,27-13,82 5,1 Otó,3 (64,4) 0,68-7,53 4,09*0,2(96,7) 0,27-13,82
Лилейные, п=9 Liliaceae Hall. 3,35±0,2 (23,3) 1,61-5,87 4,85±0,3(33,6) 2,32-5,87 1,85±0,1(13,0) 1,61-2,09
Маревые, п=12 Chenopodiaceae Less. Гвоздичные, п=12 Caryophyllaceae Juzz. 2,87±0,2 (62,6) 1,64-6,30 1,76±0,1 (85,4) 0,31-3,94 2,09±0,1(53,4) 1,85-5,62 1,71 ±0,1 (83,7) 0,44-3,70 3,64iO,2(71,7) 1,64-6,30 1,81±0,1 (87,0) 0,31-3,94
Лютиковые, п=15 Ranunculaceae Juzz. 3,68±0,3 (82,7) 1,54-16,18 2,98±0,2 (50,9) 1,54-5,02 4,38±0,3(114,4) 1,60-16,18
Продолжение таблицы
1 2 3 4
Крестоцветные, п=36 Crucifera Juzz. 4,58±0,3 (52,3) 1,05-13,14 3,22±J0,2 (5,7) 3,04-4,95 5,93±0,3 (98,8) 1,05-13,14
Розоцветные, п=21 Rosaceae Juzz. 4,23±0,2 (110,2) 0,72-8,01 4,27±0,2 (124,6) 0,72-7,81 4,18±0,2 (95,8) 1,87-8,01
Бобовые,п=30 Leguminosae Juzz. 3.57±0.2 <77.61 1,79-5,71 3.66±0.2 f60.51 2,64-4,28 3.47±0.2 Ґ94.61 1,79-5,71
Зонтичные, п=12 Umbelliferae Morís. 2.73±0,2 (29.6) 1,80-4,36 1.87iJ0.1 (5.8) 1,80-1,95 3.58±0.2 (53.41 2,47-4,36
Сложноцветные, п=132 Compositae (Vaill.) Adans. 3.5±0,3 (564.61 0,29-24,07 3.50±0,2П43,01 0,31-12,37 3.50iJ0.3f986.21 0,29-24,07
Ворсянковые, n=12 Dipsacaceae Lindl. 3.11±0.2 (110.6) 1,12-7,87 3.45±0,2(118,91 1,52-7,87 2,76±0,2 (102.3) 1,12-6,48
Мареновые, n=12 Rubiaceae Juzz. 5.32±0.3 (37.61 3,34-8,21 4.86±0.3 (33.61 3,34-7,12 5.78±0.3 (41.51 3,58-8,21
Норичниковые, n=36 Scrophulariaceae Lindl. 2.02±0,1 (43.9) 0,38-3,05 2.96iJ0.2 (3.6) 2,87-3,05 1,07±0,06 (84.2) 0,38-1,53
Тутовые, n=12 Moraceae Lindl. 2,75±0,2 Í77.21 0,98-5,46 3,15±0,2 (72,31 1,25-5,46 2,35±0,1 (8 2,11 0,98-4,65
Хвощевые, n=6 Eguisetaceae Rich. 3.91±0.3 Í56.61 2,28-6,58 4.26±0.3 (44.81 2,36-6,58 3.56±0.3 Ґ68.41 2,28-6,02
Заразиховые, n=6 Orobanchaceae Lindl. 2.44±0.1 Í68.71 1,18-5,69 2.44±0.1 Í68.71 1,18-5,69
Подорожниковые, n=12 Plantaginaceae Lindl. 2.96±0.2 П 20.91 1,58-9,28 3.26±0.2 (Ї42.91 1,88-9,28 2.66±0.2 Í98.91 1,58-7,25
Среднее для 18 семейств, n=417 3.37±0,2 (95.3) 0,27-24,07 3.44±0,2 (62.21 0,31-12,37 3,29iO,2(128.01 0,27-24,07
В работе были использованы различные биогеохимические показатели. Коэффициент биологического поглощения (КБП), характеризующий распределение элементов между живым веществом и абиотической средой [2]. Показатель биотичности элементов (ПБЭ), который представляет отношение содержания элемента в растениях к кларку земной коры. [3 ]. Для характеристики распределения элементов между живым веществом и окружающей средой были вычислены коэффициенты накопления (Кн1) [3] и (Кн2) [4].
