ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН, Том 2, №4, 2006, стр. 60-67
— НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 546.47:581.5
ТРАНСЛОКАЦИЯ ЦИНКА И СВИНЦА НА ТЕХНОГЕННО-ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ
© 2006 г. Т.М. Минкина1
По результатам полевого опыта установлены различия в распределении цинка и свинца по органам ярового ячменя, выращенного на незагрязненном и загрязненном черноземе обыкновенном. Показано, что основную барьерную функцию по инактивации исследуемых тяжелых металлов выполняют корни растений. Устойчивость ячменя к загрязнению почв цинком выше, чем свинцом. Исследована транслокация металлов в течение трех лет с момента загрязнения.
В современных условиях сельскохозяйственные товаропроизводители нередко сталкиваются с необходимостью производить продукцию на землях, в разной степени загрязненных тяжелыми металлами (ТМ). Известно, что загрязнение почв ТМ оказывает негативное влияние на возделываемые культуры, снижая количество и качество получаемой продукции, последнее является основным критерием ее использования. Поскольку Ростовская область производит значительное количество растениеводческой продукции, возникает естественный вопрос об изучении механизмов транслокации ТМ в сельскохозяйственные растения при разных уровнях техногенной нагрузки.
Изучение поступления ТМ в растения имеет несколько практических моментов. Во-первых, растения являются промежуточным резервуаром, через который металлы переходят из воды, воздуха и, главным образом, почвы в организм человека и животных, в связи с чем необходима разработка методов защиты пищевых цепей от проникновения токсикантов в опасных концентрациях. Во-вторых, доказана токсичность ТМ для самих растений, что ставит ряд вопросов о реакции растений на их избыток в среде. И третий аспект - это выяснение возможности использования растений в качестве биоиндикаторов загрязнения среды ТМ [1].
В настоящее время в литературе нет достаточно данных о накоплении ТМ в растениях из-за влияния на этот процесс многих факторов: почвенно-климатических условий, свойств за-
1 Ростовский государственный университет, Ростов-на-
Дону.
грязняющих веществ, вида и возраста растений.
Цель работы - изучить закономерности транслокации цинка и свинца в системе почва -растение.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
При исследовании был проведен мелкоделя-ночный полевой опыт. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный мощный слабогу-мусированный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках, имеющий следующие свойства: рНводн 7,5; содержание частиц < 0,01мм - 58%; СаС03 - 0,15%; Сорг - 2,2%; обменных катионов Са2+ + Mg2+ - 34,5 мг-экв/100 г; N03, Р205подв., К2Оо6м в мг/100 г - 0,9, 6,0 и 6,4 соответственно. Обеспеченность подвижным фосфором оценивается как высокая, обменным калием - повышенная [2]. Были выбраны наиболее часто встречающиеся на территории Ростовской области поллютанты - цинк и свинец. ТМ вносили раздельно в форме легко растворимых ацетатных солей с осени в сухом виде в пахотный горизонт (0-20 см) и тщательно перемешивали с почвой. Учетная площадь опытных делянок 1 м2. Схема опыта включала следующие варианты: 1) контроль; 2) металл. В одной серии опытов вносили цинк в дозе 300 мг/кг почвы, в другой -свинец в дозе 96 мг/кг почвы. Дозы внесения соответствуют трем предельно допустимым концентрациям (ПДК) по валовым формам (ПДК Zn - 100 мг/кг, ПДК РЪ - 32 мг/кг) и соотнесены с имеющимся уровнем загрязнения ими почв Ростовской области [3].
Исследуемая культура - яровой ячмень (Hordeum sativum distichum) сорта "Одесский-100".
Таблица 1. Основные показатели климата Государственного сортоиспытательного участка
(ГСУ) "Ростовский" в 2000-2002 гт.
Показатели 2000 г. 2001 г. 2002 г. Среднее значение
Число дней с относительной влажностью <30% 16 29 48 31
Осадки, всего за год, мм 625,5 805,7 550,2 660,5
Осадки, апрель-охтябрь, мм 393,1 469,0 327,7 396,6
Сумма активных температур (/ > 10 °С), °С 3698 3306 3456 3487
Среднегодовая температура воздуха, °С +9,99 +9,98 + 10,23 +10,07
Гидротермический коэффициент, за год 1,06 1,42 0,95 1,14
Минимальная температура воздуха, °С -18,0 -19,5 -26,3 -21,3
Максимальная температура воздуха, °С +37,0 +37,9 +38,3 +37,7
Период активной вегетации (/ > 10 °С), дней 183 180 178 180,3
Обеспеченность влагой 0,39 0,48 0,25 0,37
Суровость зимы Умеренно Мягкая Мягкая Мягкая
мягкая \ 1
Для того чтобы добавленные в почву соли ТМ прошли трансформацию, между их внесением и посевом ячменя был выдержан период 8 месяцев.
Агротехника возделывания культуры - зональная. Закладку опытов, проведение наблюдений и учет, отбор растительных проб осуществляли в соответствии с методиками полевого опыта [4] на базе государственного сортоиспытательного участка (ГСУ) "Ростовский". Образцы растений отбирали в фазу полной спелости ярового ячменя.
Опыты повторяли 3 раза. Почва была искусственно загрязнена металлами в 2000-2005 гг. Изучение последействия их было начато через год с момента закладки опыта и продолжалось до 2004 г. включительно.
Во время проведения опыта складывались благоприятные погодные условия, вместе с тем некоторые климатические показатели значимо различались по годам (табл. 1). Метеоусловия 2000 и 2001 годов были достаточно благоприятными для роста и развития ярового ячменя, тогда как 2002 год был засушливым.
