АГРОХИМИЯ, 2015, № 10, с. 71-74
УДК 632.122.1:581.192.6
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНАХ, НЕКТАРЕ И ПЫЛЬЦЕ КЛЕНА В УСЛОВИЯХ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ
© 2015 г. Е.К. Еськов, И.В. Выродов
Российский государственный аграрный заочный университет 340900 Балашиха, ул. Ю. Фучика, 1, Россия E-mail: ekeskov@yandex.ru
Поступила в редакцию 08.05.2015 г.
Изучали накопление тяжелых металлов в нектаре, пыльце, корнях, ветках и коре деревьев клена (Acer negundo L.), произрастающих на урбанизированной территории вблизи автомагистрали. В таких условиях слабо проявлялась или совсем не прослеживалась фильтрующая функция барьеров на границах разных органов растения, но обнаружено высокое накопление тяжелых металлов в пыльце и нектаре, используемых медоносной пчелой в качестве основных трофических субстратов. Это может быть одной из причин снижения жизнеспособности пчел и прогрессивно возрастающей гибели пчелиных семей, наблюдаемой в последние годы.
Ключевые слова: тяжелые металлы, вегетативные органы растения, нектар, пыльца, клен, урбанизированная территория.
ВВЕДЕНИЕ
Тяжелые металлы (ТМ), аккумулируясь в почве и растениях, представляют возрастающую угрозу для нормального функционирования природных и антропогенных экосистем. Удаление ТМ из почвы происходит медленно в ходе ее выщелачивания и эрозии, а также в результате извлечения растительностью. Накопление растениями ТМ зависит от степени загрязненности почвы [1], воздушной среды [2] и от расстояния до источников эмиссии поллютантов [3-5].
Растения обладают видоспецифической избирательностью аккумуляции ТМ. Например, одуванчик активно аккумулирует железо, а полынь - марганец и никель [6]. Возможны также сортовые различия по накоплению ТМ. В частности, разные сорта земляники садовой различаются по накоплению свинца, цинка и меди [7]. При этом разные органы одних и тех же растений, произрастая в одинаковых условиях, накапливают неодинаковое количество поллютантов. У одуванчика лекарственного генеративные органы по интенсивности накопления свинца и кадмия превосходят листья. У плодов огурца свинец накапливается преимущественно в проводящих тканях и семенных камерах [8]. У картофеля наибольшей активностью поглощения
свинца и кадмия отличается ботва [9]. Одуванчик лекарственный накапливает наибольшее количество меди и свинца в корне, наименьшее - в соцветии, кобальта - соответственно в корне и пыльце [10]. Содержание ТМ в растениях ржи и ячменя убывает от листьев к корням, стеблям и семенам; в тритикале и пшенице - от листьев к семенам и стеблям [11].
Поглощение растениями больших доз ТМ может замедлять рост надземных и подземных органов растений [12], снижать урожайность [13] или ускорять созревание [14]. Аккумуляция ТМ растениями отражается на изменении окраски и формы листьев, а также приводит к возникновению у них гипертрофированных клеток [15, 16].
Цель работы - изучение аккумуляции ТМ вегетативными органами, нектаром и пыльцой деревьев клена, произрастающих на урбанизированной территории вблизи автомагистрали. Поскольку пыльца и нектар потребляются пчелами, сведения о загрязненности этих трофических субстратов ТМ актуальны для пчеловодства, терпящего в последние годы значительные потери, связанные с гибелью пчелиных семей, что наряду со многими другими причинами может быть связано с техногенным загрязнением природной среды.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования были деревья ясене-листного, или американского клена (Acer negundo L.), аллея которых произрастала на расстоянии 6-15 м от автомагистрали. Ее загруженность находилась на уровне около 3.5 тыс. автомобилей/ч. Возраст кленов составлял ~30 лет.
В период массового цветения кленов, происходившего в 3-й декаде апреля, у 10 растений отбирали образцы корней диаметром 1-6 мм на глубине 4-7 см, участки перидермы на высоте ~2 м от земли и 1-2-летние побеги. В зоне отбора корней брали пробы почвы.
Для отбора пыльцы и нектара использовали семьи пчел, находившиеся на расстоянии 300-400 м от аллеи кленов, цветки которых активно посещали пчелы. Пыльцу отбирали навесными пыльцеуловителями, нектар, доставляемый пчелами в гнездо, - из ячеек сот. Чтобы исключить попадание в пробы нектара ранее собранного углеводного корма, в период цветения кленов в гнезда пчелиных семей помещали пустые соты. Их отбирали в течение 1 сут, чем исключалась переработка нектара в мед.
Ветки, корни и перидерму промывали в дистиллированной, затем - в деионизированной воде, перемешиваемой электромагнитной мешалкой. Промытые пробы высушивали до постоянной массы при 102 ± 0.2оС в сушильном шкафу СНОЛ. В таких же условиях высушивали цветочную пыльцу и почву.
Минерализацию проб проводили в лабораторной СВЧ-печи ПЛП-01М в герметических фторопластовых сосудах при воздействии высокой температуры, давления и СВЧ-поля. Навески нектара и пыльцы, помещенные в сосуды, заливали 70%-ной азотной кислотой, ветки и корни - данной кислотой и пероксидом водорода в соотношении 4 : 1. Нагрев, давление и время минерализации задавали в СВЧ-печи микропроцессором. После завершения разложения проб минерализаты переводили на требуемый объем деионизированной водой.