Обсуждение результатов. В настоящее время в литературе нет достаточных данных о накоплении и фитотоксичности ТМ в растениях из-за их разной чувствительности к воздействию ТМ, в том числе и свинца [5]. Следует отметить, что в ходе исследования не было обнаружено какого-то единообразия в распределении концентраций соединений свинца в растениях по разным участкам леса. Максимально высокие концентрации свинца были обнаружены в травах, произрастающих в сосновом бору в окрестностях г. Семей, являющегося многопрофиль-
ным промышленным центром, с огромным количеством автотранспорта. Согласно литературным данным, к основным источникам свинца как элемента-загрязнителя относятся выхлопные газы, аэрозоли автотранспорта и техногенная пыль, которая содержит большое количество свинца, в виде соединений плохо растворимых в воде, например, оксидов и сульфидов [6].
В ходе исследования был проведен сравнительный анализ аккумуляции свинца травами соснового бора с различными показателями его содержания в растениях. Средние концентрации в травах соснового бора не превышают его фоновых значений для растений Восточного Казахстана [7] равных 7,1 мг/кг (при варьировании 2,8-56,4), но в 3,0 раза выше его концентраций в сухой фитомассе растительности континентов [8] и в 1,77,4 раза выше его ПДК [9,10]. Обнаруженные максимальные концентрации свинца в 3,4 раза превышают критические его значения для растений [11], но не достигает уровня фитотоксичных значений для растений [12].
Химический состав среды формирует и химический со-став организмов, закрепляя его в генетическом аппарате, что позволяет говорить о видоспецифичности накопления металлов в живых организмах. Уровни содержания ТМ в травянистых растениях, относящихся к различным семействам, представлены в таблице 1.
Среднее содержание свинца в изученных 18 семействах травянистых растениях значительно варьирует. Концентрации свинца выше фона выявлены в травах восьми из восемнадцати изученных семейств, что составляет 44,4%: сложноцветные, розоцветные, лютиковые, подорожниковые, злаковые, крестоцветные, ворсянковые и мареновые. Адаптация к высоким концентрациям элементов приводит к появлению видов - концент-рато-ров отдельных элементов, что имеет большое значение с точки зрения охраны окружающей среды, но опасно для здоровья человека.
Основным звеном в круговороте химических элементов в биосфере является почвенный покров. В пределах ленточных боров располагаются равнинные и бугристые боровые пески, имеющие самое низкое содержание ТМ из всех почвообразующих пород региона, и, отличающиеся минимальной концентрацией ТМ, что связано с их минералогическим и гранулометрическим составом [13]. В ходе исследования установлено, что содержание свинца в боровых песках соснового бора, не испытывающих прямого влияния техногенных нагрузок, близко к уровню концентрации элемента в поверхностном слое почв мира (25,0 мг/кг [14]), но выше кларкового значения для почв Восточного Казахстана (15,8 мг/кг [13]). Степень техногенного загрязнения почв можно оценить по уровню содержания в почве подвижных форм соединений химических элементов. Установлено, что соотношение подвижных форм свинца к его валовому содержанию, а, следовательно, и доступность для растений невелики и составляют 1,4%. Соотношение кислоторастворимой формы к валовому содержанию составляет всего 3,4%, следовательно, изученные пески по содержанию в них свинца, относятся к категории фоновых почв.
Содержание ТМ в растениях определяется биологическими особенностями и наличием в них функциональных барьеров на границах корень - стебель, стебель - лист, стебель - репродуктивные органы [15]. В ряде работ [4; 16] указывается, что концентрации ТМ в надземных органах, как правило, меньше, чем в корнях тех же видов. При проникновении ТМ в корни растений происходит их хелатирование и, как следствие, уменьшение подвижности. Определенную защитную функцию в корнях могут выполнять клетки пояса Каспари, препятствующие движению вещества по межклеточному пространству и ограничивающие его переход в проводящие ткани [14]. Исследование пока-
Библиографический список
1. Терехина, Т.А. Антропогенные фитосистемы. - Барнаул, 2000.
