АГРОХИМИЯ, 2009, № 9, с. 76-87
УДК 631.81.033:632.122.1:635.1/.8
БИОАККУМУЛЯЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НЕТРАДИЦИОННЫМИ ОВОЩНЫМИ КУЛЬТУРАМИ НА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2009 г. С.В. Горелова1, Г.В. Песцов1, М.С. Гинс2, П.Ф. Кононков2, М.В. Фронтасьева3, Е.В. Ермакова3, С.М. Ляпунов4, А.В. Горбунов4, О.И. Окина4
1 Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого 300026 Тула, просп. Ленина, 125, Россия E-mail: gsvphysiology08@rambler.ru 2 Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства
овощных культур 143080 Московская обл., Одинцовский р-н, п. ВНИИССОК, Россия E-mail: analytic@ginras.ru 3 Объединенный институт ядерных исследований 141980 Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6, Россия 4 Геологический институт РАН 119011 Москва, Пыжевский переулок, 7, Россия
Поступила в редакцию 07.08.2008 г.
Проведен сравнительный анализ аккумуляции макро- и микроэлементов из почв нетрадиционными для Нечерноземной зоны России овощными культурами: дайконом (Raphanus sativus subsp. acantiformis (Morel) Stankev.), амарантом (Amaranthus tricolor L.), хризантемой увенчанной (Chrysanthemum coronarium L.), выращенными на территории техногенно загрязненных районов Тульской области. Выявлены культуры, являющиеся аккумуляторами А1, V, Cr, Мп, Fе, Zn, Ni (амарант, хризантема увенчанная). Показаны преимущества интродукции дайкона на почвах, испытывающих интенсивное техногенное загрязнение для получения экологически безопасной продукции. Установлены коэффициенты биологической аккумуляции элементов из почв (для Mg, K, Br, Sr, Мо > 1).
ВВЕДЕНИЕ
В связи с высоким техногенным загрязнением большинства регионов Нечерноземной зоны России важной теоретической и практической задачей является изучение биоаккумуляции химических элементов различными сельскохозяйственными культурами. Подбор культур и сортов, способных в наименьшей степени концентрировать в хозяйственно ценной части урожая тяжелые металлы, позволит получать экологически чистую продукцию на техногенно загрязненных территориях. В то же время выявление растений-аккумуляторов токсичных элементов, способных концентрировать в биомассе тяжелые металлы и металлоиды, поможет решить проблему биоремедиации почв от тяжелых металлов.
К числу наиболее перспективных овощных культур относятся: виды рода амарант (АтатаПкт Ь.), являющиеся источником незаменимых аминокислот и биологически активных веществ - анти-оксидантов, в частности, вид амаранта АтатаШкш
tricolor (L.), отличающийся высоким содержанием амарантина - пигмента бетацианиновой природы, который служит фоторецептором и обладает антиоксид антными свойствами [1]; дайкон (Raphanus sativus subsp. acantiformis (Morel) Stankev.) - одна из перспективных корнеплодных культур для возделывания в условиях средней полосы РФ. Дайкон успешно культивируют в Японии, где он занимает одно из первых мест среди овощных культур по потреблению [2]. В условиях Нечерноземной зоны России дайкон - это относительно скороспелая культура (50-80 сут) с высокой урожайностью (4.0-8.0 кг/м2). Корнеплоды дайкона могут храниться в течение 3-х мес. с момента сбора урожая. Кроме того, дайкон является диетическим продуктом. В отличие от редьки, он не содержит горчичных масел, характеризуется высоким содержанием минеральных солей, витамина С, клетчатки, пектиновых веществ, ферментов, гликозидов, фитонцидов, специфических веществ сложной структуры, сдерживающих рост бактериальной микрофлоры [2-4].
Таблица 1. Точки пробоотбора нетрадиционных овощных культур на территории Тульской обл.
Точка пробоотбора Местоположение
1. пос. Пирово г. Тула
2. пос. Шварц Киреевский р-он
3. д. Тележенки Щекинский р-н
4. Биоэкологическая опытная Ленинский р-он
станция ТГПУ им. Л.Н. Толстого
5. д. Гремячево Плавский р-он
6. г. Плавск
Хризантема увенчанная (Chrysanthemum coronarium L.) - зеленная культура семейства астровых, характеризующаяся высоким содержанием бета-каротина, аскорбиновой кислоты (АК), антрахиноновых пигментов (веществ фенольной природы, входящих в состав антиоксидантной системы растения) [5].
Проведенные ранее модельные опыты на искусственных фонах с внесением солей тяжелых металлов в почву показали, что амарант способен в значительной степени аккумулировать такие элементы, как Zn и Fе, дайкон же проявил устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами и радионуклидами [2, 4, 6-8]. Тяжелые металлы (Cd и Zn) не только не накапливались в корнеплодах дайкона, но и стимулировали развитие растений, увеличивая урожайность корнеплодов до 50% [2].
Как показала практика, результаты модельных опытов не всегда отражают реальную картину биоаккумуляции элементов в естественной среде.
Цель работы - провести сравнительный анализ биоаккумуляции химических элементов нетрадиционными овощными культурами, изучить закономерности биоаккумуляции химических элементов из почв при выращивании на техногенно загрязненных территориях.