Содержание ТМ в минерализатах определяли методом атомно-адсорбционной спектрометрии с использованием спектрометра КВАНТ^.ЭТА (КОРТЭК). Управление прибором, обработка результатов анализа, отображение и хранение информации произведены на входящем в комплект спектрометра персональном компьютере с программным обеспечением QUANT ZEEMAN 1.6.
Для контроля загрязнения воздуха на исследуемой территории использовали газоанализатор ГАНК-4. Наряду с измерением концентрации свинца анализировали загрязнения воздуха парами бензина, оксида углерода, формальдегида и диоксида серы. Эти сведения, не имеющие отношения к загрязненности территории анализируемыми ТМ (кроме свинца), позволили составить представление об экологической ситуации в регионе исследования.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Воздушная среда отличалась высокой загрязненностью свинцом и диоксидом серы. Их концентрации превышали ПДК в 4 и 7 раз соответственно, составляя в среднем 0.004 ± 0.001 и 3.5 ± 0.5 мг/м3. Насыщение воздуха парами бензина превышало ПДК примерно в 1.5 раза. Его концентрация варьировала в пределах 134-659 мг/м3. Содержание фенола, формальдегида и угарного газа обычно не превышало ПДК, ограничиваясь соответственно 0.01, 0.035 и 5 мг/м3.
Загрязнение ТМ почвы было высоким, но не превышало ПДК для элементов, относящихся к токсикантам (табл. 1). Содержание исследованных элементов в корне, стебле и коре, а также в пыльце и нектаре варьировало в широких пределах. Высоким содержанием во всех пробах отличался цинк. Его содержание в стеблях и перидерме превосходило таковое в корнях на 79 и 53% соответственно. Пробы отличались низким содержанием цезия. От корня к перидерме его содержание возрастало в 5.2, к стеблю - в 3, к нектару - в 4 раза. В пыльце и нектаре содержание стронция и цезия было близким к их содержанию в стеблях, на которых находились цветки (табл. 1, 2).
Содержание основных загрязняющих веществ, связанных с близостью автомагистрали, - свинца,
Таблица 1. Содержание ТМ в почве и разных вегетативных органах ясенелистого клена
Элемент, мг/кг Почва Органы растений
корень перидерма стебель
Pb 28.4 ±1.3 13.7 ± 1.9 13.8 ± 1.2 15.6 ± 2.6
Cd 0.43 ± 0.03 0.40 ± 0.04 0.33 ± 0.06 0.18 ± 0.02
Zn 54.8 ± 3.1 14.6 ± 2.4 25.9 ± 5.1 22.1 ± 4.3
Cu 27.6 ± 1.7 5.09 ± 0.94 14.5 ± 1.3 14.7 ± 0.4
Cs 0.008 ± 0.001 0.005 ± 0.001 0.026 ± 0.005 0.015 ± 0.003
Sr 12.8 ± 0.1 10.9 ± 0.21 9.35 ± 0.22 5.95 ± 0.13
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНАХ.
73
Таблица 2. Содержание ТМ в пыльце и нектаре, собранных с цветков ясенелистого клена
Элемент, мг/кг Пыльца Нектар
Pb 9.1 ± 1.4 6.8 ± 1.9
Cd 0.32 ± 0.02 0.29 ± 0.04
Zn 13.2 ± 2.1 12.3 ± 0.1
Cu 8.1 ± 2.0 26.7 ± 4.9
Cs 0.005 ± 0.001 0.02 ± 0.01
Sr 5.66 ± 0.19 7.20 ± 0.19
кадмия и меди - в вегетативных органах, пыльце и нектаре изменялось в разных или одинаковом направлениях. От корня к перидерме содержание свинца возрастало всего на 1%, к стеблю - на 14%, к пыльце и нектару - уменьшалось в 1.5 и 2 раза. Содержание кадмия в перидерме и стебле по отношению к корню уменьшалось в 1.2 и 2.2 раза, к нектару и пыльце - на 38 и 25%. Содержание меди имело тенденцию к неуклонному увеличению, возрастая соответственно в 2.8 и 2.9 раза, а в пыльце и нектаре - в 1.59 и 5.2 раза. В отличие от этого содержание стронция уменьшалось от корня к перидерме, стеблю, пыльце и нектару соответственно на 17, 85, 92 и 52%.
Относительно высокое содержание свинца, кадмия, цинка и меди в пыльце, а также нектаре, очевидно, было связано с загрязненностью окружающей среды и, в частности, близостью автомагистрали. По этой причине в пыльце содержание свинца превосходило ПДК для меда примерно в 7, кадмия - в 6 раз. Однако в процессе переработки нектара в мед содержание в нем ТМ существенно сокращается, что связано со специфическими свойствами функционирования медовых зобиков пчел [17]. В результате мед, добываемый пчелами в техногенно загрязненных регионах, обычно удовлетворяет требованиям СанПин по загрязненности ТМ. Но переработка пчелами техногенно загрязненного углеводного корма отражается на ускорении физиологического старения и снижения жизнеспособности пчел [17, 18].
В отличие от нектара пыльца не подвергается переработке пчелами в процессе ее сбора и доставки в свои гнезда. К пыльце, складываемой пчелами-пыльценосами в ячейки сот, добавляется только мед. В таком виде пыльца хранится в сотах и потребляется пчелами в течение всего периода воспроизводства расплода [19]. Поэтому содержание ТМ в пыльце, поступающей в пчелиное гнездо, после заполнения ею ячеек сот и консервирования медом не изменяется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, среди ТМ, поступавших в вегетативные органы деревьев клена, пыльцу и нектар, только содержание кадмия и стронция уменьшалось от корня к перидерме и стеблям. Это, очевидно, связано с избирательностью функционирования барьеров на границе указанных органов растений в условия
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.