АГРОХИМИЯ, 2014, № 7, с. 53-59
УДК 581.52:632.122.1:582.47
ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ПОЧВЫ И ДЕНДРОФЛОРЫ НА НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (НА ПРИМЕРЕ БОТАНИЧЕСКОГО САДА МГУ им. Н.П. ОГАРЕВА).
ХВОЙНЫЕ РАСТЕНИЯ
© 2014 г. С.В. Пугаев, А.С. Лукаткин
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева 430005 Саранск, ул. Большевистская, 68, Россия E-mail: aslukatkin@yandex.ru
Поступила в редакцию 11.02.2014 г.
Изучено содержание валовых и подвижных форм ряда тяжелых металлов, их подвижность в почве под кронами хвойных деревьев и кустарников Ботанического сада Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, а также видовые особенности накопления металлов в листовом аппарате и коэффициенты их биологического поглощения. Для озеленения урбанизированных территорий предложены виды, в большем количестве накапливающие тяжелые металлы: Picea pungens Engelm., Pinus sylvestris L., Larix deciduas Mill.
Ключевые слова: Ботанический сад МГУ им. Н.П. Огарева, тяжелые металлы, почва, хвойные растения.
ВВЕДЕНИЕ
С интенсивным развитием промышленно-энер-гетического комплекса страны увеличивается количество химических элементов и соединений, которые поступают в растения [1]. Одними из основных поллютантов являются тяжелые металлы (ТМ). Их поглощение растениями происходит корневым и аэральным (до 40% техногенных аэрозолей) путями [2, 3].
Между растениями и почвой происходит активное взаимодействие по формированию пулов ТМ, опосредованное видоспецифическими корневыми выделениями растений, микрофлорой и другими почвенными факторами [4]. Поэтому растениям принадлежит ведущая роль в регулировании поглощения ТМ.
В предыдущем сообщении при рассмотрении взаимного влияния лиственных деревьев и почвы Ботанического сада МГУ им. Н.П. Огарева было показано, что листья ряда древесных растений особенно интенсивно накапливают некоторые ТМ и обладают фиторемедиационным потенциалом с коэффициентом биологического поглощения (КБП) >1.0 [5]. Отмечены особенности взаимодействия почвы и лиственных деревьев и кустарников, накопления ТМ почвой и листьями.
Хвойные растения имеют ряд анатомических и морфологических особенностей, отличающих их от покрытосеменных растений. Вероятно, это будет опосредовано также в аккумуляции ТМ хвойными деревьями, поэтому было решено проанализировать накопление ТМ хвоей и влияние разных видов хвойных растений на почву в сходных условиях длительного (с 1964 г.) произрастания на территории Ботанического сада МГУ им. Н.П. Огарева [6].
Цель работы - изучить содержание и накопление ТМ листовым аппаратом аборигенных и интродуцированных хвойных деревьев и кустарников, перспективных для озеленения, и подвижность ТМ в почве подкроновых участков.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования были 6 видов хвойных древесных растений из 2-х семейств: сем. Сосновые (Pinaceae): 1 - ель колючая (Piceapungens Engelm.),
2 - лиственница европейская (Larix deciduas Mill.),
3 - псевдотсуга сизая (Pseudotsuga glauca (Blissh) Majr), 4 - сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) и сем. Кипарисовые (Cupressaceae): 5 - можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.), 6 - туя западная (Thuja occidentalis L.). При этом № 4 - аборигенный
вид для Республики Мордовия, №№ 1-3, 5, 6 - ин-тродуценты.
Отобранные одновременно (август-сентябрь) растительные образцы и почвенные пробы из подкроновых участков (слой 0-20 см) высушивали до воздушно-сухого состояния и атомно-абсорбционным методом (АА-метод) на пламенном фотометре «Квант» (Россия) определяли содержание ТМ в хвое, их кислоторастворимые формы (КРФ) и подвижные формы (ПФ) в почве по методикам [7, 8]. Подробно методика описана в сообщении [5].
Почвенный покров дендрария в основном представлен черноземом выщелоченным тяжело суглинистым [9]. Агрохимическая характеристика почвы под хвойными (средние величины): рН 5.2, Р2О5 - 343, К2О - 523 мг/кг. Анализы выполнены по общепринятым агрохимическим методикам.
