научная статья по теме КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВИДАМИ СЕМ. CRUCIFERAE ФЛОРЫ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ Геология

Текст научной статьи на тему «КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВИДАМИ СЕМ. CRUCIFERAE ФЛОРЫ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ»

ГЕОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 466-474

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВИДАМИ СЕМ. CRUCIFERAE ФЛОРЫ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ

© 2015 г. Н. В. Алексеева-Попова, И. В. Дроздова, И. Б. Калимова

Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН 197376Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, 2 e-mail: Alyssum7@gmail.com Поступила в редакцию 05.03.2014 г. Принята к печати 25.08.2014 г.

Изучено содержание тяжелых металлов (Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd) в 61 образце видов растений сем. Cruciferae и в 23 образцах почв Северного Кавказа на ультраосновных, основных и кислых горных породах. Показаны особенности химического состава растений в зависимости от геохимических условий и таксономического положения видов. Выявлены: вид — аккумулятор Zn, Cu, Ni (Arabis sagit-tata) и гипераккумулятор Ni (Alyssum murale). Эти виды являются наиболее перспективными для целей фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами территорий.

Ключевые слова: химический состав растений, горные породы, тяжелые металлы, гипераккумуляторы, фиторемедиация.

Б01: 10.7868/80016752515030024

Биогеохимия как наука об элементном составе живого вещества и его роли в миграции, трансформации и концентрировании химических элементов в биосфере, созданная В.И. Вернадским, необходима для раскрытия происходящих в природе эволюционных процессов. Под влиянием идей, впервые высказанных академиком В.И. Вернадским (Вернадский, 1922) началось изучение химического состава живого вещества. Для различных классов, родов, видов организмов характерны определенные порядки распространения элементов. Начиная с середины XIX века, накапливаются сведения о связи элементного химического состава видов растений с положением их в эволюционной системе. Высказывается предположение, что подобно морфологическим и физиологическим признакам химический элементный состав также является видовым признаком. Химический элементный состав связывает все живое вещество с химией земной коры и поэтому его можно называть геохимическим признаком (Вернадский, 1922).

Существуют организмы, которые, принимая участие в биогенной миграции по преимуществу какого-либо одного или нескольких химических элементов, становятся их концентраторами. Так, А.П. Виноградов отмечает значительное накопление Zn в видах галмейной флоры: от 3 х 10-2 до 1 х х 10-1% на сырой вес (Виноградов, 1932). Еще бо-

лее ярким примером концентрирования металлов являются гипераккумуляторы, открытые в 1865 году, но привлекающие сейчас все большее внимание с практической точки зрения как перспективные фиторемедиаторы (Baker, 1981; Reeves, Baker, 2000).

Технология очищения загрязненных тяжелыми металлами территорий при помощи растений — фитоэкстракция открывает большие возможности восстановления окружающей среды без применения химических и механических методов (Прасад, 2003; Verbruggen et al., 2009). В настоящее время насчитывается более 400 видов-гипераккумуляторов тяжелых металлов, большинство которых встречается в тропической зоне (Kramer, 2010).

Некоторые виды-гипераккумуляторы используются на практике для фиторемедиации загрязненной среды. Внедрение технологии фиторемедиации в России в значительной степени тормозится из-за недостатка видов растений-аккумуляторов тяжелых металлов, адаптированных к нашим экологическим условиям.

Сем. Cruciferae представляет особый интерес, как обладающее наибольшим числом видов, способных в огромных концентрациях накапливать соединения тяжелых металлов (Ni, Zn, Cd), а также металлоидов — Cr, Tl, Se (Kramer, 2010). Флора России в отношении этих особенностей кресто-

цветных пока мало изучена, хотя на территории нашей страны имеется ряд центров видового разнообразия, прежде всего, Северный Кавказ. Кроме того, для этого района характерно большое разнообразие геохимических условий.

В задачи нашего исследования входило изучение спектра аккумулирующих способностей крестоцветных флоры Северного Кавказа по отношению к тяжелым металлам и выявление среди них гипераккумуляторов. К настоящему времени аккумулирующая способность представителей этого семейства в разных районах земного шара изучена на ограниченном количестве видов, поэтому расширение списка видов и изучение географии их встречаемости представляет значительный теоретический и практический интерес.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа проводилась на Северном Кавказе на выходах горных пород разного химического состава — ультраосновных, основных, кислых. Материал для исследования — образцы почв и растений — собирали в долине р. Белой (Адыгея) в пределах Белореченского полигона (44°07' с.ш. 40°06' в.д.), где отмечены магматические формации ультраба-зитов и кислых горных пород — гранитоидов (рис. 1а). Последние занимают здесь значительные площади. Протрузии серпентинитов встречаются в виде небольших линз вблизи пос. Никель: в русле р. Белой, по р. Сюк, по ручью Липовому. Серпентиниты образуют линзообразные тела субширотного и северо-западного простирания, имеющие ширину до нескольких десятков метров и протяженность до 0.5 км. Внешне это породы темно-зеленого до черного цвета с точечными включениями рудных минералов и нитевидными прожилками асбеста (Волкодав, 2007).

