научная статья по теме БАРИЙ В РАСТЕНИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «БАРИЙ В РАСТЕНИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ»

АГРОХИМИЯ, 2011, № 1, с. 56-66

Экотоксикология

УДК 546.431:581.524(571.54)

БАРИЙ В РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЗАБАЙКАЛЬЯ © 2011 г. В. К. Кашин

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия E-mail: vladkashin@rambler.ru

Поступила в редакцию 21.10.2009 г.

В растительности степных, луговых и агроландшафтов выявлены некоторые особенности накопления бария разными видами растений в сопоставимых условиях и одними и теми же видами в разных экологических условиях. В большинстве случаев на основных типах минеральных почв барий относится к элементам с низкой интенсивностью поглощения: его КБП < 1.0. На торфянисто-болотной почве КБП бария значительно больше - 1.8-9.6. Нормальное содержание бария выявлено на 11% ключевых площадок с луговой растительностью, 23% - степной и 24% -агроценозов, в растительности остальных 76-89% ключевых площадок оно было выше нормы в 1.5- 6.9 раза. Ключевые слова: барий, растительность, Забайкалье.

ВВЕДЕНИЕ

Величина кларка бария в земной коре равна 470 мг/кг, по содержанию в ней барий занимает 14-е место среди химических элементов. Среднее содержание бария в почвах мира - 500 мг/кг. Особенности геохимии бария определяются его распределением в основных типах магматических и осадочных пород, мг/кг: основные - 290, средние - 400, кислые - 700, глинистые - 550, песчаники - 300, карбонатные 50 [1]. В геохимических процессах барий обычно ассоциируется с калием из-за близости их ионных радиусов, поэтому он, как и свинец, в основном присутствует в составе калиевых полевых шпатов и биотите. В почвах барий легко мобилизуется в различных условиях, поэтому его концентрация в почвенных растворах значительно варьирует [2]. Содержание бария в поверхностных речных водах равно 10.0 мкг/л, в подземных водах зоны гипергенеза - 18.3 мкг/л [3], ПДК бария в питьевой воде равно 100 мкг/л.

Барий - щелочноземельный элемент 2А-группы периодической системы, на внешнем электронном слое имеет 2 электрона (6з2), которые легко отдает в химических реакциях, проявляя сильные восстановительные свойства. Барий относится к катионо-генным элементам [4-6].

Барий - элемент довольно значительной аккумуляции в растениях. Обычно его содержание в кормовых и пищевых растениях изменяется в пределах 1-198 мг/кг. Примерная токсичная концентрация бария в зрелых тканях листьев - 500 мг/кг сухой массы [2]. Среднее содержание бария в раститель-

ности суши - 22.5 мг/кг сухой фитомассы, в золе -450 мг/кг [7], поэтому он представляет большой интерес с экологической точки зрения. Норма бария для жвачных животных равна 16-20 мг/кг [8], это близко к уровню жизненно необходимых микроэлементов: Си - 10-15, Мп - 40-50, Zn - 30-60 мг/кг, хотя барий в настоящее время считается примесным микроэлементом и биологическая роль его изучена слабо.

Физиологическая роль бария в растениях практически не изучена. Имеются лишь сведения о положительном влиянии предпосевной обработки семян 0.01%-ным раствором ВаС12 на увеличение энергии прорастания и всхожести семян моркови, свеклы столовой, фасоли и гречихи и отрицательном - семян арбуза, петрушки, лука, дыни и томатов. На выщелоченном черноземе Украины внесение в почву ВаС12 в количестве 3-5 кг/га повышало урожайность сахарной свеклы, салата, огурцов, капусты и лука на 8.8-13% по сравнению с контролем и не влияло на урожайность моркови и картофеля. Барий повышал крахмалистость клубней картофеля на 1.6% по сравнению с контролем (17%), сахаристость сахарной свеклы возросла до 22% при контроле 21% [9].