2. Ильин, В.Б. Химические элементы в системе П-Р / В.Б. Ильин, М.Д. Степанова. - Новосибирск, 1982.
3. Глазовский, Н.Ф. Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. - М., 1987.
4. Безель, В.С. Структура ценопопуляций одуванчика и специфика накопления тяжелых металлов / В.С. Безель, Т.В. Жуйкова, В.Н. Позолотина // Экология. - 1998. - № 5.
5. Степанок, В.В. Влияние высоких доз свинца на элементный состав растений // Агрохимия. - 1998. - № 7.
6. Воробьев, С.А. Влияние выхлопов автомобильного транспорта на содержание тяжелых металлов в городских экосистемах // Безопасность жизнедеятельности. - 2003. - № 10.
7. Панин, М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов Восточного Казахстана. - Алматы, 2000.
8. Добровольский, В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. - М., 1983.
9. Лукина, Н.В. Поглощение аэротехногенных загрязнителей растениями сосняков на северо-западе Кольского полуострова / Н.В. Лукина, В.В. Никонов // Лесоведение. - 1993. - № 6.
10. Saurbeck, D. Welhe schwermetallgechalte in pflanzen dürfen nicht überschritten warden, um wachstumbeein trachtigungen zu vermeiden. // Landwirdschaftliche Forschung. Kongressband. S.-H. - 1982.
11. Тарабрин, В.П. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в окружающей среде.- Киев, 1980.
12. Verloo, V. Van Analytical and biological criteria with regard to soil pollution. / V. Verloo, A. Cottenie, G. Landschoot. // Laudwirtschaftliche Forschung. Kongressband, 1982.
13. Панин, М.С. Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень). - Семипалатинск, 1999.
14. Ягодин, Б.А. Кадмий в системе почва - удобрения - растения - животные организмы и человек / Б.А. Ягодин, С.Б. Виноградов,
В.В. Говорина // Агрохимия, - 1985. - № 5.
15. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях. / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - М., 1989.
16. Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем / Е.Л. Воробейчик, О.Ф. Садыков,
М.Г. Фарафонтов. - Екатеринбург, 1994.
17. Перельман, А.И. Геохимия: учеб. для геол. спец. вузов. - М., 1989.
Bibliography
1. Terekhina, T.A. Antropogennihe fitosistemih. - Barnaul, 2000.
2. Iljin, V.B. Khimicheskie ehlementih v sisteme P-R. / V.B. Iljin, M.D. Stepanova. - Novosibirsk, 1982.
зало, что изученные семейства растений по-разному распределяют ТМ по органам растения. Концентраторами свинца в корнях растений являются травы из семейств осоковые, злаковые, лилейные, розоцветные, бобовые, ворсянковые, норичниковые, тутовые, хвощевые, подорожниковые. К усиленному накоплению свинца в надземной части склонны травы из семейств маревые, гвоздичные, лютиковые, крестоцветные, зонтичные, сложноцветные, мареновые. Мы предполагаем, что, во-первых, у этих растений происходит нарушение или ослабление барьерной функции корня по отношению к свинцу, во-вторых, происходит активная его аккумуляция не только из почвы, но и из атмосферного воздуха. следовательно, травы соснового бора даже в условиях незагрязненных почв накапливают свинец в высоких концентрациях. Данное заключение подтверждают и рассчитанные коэффициенты накопления, равные 0,1 относительно валового содержания свинца и изменяющиеся от 4,2 до 68,8 для различных его форм. Кроме того, о нарушении функции корневого барьера у растений большинства из изученных семейств свидетельствует рассчитанный коэффициент перераспределения (КП=1,0). Согласно рядам биологического поглощения [17], свинец является элементом сильного накопления, роль его в общем круговороте веществ в лесной экосистеме незначительна (ПБЭРЬ0,2).