Общее содержание ТМ в почве определяли рентген-флюоресцентным методом. Концентрацию подвижных соединений металлов в почве -методом атомно-абсорбционной спектрофото-метрии (ААС). Для их экстракции применяли Ш аммонийно-ацетатный буфер (СН3СООЫН4) -ААБ, рН 4,8 (при соотношении почва : раствор 1:5, время экстракции 18ч), характеризующий актуальный запас элементов в почве [2].
Тяжелые металлы в растениях определены методом мокрого озоления в смеси кислот Н>Ю3 + НС1 [5] с последующим анализом на ААС.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Установлено, что общее содержание Хп в поч* *е на контрольных участках за 3 года исследованк [й составило в среднем 67 мг/кг (табл. 2). Содерж; а-ние подвижных форм Ъъ равно 0,6 мг/кг (0,89' % от общего содержания). Такие концентрации 2 'п даже для растений слабого выноса соответств; у-ют очень низкому (< 1,0 мг/кг) уровню обест е-ченности этим микроэлементом. Это связано с тем, что в карбонатных почвах со слабощело1 ч-ной реакцией среды не создаются условия Д1 ш накопления подвижных форм ТМ из-за образ« э-вания недоступных для растений соединени й. На карбонатных черноземах отмечается оче* 1ь низкая обеспеченность цинком [6]. Таким обр а-зом, дефицит отдельных элементов в естестве] н-ных ландшафтах и высокое их содержание пр >и интенсивном антропогенном воздействии созд а-ют условия экологического риска.
Установлено, что содержание Ъп в зерне я ч-меня в контроле составляет 21,6-24,8 мг/1 сг (табл. 3), что отвечает их фоновому содержани ю [7-9]. Концентрация Ъп в стеблях была на уро в-не 16,6-18,7 мг/кг и оценивалась как дефицитш 1я (< 20 мг/кг) [10].
Корневые системы часто содержат больп 1е Ъп, чем надземные части, в особенности есх ш растение выросло на почве, богатой Хп. При о п-тималыюм содержании Ъп в почве этот элеме! гг может перемещаться из корней и накапливать ся в верхних частях растений [11].
Концентрация Ъп в корнях ярового ячме1 ля была несколько ниже, чем в зерне (табл. 3), т. е. корни не выполняли барьерную функцию в отношении этого элемента. Такое распредел е-ние 2п в ячмене, по-видимому, связано с недо <5-
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в черноземе обыкновенном в течение трех лет после загрязнения
Варианты опыта Общее содержание после загрязнения Подвижная форма после загрязнения:
1-й год 2-й год 3-й год 1-й год 2-й год 3-й год
Цинк
Контроль 68,4 65,3 67,1 0,6 0,6 0,6
Металл 355,9 348,7 352,0 33,0 27,6 26,1
НСРо5 11,4 14,9 24,1 5 »2 3,8 2,5
Свинец
Контроль 24,1 23,5 27,5 0,8 0,9 1,0
Металл 109,6 101,3 100,4 12,8 10,8 8,7
НСР05 8,6 2,5 9,9 3,6 3,0 2,1
* НСР - наименьшая существенная разность.
Таблица 3. Содержание тяжелых металлов в различных органах растений ярового ячменя, мг/кг
Варианты опыта 2000 г. 2001 г. 2002 г. Среднее значение за 3 года
зерно стебли корни зерно стебли корни зерно стебли корни зерно стебли корни
Контроль Металл НСР05 22,6 65,3 4,4 17,3 74,8 7,4 19,4 207,2 8,3 24,8 68,2 5,2 I 18,7 75,7 8,2 С| {инк 21,3 222,1 9,2 шнеп 21,6 62,7 4,8 16,6 69,6 6,6 19,0 182,6 8,7 23,0 65,4 4,0 17,5 73,4 5,6 19,9 204,0 8,4
Контроль 0,4 1,4 4,1 0,3 1Д 4,4 0,3 1,2 4,7 0,3 1,4 4,4
Металл 2,4 10,2 17,4 2,0 9,0 20,6 3,0 7,3 19,2 2,5 8,8 19,1
НСР05 0,2 0,3 1,4 0,2 0,9 2,9 0,2 0,2 2,5 0,4 1,5 2,4
татком его подвижных форм в карбонатном черноземе (табл. 2).
Известно, что на количество 7л\ в зерновых культурах оказывают существенное влияние условия влажности. Некоторое повышение содержания 7л\ во всех органах ячменя в 2001 г. как в действии, так и впоследствии объясняется тем, что вегетационный период этого года был очень влажным. Благоприятные погодные условия данного года способствовали лучшей обеспеченности ячменя важным микроэлементом - цинком.
Общее содержание РЬ в черноземе обыкновенном на незагрязненном черноземе составляет 25,0 мг/кг (табл. 2). Количество подвижных форм РЬ в контроле больше, чем Хп, и равно 0,9 мг/кг (3,6% от общего содержания).
Содержание РЬ в зерне было намного ниже, чем в других органах - от 0,3 до 0,4 мг/кг
(табл. 3). Полученные значения согласуются с литературными данными по среднему содержанию элемента в ячмене [12, 13].
Основная часть РЬ задерживалась в корнях растений, что указывает на существование защитных барьеров, препятствующих его накоплению в генеративных органах. Большее по сравнению с другими частями растений накопление металла в корнях объясняется тем, что при проникновении в плазму происходит инактивация и депонирование значительных его количеств в результате образования малоподвижных соединений с органическим веществом. Поглощенный корнями РЬ находится в свободном клеточном пространстве или используется в процессах метаболизма. Только часть РЬ с ксилемным током транспортируется в надземные органы [14, 15].
Таким образом, распределение ТМ по органам
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.