CC BY
109
Всероссийский журнал научных публикаций, ноябрь 2010
Видовая специфика накопления тяжелых металлов лекарственными растениями
Семенова В.В.
Аспирант Прикаспийского института биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г Махачкала
Изучение накопления тяжелых металлов (ТМ) в растениях важно как для оценки состояния самого растения, так и для биосферы в целом в плане понимания процессов круговорота веществ, а также для научной и практической работы по экологическому мониторингу [2]. Доступность ТМ растениям—не постоянна. Она варьирует от одного вида растений к другому, зависит от почвенных и климатических условий. У каждого вида растений концентрации ТМ могут варьировать в различных частях и органах, а также в зависимости от возраста растений [1].
Имеются исследования по влиянию почвенных факторов на элементный состав некоторых лекарственных растений [3]. В литературе также имеются сведения о том, что химический состав растений зависит от состава почв, на которых произрастают растения, но не повторяет его, так как растения избирательно поглощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями [4].
В условиях Дагестана исследований по содержанию тяжелых металлов в лекарственных растениях ранее не проводилось.
Цель настоящей работы—изучение содержания тяжелых металлов в надземной и подземной фитомас-се лекарственных растений, произрастающих в разных климатических условиях республики Дагестан. В задачи работы входило: установление уровней
накопления ТМ в тысячелистнике обыкновенном (Achillea millefolium L.) и т. таволговом (A. filipendulina Lam.), определение зависимости содержания тяжелых металлов в растениях от содержания их в почвах, влияние почвенных условий (типа почвы, содержания гумуса и рН почвы) на накопление ТМ (Zn, Cu, Ni, Pb) растениями тысячелистника в горных условиях республики Дагестан.
Исследования проводили в 2008—2010 гг. Сбор растительных образцов проходил в период цветения растений. Для определения элементов в надземной массе брали среднюю пробу, после чего растительные образцы разделяли на листья, стебли, корни, соцветия. Пробы почвы брали из зоны расположения корневой системы. Определение элементов в растительных образцах проводилось после сухого озоления с получением солянокислой вытяжки, в почвенных образцах—методом экстракции 1М HCl. Измерение проводилось на полярографе ПУ-1, фотоэлектро-колориметре КФК-2.
В результате наших исследований установлено, что вегетативные и генеративные органы тысячелистника накапливают элементы в разном количестве. Так, например, для тысячелистника таволгового и т. обыкновенного наиболее низкие концентрации меди и свинца обнаружены в стеблях, никеля—в корнях, а цинка в листьях тысячелистника (табл.1). Высокая концентрация цинка (12,8; 9,8 мг/кг) характерна для соцветий обоих видов растений. Максимальное количество свинца у обоих видов (1,40; 1,02 мг/кг) отмечено в листьях, а никеля—в соцветиях тысячелистника обыкновенного (2,18 мг) и листьях т. таволгового (1,70 мг/кг), меди—в корнях (5,41 мг/кг) т. обыкновенного и соцветиях т. таволгового (4,40 мг/кг). Выявлена зависимость содержания тяжелых металлов в надземной части тысячелистника от показателей гумуса и pH почвы (табл. 2). Для одних элементов связь положительная, для других отрицательная.
Таблица 1 Содержание некоторых тяжелых металлов в органах Achillea millefolium L. и A. filipendulina Lam., мг/кг сухого вещества
Части растений Zn Cu Ni Pb
Мср. Lim. Мср. Lim. Мср. Lim. Мср. Lim.
Тысячелистник обыкновенный
листья 7,30 2,2-19,0 3,89 0,01-7,1 1,97 0,01-4,6 1,40 0,24-3,6
стебли 7,75 1,6-17,0 2,49 0,75-4,8 1,70 0,01-6,5 0,31 0,01-0,9
корни 12,67 1,5-27,0 5,41 2,50-11,0 1,67 0,01-5,3 1,03 0,09-3,9
соцветия 12,88 0,4-26,0 4,26 0,70-12,0 2,18 0,01-6,5 0,76 0,01-4,0
Тысячелистник таволговый
листья 3,70 1,8-5,1 4,17 0,10-7,1 1,70 0,33-2,9 1,02 0,74-1,30
стебли 7,50 2,2-13,1 2,46 1,0-3,3 0,70 0,10-1,1 0,36 0,19-0,55
корни 8,00 1,7-12,9 3,50 2,40-5,4 0,70 0,20-1,5 0,45 0,19-0,63
соцветия 9,80 1,1-14,7 4,40 0,30-9,3 1,10 0,10-1,8 0,61 0,37-0,79
Тип почвы. Место отбора Абсол. высота Гумус, % рн Zn Cu Ni Pb
Тысячелистник обыкновенный
Горно-луговая черноземовидная карбонатная глинистая. Левашинский р-он, с.Леваши 1313 2,9 7,6 17,0/10,3 2,80/6,20 0,69/1,20 7,10/0,46
-«—дерновая слабокарбонатная легкосуглинистая. Хунзахский р-он, с. Шотода 1950 12,5 7,1 68,0/12,9 5,10/1,38 0,27/0,05 20,0/0,70
-«—карбонатная глинистая. Акушинский р-он, с. Усиша 1600-1824 5,5 7,1 13,0/12,2 1,40/1,70 1,60/0,23 3,90/0,60
-«—среднесуглинистая на сланцах. Цунтинский р-он, с.Цицимах 2300 7,6 6,6 25,0/19,6 2,80/2,36 0,46/0,59 11,4/1,00
-«—карбонатная среднесуглинистая. Акушинский р-он, Гапшима 1697 5,7 7,3 14,0/7,2 2,10/2,18 1,37/0,31 4,60/0,60
-«—карбонатная глинистая. Гунибский р-он, с. Гуниб 1594 4,8 7,4 21,0/6,5 2,10/2,30 0,46/0,16 9,60/0,59
Тысячелистник таволговый
Горно-каштановая карбонатная среднесуглинистая. Карабудахкентский р-он, с. Губден 606 3,4 7,8 26,0/7,9 1,90/6,56 0,01/1,76 9,30/0,88
Светло-каштановая карбонатная легкосуглинистая. По трассе Махачкала-Манас 29 1,6 7,3 7,1/10,3 0,80/4,03 3,66/1,60 3,40/9,01
Горно-луговая карбонатная среднесуглинистая. Сергокалинский р-он, с. Сергокала 519 5,6 7,6 14,0/2,8 2,10/0,46 1,37/0,12 4,60/0,43
Примечание. Над чертой—содержание подвижных форм элементов в почве (гор. А+В), под чертой—в надземной части растений.