Анализы проводили в 3-х повторностях. Статистическую обработку осуществляли с использованием программы БТАТ-3 и по стандартным биометрическим методикам [10]. Данные в таблицах и рисунках представлены в виде средних и их стандартных ошибок.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание ТМ в хвое. При определении ТМ в листовом аппарате хвойных растений выявлено, что разные виды растений имеют свои особенности аккумулирования отдельных ТМ (табл. 1). Содержание Сё в хвое было наименьшим, Fe -максимальным. Разброс величин аккумуляции отдельных ТМ в хвое различных видов был небольшим, в пределах 1.6 (РЬ)-2.6 (Сё) раза. Максимальное содержание ТМ выявлено у разных
видов: Сё - у псевдотсуги, РЬ - у туи, Си и Fe - у лиственницы, Мп - у сосны, Zn - у ели. Аналогичным образом минимальная аккумуляция ТМ в хвое обнаружена у лиственницы (Сё), сосны (РЬ), ели (Си), можжевельника ^п) и туи (Мп и Fe).
Сравнение полученных результатов по аккумуляции ТМ в хвое с данными, приведенными в литературе для относительно незагрязненных территорий, показало, что содержание ТМ было близким [11]. Однако, как и следовало ожидать, существуют региональные особенности в аккумуляции ТМ хвойными деревьями: в лесах северо-востока Европейской части России хвоя сосны обыкновенной содержала (по сравнению с нашими данными) в 2 раза меньше Fe и в 5 раз меньше Мп [12]. На юге Московской обл. хвоя ели в отсутствие атмосферного загрязнения накапливала в 1.7 раза больше Си, в 3 раза - РЬ, в 10 раз - Сё, и в то же время в 1.3 меньше Zn, чем в нашем исследовании [13]. Содержание Fe в хвое растений Германии также было меньше [14]. Однако в хвое сосны обыкновенной (Ртш яПуезМя), произраставшей в зоне воздействия Костомукшского горно-обогатительного комбината Республики Карелия, содержалось в 1.5-2 раза больше РЬ и в 3-5 раз больше Сё и Мп (в сравнении с нашими данными); содержание Zn, Си и Fe было схожим [15].
В данном исследовании видовая специфика по аккумуляции ТМ листовым аппаратом хвойных деревьев и кустарников оказалась довольно слабой. Выявлено, что несколько большее количество ТМ в хвое накапливали сосна (Мп), ель ^п), лиственница ^е).
Низкий и практически одинаковый коэффициент вариации (V) содержания ТМ в хвое свидетельствовал о равномерном уровне поглощения ТМ разными видами хвойных.
Таблица 1. Содержание ТМ в листовом аппарате растений подкласса хвойные (Р1шёае), мг/кг воздушно-сухой массы
№ п/п Вид Cd Pb Cu Mn Zn Fe
1 P. pungens Engelm. 0.041±0.005 1.18±0.10 2.52±0.39 49.6±1.0 45.1±2.6 111±5
2 L. deciduas Mill. 0.033±0.004 1.49±0.16 5.24±0.32 60.2±1.7 22.9±0.9 224±6
3 P. glauca (Beissh.) 0.086±0.004 1.67±0.17 3.77±0.32 82.7±1.9 27.4±0.9 177±7
Mayr
4 P. silvestris L. 0.050±0.006 1.12±0.06 2.71±0.21 114±3 30.0±0.8 137±7
5 J. sabina L. 0.069±0.007 1.64±0.12 4.22±0.47 65.9±3.8 20.0±1.2 113±4
6 T. occidentalis L. 0.072±0.007 1.90±0.12 3.59±0.25 46.9±3.4 21.8±1.5 114±4
Статистическая характеристика
M±m 0.059±0.008 1.50±0.12 3.68±0.41 70±10 27.9±3.8 146±19
lim 0.033-0.086 1.12-1.90 2.52-5.24 46.9-114 20.0-45.0 111-224