Отбирали образцы также на Беденском ультраосновном массиве (43°56' с.ш. 40°57' в.д.) в долине р. Большая Лаба (Карачаево-Черкесия, пос. Азиатский) и основных горных породах Большелабин-ского рудного поля, расположенного в междуречье рек Большая и Малая Лаба (43°51' с.ш. 40°56' в.д.) (рис. 1б). В составе Беденского массива преобладают серпентинизированные, преимущественно хри-зотиловые гарцбургиты. В пределах Большелабин-ского рудного поля находится Быковское месторождение. Эти руды относятся к типу сплошных; по минеральному составу различаются серно-, медно-, медно-цинково- и цинково-колчеданные (Потапенко, 2004). Следует отметить, что изученные нами районы Северного Кавказа характеризуются природным обогащением пород и почв тяжелыми металлами, но здесь отсутствует значительное атмо-техногенное загрязнение.

Объектами исследования являлись виды сем. Крестоцветные (Ста/втв), которые собира-

(а)

Рис. 1а. Картосхема мест отбора образцов растений и почв на территории Адыгеи. 1 — ультраосновные горные породы; 2 — кислые горные породы. Рис. 1б. Картосхема мест отбора образцов растений и почв на территории Карачаево-Черкесии. 1 — ультраосновные горные породы; 2 — основные горные породы.

Рис. 2. Alyssum murale на Веденском ультраосновном массиве (Карачаево-Черкесия).

ли в соответствии с их представительством на каждом типе горных пород (всего 21 вид растений, относящихся к 13 родам). Виды с широкой экологической амплитудой в одинаковых геохимических условиях были представлены несколькими образцами. В долине р. Белой протрузии серпентинитов находятся в лесном поясе. Встречающиеся здесь виды сем. Cruciferae относятся к двум группам: 1) однолетники: сердечник недотрога (Cardamine impatiens), сердечник гребенчатый (C. pectinata), желтушник золотистый (Erysimum aureum) и 2) многолетники, среди которых выделяются эфемероиды: зубянка клубненосная (Dentaria bulbifera), зубянка пятилистная (D. quinquefolia) и летнезеленые виды: резуха Нордманна (Arabis nordmanniana), резуха гладкая (Arabis glabra), толстостенка крупнолистная (Pachyphragma macrophyllum), свербига восточная (Bunias orientalis), вечерница матроны (Hesperis matronalis), сердечник болотный (Cardamine uliginosa) и др. Обращает на себя внимание некоторое тяготение видов рода Cardamine, а также Pachyphragma macrophyllum и Arabis nordmanniana к открытым выходам серпентинитов, в особенности в местах с проточным увлажнением. По нашим данным, в долине р. Б. Лаба на южных склонах и на просторных понижениях наряду с лесной растительностью появляется луговая, местами — степная растительность, а кроме того на отвесных

участках — скальные и осыпные комплексы с резухой стреловидной (Arabis sagittata), желтушником щитовидным (Erysimum cuspidatum), бурачком стенным (Alyssum murale). Последний вид на серпентинитовых склонах и осыпях Беденского массива представлен очень обильно (рис. 2).

В основных типах местообитаний было собрано 23 образца почв из верхних горизонтов: 0—10 (15) см и 61 образец растений. Воздушно-сухие образцы вегетативной надземной части растений сжигали в муфельной печи при 450°C в течение 8 ч; золу растворяли при нагревании в смеси кислот 3.71 М HCl и 1.5 М HNO3 (Handbook..., 1998). В образцах почв определяли актуальную кислотность, а также содержание подвижных форм тяжелых металлов, экстрагируемых 1н. ацетатно-аммонийным буфером (pH 4.8) и потенциально подвижных форм, экстрагируемых 1н. HNO3. Содержание Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd в образцах растений и почвенных вытяжках определяли методом атомной абсорбции на спектрометре Квант-АФА (Россия). При анализе использовали стандартные образцы металлов: ГСО 8065-94, ГСО 7272-96 и ГСО 7325-96. Применяли реактивы квалификации "х. ч." и "ос. ч.". Математическую обработку полученных результатов проводили с помощью стандартных статистических пакетов программ "Statistica 7". Коэффициент биологического накопления (КБН) рас-

считывали как отношение содержания элемента в растении к уровню подвижных форм его в почве.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что ультраосновные породы Большого Кавказа образуют многочисленные небольшие массивы, залегающие в породах протерозоя и среднего палеозоя (Соболев, 1952). К ним относятся Беденский, Белореченский, Маркопиджский и Тхачский массивы. Ультрабазиты здесь представлены серией серпентинизированных пород: гарцбур-гитов, лерцолитов, дунитов, пироксенитов (Попов, 2013). В составе этих пород присутствуют минералы с высоким содержанием N1, Со и Сг. Большелабин-ское рудное поле находится в пределах выходов девонской базальтоидной формации (Потапенко,

2004). С этой формацией пространственно и генетически связаны районы залегания серно-, медно-и медно-цинково-колчеданных руд, в том числе и Быковское медно-колчеданное месторождение. Среди пород массива выделяются гранодиориты и розовые граниты. Возраст гранитоидов Белореченского массива определяется как поздн

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.

Показать целиком