Для выполнения поставленной цели решали следующие задачи: определение содержания химических элементов в почвах ряда районов Тульской обл.; определение степени аккумуляции макро- и микроэлементов нетрадиционными культурами (амарант, хризантема увенчанная, дайкон), выявление культур-аккумуляторов и эксклюдеров тяжелых металлов (ТМ), расчет и сравнение коэффициентов биологической аккумуляции поглощения элементов из почв изучаемыми культурами.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования по изучению степени аккумуляции макро- и микроэлементов нетрадиционными для Нечерноземной полосы России овощными культурами проводили на территории высокоразвитого промыш-
ленного и сельскохозяйственного региона - Тульской обл. в 1999-2002 гг. (табл. 1).На территории области расположены предприятия химического, машиностроительного, металлургического, оборонного, топливно-энергетического, горнодобывающего и дорожно-транспортного комплексов. По количеству выбросов в атмосферу на одного человека в год регион значительно превосходит другие области России, атмосферные выпадения на его территории насыщены As, Cd, Си, Pb, Cr, Fе, Ni и Zn [9].
В качестве объекта исследования выбраны нетрадиционные для Нечерноземной полосы России овощные культуры: дайкон (Raphanus sativus subsp. acantiformis (Morel) Stankev.) сорта Дракон (корнеплодная); амарант (Amaranthus tricolor L.) сорта Валентина (листовая овощная, зерновая, декоративная); хризантема увенчанная (Chrysanthemum coronarium L.) сорта Узорчатая (зеленная).
Отбор проб почвы проводили в р-нах Тульской обл., различающихся по степени техногенного загрязнения.
Для изучения степени биоаккумуляции элементов овощные клуьтуры выращивали на черноземных почвах Киреевского, Плавского, Щекинского р-нов и на серых лесных почвах Ленинского р-на (Биоэкологическая опытная станция ТГПУ им. Л.Н. Толстого) Тульской обл., а также в черте г. Тула (приусадебные участки вблизи шламонакопителей Косогорского металлургического завода). Характеристики почв приведены в табл. 2.
Основные пробы отбирали в точке 1. Кроме расположенного непосредственно за сельскохозяйственными участками шламонакопителя Косогорского металлургического завода на состояние окружающей среды в точке пробоотбора 1 оказывали влияние также предприятия химической промышленности: ЗАО Резинотехнических изделий, ОАО "Щекино-азот", АООТ "Химволокно", а также предприятия машиностроительной и оборонной промышленности: ОАО "Туламашзавод", ОАО "Тульский оружейный завод", загрязняющие окружающую среду оксидами никеля, алюминия и соединениями марганца, а также четыре предприятия металлургического комплекса - ОАО СП АК "Тулачермет", ОАО "Ванадий-Тулачермет", ОАО "Полема" и ОАО "Косогорский металлургический завод", промышленные выбросы которых включают:
1) компоненты, способствующие при попадании в почву ее подкислению - сернистый газ, сероводород, растворимые сульфаты, водород мышьяковистый, водород хлористый, водород цианистый, органические вещества;
2) окислы металлов - железа, алюминия, ванадия, марганца, никеля, цинка, меди и др.;
3) органические загрязнители - толуол, ксилол, фенол, формальдегид, пропаналь, парафин, формальдегид, акролеин, ацетон, бутилацетат, бутиловый спирт, этилацетат, этилцеллозоль, этиловый спирт, керосин и другие вещества [10].
В таблицах приведены средние данные по накоплению элементов овощными культурами из 5-ти районов Тульской обл.
Отбор проб почвы осуществляли по равномерной сетке из пахотного горизонта непосредственно на площадях, отведенных под овощные культуры согласно ГОСТу 17.4.3.01-83 (СТ СЭВ 3847-82). Глубина пробоотбора - 0-20 см. Отбор проб проводили методом "конверта". Пробы высушивали до воздушно-сухого состояния, просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм и растирали.
Отбор проб овощной продукции проводили согласно ГОСТу 26929-86 в момент технической спелости корнеплодов, в фазах бутонизации и цветения растений хризантемы увенчанной, в фазы цветения и плодоношения амаранта. Пробы отмывали от следов почвы сначала в проточной воде, а затем в дистиллированной воде, согласно стандартным методикам [11, 12]. При подготовке образцов дайкона листовую розетку отделяли от корнеплодов. При подготовке образцов амаранта разделяли листья, стебель и соцветие (метелку). Образцы зеленной культуры, хризантемы состояли из листьев. После разделения органов пробы измельчали и высушивали в сушильном шкафу при температуре 40-60 °С.
Определение элементного состава образцов почвы и корнеплодных культур осуществляли с помощью метода инструментального нейтронного активационного анализа (ИНАА). Количественный анализ содержания ряда элементов в образцах почв проводили также рентгено-флуоресцентным методом (РФА) в аналитической лаборатории Геологического института РАН по стандартным методикам.
ИНАА проводили на импульсном реакторе ИБР-2 в лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна Московской обл.). Характеристики реактора и экспериментальной установки для ИНАА, процедуры выполнения анализа и методика определения концентраций элементов представлены в [15-17]. В ходе про
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.