Примечание Мср.—среднее арифметическое, Lim.—пределы колебаний.
Таблица 2. Показатели содержания элементов в надземной части Achillea millefolium L. и A. filipendulina Lam. в зависимости от типа, содержания гумуса и рН почвы, мг/кг
Для однотипных почв—горно-луговых карбонатных глинистых почв с повышением гумуса в почве от 4,8% до 5,5% отмечено снижение меди от 2,3 до 1,70 мг/кг и повышение цинка на 5,7 мг/кг. При этом показатели никеля и свинца в растениях тысячелистника существенно не изменились. Для разных типов почв, резко различающихся по содержанию гумуса (горно-луговые черноземовидные и горно-луговые дерновые), закономерность, отмеченная для однотипных почв, была выявлена только для меди и никеля. Итак, отмечено максимальное содержание в надземной части меди (6,20 мг) и никеля (1,20 мг) при показателе гумуса в почве 2,90%. При высоком содержании гумуса (12,5%) в почве показатели меди и никеля в тысячелистнике составляют соответственно 1,38 и 0,05 мг/ кг сухого вещества. Такое различие, видимо, связано с тем, что тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, и для разных металлов способность эта выражена по-разному. Об этом свидетельствуют также исследования других авторов [4].
В однотипных почвах примерно с одинаковым содержанием гумуса (с. Усиша и с. Гапшима) содержание изученных микроэлементов в растениях тоже различается. Здесь значительную роль играет также по-чвообразующая порода, на которой формируется почва. Так, например, в растениях тысячелистника, произрастающих на горно-луговых среднесуглинистых почвах, сформированных на сланцах (с. Цицимах), содержится значительно больше ТМ, чем в тысячелистнике, произрастающем на таких же почвах, но сформированных на карбонатных породах (с. Гапшима).
Если проанализировать накопление элементов растениями тысячелистника таволгового на разных типах почв с различным содержанием гумуса, то из данных табл. 2 видно, что содержание цинка в растениях, отобранных на светло-каштановых почвах по трассе Махачкала—Манас, превышает (10,3 мг/кг) содержание его в растениях, собранных на горно-луговых карбонатных почвах в районе с. Сергокала (2,8 мг/ кг) в 3 раза. Это связано с очень низким содержанием гумуса в светло-каштановой почве.
Отмечена зависимость содержания некоторых ТМ от pH почвы. Так, например, наибольшая концентрация цинка (19,6 мг/кг) отмечена для надземной части тысячелистника обыкновенного, отобранного в с. Цицимах, при pH 6,6, а при повышенном содержании свинца в почве накопление в растении не наблюдается. Это связано с тем, что цинк при подкислении среды переходит в легкоподвижную форму, а свинец связывается в комплексы.
В надземной части (в частности, в листьях) растений, собранных по трассе Махачкала—Манас, содержание свинца превысило ПДК (ПДК=6 мг/кг по САН ПИН 232.1078-01), когда как в экологически чистых местах показатели его не превышали 1,5 мг/кг.
По результатам исследований можно сделать заключение о том, что уровень содержания Zn, №, Pb в растениях тысячелистника зависит от конкретной почвенно-геохимической обстановки мест произрастания. Порядок убывания содержания их в растении представляется в следующем виде: Zn > ^ > № > Pb.
Выявлена видовая избирательность в накоплении микроэлементов разными частями растений. Один и тот же вид в разных местах произрастания (с различными содержаниями элементов в почвах) довольно значительно различается по содержанию микроэлементов.
Список использованных источников
1. Безуглова О.С. Биогеохимия / О.С. Безуглова, Д.С. Орлов.— Ростов н/Д: «Феникс», 2000.-320 с.
2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б. Ильин.—Новосибирск: Наука,1991.
3. 3. Попов А.И Влияние почвы на элементный состав ДсЫИеа тШеЮИит 1_. //Растительные ресурсы. 1994. Т.30.-С. 108-120.
4. Садовникова Л.К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении; Учеб. пособие / Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская. 3-е изд.., перераб.-М.; Высш. шк.., 2006.-334 с.