Выводы. 1. На всей исследуемой территории соснового бора содержание свинца превышает его ПДК для растений, максимальные его концентрации превышают критические уровни для растений, но не достигают фитотоксичных значений. Самые высокие концентрации свинца были обнаружены в окрестностях г. Семей, что, вероятно, явилось следствием негативного влияния антропогенного фактора.
2. Концентраторами свинца являются травы из семейств сложноцветные, розоцветные, лютиковые, подорожниковые, злаковые, крестоцветные, ворсянковые и мареновые. Акропе-тальный тип накопления свинца характерен для трав из семейств осоковые, злаковые, лилейные, розоцветные, бобовые, ворсянковые, норичниковые, тутовые, хвощевые, подорожниковые. К увеличенному накоплению свинца в надземной части склонны травы из семейств маревые, гвоздичные, лютиковые, крестоцветные, зонтичные, сложноцветные, мареновые, у данных растений происходит нарушение функции корневого барьера.
3. Основное поглощение свинца травами идет за счет его подвижных, более доступных для растений форм, а также за счет поступления из атмосферы. Свинец для изученных видов травянистых растений является элементом сильного накопления, но роль его в общем круговороте веществ лесной экосистемы незначительна.
3. Glazovskiyj, N.F. Biogeokhimicheskiyj krugovorot vethestv v biosfere. - M., 1987.
4. Bezelj, V.S. Struktura cenopopulyaciyj oduvanchika i specifika nakopleniya tyazhelihkh metallov / V.S. Bezelj, T.V. Zhuyjkova, V.N. Pozolotina /
/ Ehkologiya. - 1998. - № 5.
5. Stepanok, V.V. Vliyanie vihsokikh doz svinca na ehlementnihyj sostav rasteniyj // Agrokhimiya. - 1998. - № 7.
6. Vorobjev, S.A. Vliyanie vihkhlopov avtomobiljnogo transporta na soderzhanie tyazhelihkh metallov v gorodskikh ehkosistemakh // Bezopasnostj
zhiznedeyateljnosti. - 2003. - № 10.
7. Panin, M.S. Ehkologo-biogeokhimicheskaya ocenka tekhnogennihkh landshaftov Vostochnogo Kazakhstana. - Almatih, 2000.
8. Dobrovoljskiyj, V.V. Geografiya mikroehlementov. Globaljnoe rasseyanie. - M., 1983.
9. Lukina, N.V. Poglothenie aehrotekhnogennihkh zagryazniteleyj rasteniyami sosnyakov na severo-zapade Koljskogo poluostrova / N.V. Lukina, V.V. Nikonov // Lesovedenie. - 1993. - № 6.
10. Saurbeck, D. Welhe schwermetallgechalte in pflanzen durfen nicht uberschritten warden, um wachstumbeein trachtigungen zu vermeiden. // Landwirdschaftliche Forschung. Kongressband. S.-H. - 1982.
11. Tarabrin, V.P. Fiziologiya ustoyjchivosti drevesnihkh rasteniyj v usloviyakh zagryazneniya okruzhayutheyj sredih tyazhelihmi metallami // Mikroehlementih v okruzhayutheyj srede.- Kiev, 1980.
12. Verloo, V. Van Analytical and biological criteria with regard to soil pollution. / V. Verloo, A. Cottenie, G. Landschoot. // Laudwirtschaftliche Forschung. Kongressband, 1982.
13. Panin, M.S. Formih soedineniyj tyazhelihkh metallov v pochvakh sredneyj polosih Vostochnogo Kazakhstana (fonovihyj urovenj). - Semipalatinsk, 1999.
14. Yagodin, B.A. Kadmiyj v sisteme pochva - udobreniya - rasteniya - zhivotnihe organizmih i chelovek / B.A. Yagodin, S.B. Vinogradov, V.V. Govorina // Agrokhimiya, - 1985. - № 5.
15. Kabata-Pendias, A. Mikroehlementih v pochvakh i rasteniyakh. / A. Kabata-Pendias, X. Pendias. - M., 1989.
16. Vorobeyjchik, E.L. Ehkologicheskoe normirovanie tekhnogennihkh zagryazneniyj nazemnihkh ehkosistem / E.L. Vorobeyjchik, O.F. Sadihkov, M.G. Farafontov. - Ekaterinburg, 1994.