V, % 35 20 27 36 33 31
Таблица 2. Содержание кислоторастворимых и подвижных форм ТМ в почве под кроной растений подкласса хвойные (Р1шёае), мг/кг воздушно-сухой почвы
№ п/п Вид Cd Pb Cu Mn Zn Fe (x103)
Кислоторастворимые формы ТМ
1 P. pungens Engelm. 0.113±0.088 20.0±0.003 16.4±0.1 263±6 47.7±0.3 30.2±0.2
2 L. deciduas Mill. 0.104±0.011 17.3±0.3 14.6±0.1 494±5 42.2±0.3 22.0±1.0
3 P. glauca (Beissh.) 0.18±0.12 17.0±0.4 13.4±0.1 422±2 34.7±0.2 25.3±0.7
4 Mayr P. silvestris L. 0.19±0.02 31.1±0.6 27.8±0.1 504±4 309±3 33.3±0.4
5 J. sabina L. 0.163±0.014 19.5±0.03 17.2±0.1 442±8 84.9±1.5 24.1±0.3
6 T. occidentalis L. 0.110±0.006 17.9±0.1 15.6±0.1 464±14 50.3±0.4 23.3±0.6
Статистическая характеристика
M±m 0.143±0.016 20.5±2.2 17.5±2.1 431±36 95±43 26.4±1.8
lim 0.104-0.187 17-31 13.4-27.8 263-504 35-309 22.0-33.3
V. % 27 26 30 20 112 17
Подвижные формы ТМ
1 P. pungens Engelm. 0.051±0.002 2.09±0.11 0.26±0.03 49.2±2.7 1.86±0.01 5.23±0.62
2 L. deciduas Mill. 0.049±0.002 1.56±0.01 0.25±0.02 13.8±2.5 2.17±0.04 4.19±0.15
3 P. glauca (Beissh.) 0.016±0.003 1.57±0.06 0.26±0.02 19.5±2.3 1.29±0.01 4.11±0.14
4 Mayr P. silvestris L. 0.062±0.011 3.01±0.06 0.34±0.01 18±1 60.3±0.7 3.58±0.01
5 J. sabina L. 0.037±0.006 1.86±0.04 0.30±0.02 12.9±1.8 8.70±0.57 3.21±0.05
6 T. occidentalis L. 0.028±0.003 2.13±0.13 0.21±0.02 21.4±0.6 2.99±0.11 3.55±0.10
Статистическая характеристика
M±m 0.041±0.007 2.04±0.22 0.27±0.02 22.5±5.5 12.9±9.5 3.98±0.29
lim 0.016-0.062 1.6-3.0 0.21-0.34 12.9-49.2 1.29-60.3 3.21-5.23
V, % 42 26 17 60 181 18
Содержание ТМ в почве. Показано, что содержание ТМ в почве под хвойными различалось и зависело от вида растений. Максимальное среднее содержание выявлено для КРФ Fe, минимальное - для КРФ Сё (табл. 2). Содержание КРФ ТМ в подкроновой почве разных видов хвойных различалось в 1.5-2.1 раза (кроме Zn, для которого выявлен аномальный разброс величин содержания - 8.9 раза). Максимальное количество КРФ всех ТМ выявлено под кроной сосны, а также под пседотсугой (Сё) и лиственницей (Мп); под остальными видами оно было практически равным. Минимальное содержание КРФ ТМ обнаружено в почве под кронами ели (Сё и Мп), лиственницы (РЬ и Fe), псевдотсуги (Си и Zn), туи (Сё и РЬ). Исключительно высокое содержание КРФ Zn выявлено в почве под сосной, и эта величина в 4-9 раз превышала содержание КРФ Zn под кронами других видов хвойных.
В почве под различными видами хвойных величины коэффициента вариации содержания КРФ различных ТМ были довольно низкими и
сходными между собой, кроме наименьшего для Fe и сверхвысокого для Zn.
Важным показателем доступности элементов для растений является содержание их ПФ в почве. Выявлено, что содержание ПФ ТМ было существенно меньше, чем их КРФ: Сё - в 3 раза, РЬ, Мп, Fe и Zn - в 7-20 раз, Си - в 65 раз (табл. 2). Максимальное содержание ПФ найдено в почве под кронами сосны (Сё, РЬ, Си и Zn) и ели (Мп и Fe), минимальное - в почве под лиственницей (РЬ и Мп), псевдотсугой (Сё, РЬ и Zn), можжевельником (Мп и Fe), туей (Си). Варьиро
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.