17. Pereljman, A.I. Geokhimiya: ucheb. dlya geol. spec. vuzov. - M., 1989.
Cтатья поступила в редакцию 12.02.12
УДК 911.52 (571.6); 504.54.05 (571.6)
Alekseev I. LANDSCAPE STRUCTURE BIOCENOTIC AREA THE PLAINS SOUTH OF THE AMUR REGION. The
article contains a geographical and ecological characteristics of the flat landscape the southern part of the Amur region. Analysis of the natural components Amur-Zeya, Zeya-Bureya, Arharinskoy, Byssinskoy, Depsko-Zeya-Norsk-Orel (Zeya-Selemdjinsk) plains area of interest because of their unique natural and territorial structure and zonal transitional biocoenoses.
Key words: landscape structure biocenotic, the plains south of the Amur region, the transient nature of the biocenoses, the change of zonal groupings of vegetation.
И.А. Алексеев, канд. географ. наук, доц., начальник отдела организации научной деятельности Благовещенского гос. педагогического университета, E-mail: [email protected]
ЛАНДШАФТНО-БИОЦЕНОТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТЕРРИТОРИИ РАВНИННОГО ЮГА АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ
Дана географическая и экологическая характеристика равнинных ландшафтов территории южной части Амурской области. Анализ природных компонентов Амурско-Зейской, Зейско-Буреинской, Архаринской, Быс-синской, Депско-Зейско-Норско-Орловской (Зейско-Селемджинской) равнин территории представляет интерес благодаря уникальности их природно-территориальной структуры и зонально-переходного характера биоценозов.
Ключевые слова: ландшафтно-биоценотическая структура, равнины юга Амурской области, переходный характер биоценозов, смена зональных группировок растительности.
Амурская область уникальна разнообразием ландшафтно-биоценотической структуры. Это обусловлено значительной протяженностью ее территории с севера на юг (1225 км) и с запада на восток (1686 км). Площадь Амурской области практически сравнима с Германией. Уникальность видовой структуры растительности определяют специфика геолого-геоморфологическо-го устройства, климата, растительные реликты (территория юга Амурской области в плейстоцене была одним из немногих «убежищ жизни»), наличие зоны перехода от мелколиственно-широколиственных, смешанных лесов к таёжным лесам.
Контактовый, «буферный» характер тектонического и геологического устройства территории Амурской области обусловливает в целом равнинный характер южной части и преимущественно возвышенный, горный - северной. Горная северная часть территории области образована передовыми структурами Алдано-Станового и Прибайкальско-Забайкальского комплексов, мезозойской Монголо-Охотской геосинклинали и буферными между ними плитными геокомплексами. Учитывая разновоз-растность и разнородность морфоструктур, северную часть территории Амурской области можно с учетом прочих физико-географических особенностей дифференцировать по принадлежности к нескольким физико-географическим странам. Преимущественно равнинный юг является композитным массивом -
частью структур, образующих территорию северо-востока КНР, и с учетом генезиса природных комплексов может быть отнесен к одной физико-географической стране (рис. 1). Обширная территория равнинного юга области характеризуется разнообразием геоморфологического устройства, климатических показателей, почвенно-растительных комплексов различных зональных, азональных, интра- и экстразональных типов ландшафтов. Равнины юга Амурской области являются и частью долины р. Амур с зоной перехода от верхнего течения (Верхнее Приамурье) к среднему (Среднее Приамурье).
Равнинный юг и горный север имеют значительную расчлененность поверхности по типам и видам морфоструктур и мор-фоскульптур, сочетаниям растительных группировок, что позволило на этой основе определить границы физико-географических областей (рис. 2) [2]. Дальнейшее дистанционное, полевое и камеральное изучение геоморфологического устройства и ландшафтной дифференциации позволило определить границы физико-географических районов в пределах территории Амурской области (рис. 3). Физико-географические районы определялись на основе учета характерных пространственных сочетаний генетически и морфологически однородных морфоскульптурных форм в рамках одного типа морфоструктуры, почвенных и биоце-нотических комплексов (видов и типов ландшафтов).