В организме животных барий обнаружен во всех тканях и органах. Распределение его в тканях уменьшается в следующем порядке: пигментная оболочка глаза > костная > мышечная ткань > легкие > сердце, мозг, печень. В обмене веществ барий ведет себя подобно стронцию и кальцию, однако он всасывается хуже их и выводится из организма гораздо быстрее. Избыток бария вызывает заболе-

вание - баритоз. Механизм его действия заключается в том, что ион бария, имея близкий радиус с ионом калия, конкурирует с ним, вследствие чего возникает гипокалиемия. Токсичная доза бария для человека - 200 мг, летальная - 3.7 г. [10].

В Забайкалье исследования по содержанию бария в почвах и растениях не проводили. Вместе с тем преобладающими материнскими породами в регионе являются кислые - гранитоиды, характеризующиеся повышенным содержанием бария. В Иволгинском р-не выявлено месторождение барий-стронциевых карбонатитов с содержанием этих элементов от 5-7% до 10-15% [11]. Цель работы -определение содержания бария в растительности степных, луговых и культурных ценозов, изучение его накопления разными видами растений и выноса урожаем биомассы, интенсивности поглощения бария из почвы, установление корреляционной связи между величиной содержания бария в растениях и его валового содержания в почвах.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в 12 наиболее населенных центральных и южных районах Бурятии (Западное Забайкалье: степная, сухостепная, лесостепная и таежная зоны). Ключевые площадки 100 х 100 м закладывали на типичных участках степей, лугов и культурных посевов в соответствии с методическими рекомендациями [12]. На каждой площадке проводили отбор проб отдельных видов растений. Для оценки участия растительности в биогенной миграции бария в пределах пробных площадок методом общих укосов на уровне почвы определяли надземную фитомассу с площади 0.5 м2 в 4-6-кратной повторности. Пробы отбирали в период наибольшей биопродуктивности растений (массового цветения растений-доминант). Минерализацию измельченных растительных проб осуществляли путем сухого озоления в муфельных печах при 480 °С. Содержание бария в зольном остатке растений и почвах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии в аналитическом центре Республики Бурятия. Метод основан на получении и детектировании линейчатого спектра, который специфичен для каждого элемента. Аналитическая повторность трехкратная. Относительная систематическая погрешность определения бария 10-15%. Математическую обработку результатов проводили по [13]. Номенклатура растений приведена по [14]. Для количественной оценки различий в содержании бария в видах растений на одном местообитании использовали биогеохимический параметр - относительное содержание в видах растений (ОСВР) по [15]: за 1.0 принимали сред-

нее содержание элемента во всех изученных видах растений на этом участке. К группе среднего накопления относятся растения, содержание элемента в которых отличается от среднего на ±20% (ОСВР = = 0.8-1.2); к группе повышенного - с ОСВР > 1.2; к группе пониженного - с ОСВР < 0.8. Коэффициент биологического поглощения (КБП) бария рассчитывали как отношение содержания элемента в золе растений к валовому содержанию его в почве [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что разные виды растений в сравнимых условиях избирательно накапливали барий (табл. 1). Для характеристики видовой специфичности накопления химических элементов растениями целесообразно рассматривать не абсолютное, а относительное содержание изучаемого элемента в видах растений в одинаковых условиях -ОСВР [15].

Использование этого параметра для сравнения 14 основных видов, произрастающих в одном эко-топе, позволило выделить группы растений повышенного (в 1.6-1.8 раза), среднего (в 0.9-1.2 раза) и пониженного (в 0.5-0.7 раза) накопления бария. Следует отметить, что в данной выборке наибольшее количество растений находилось в группе среднего (6 видов) и пониженного (5 видов) накопления элемента.

Различия между максимальным и минимальным содержанием бария у наиболее контрастных видов - гвоздике разноцветной (91.5 мг/кг) и люцерне серповидной (22.8 мг/кг) достигало 4.0 раза. На основании этих данных можно заключить, что доступность элементов для разных видов растений зависит от специфики физиолого-биохимических механизмов, позволяющих регулировать их количество даже в условиях одинакового содержания элементов в почве.

Растения одного вида в разных экологических условиях в одной и той же фазе вегетации (цветение) значительно различались по накоплению бария. Различия в его содержании достигали от 2.7 до 2.8 раза у пырея ползучего и люцерны серповидной - наиболее распространенных видов семейства злаковых и бобовых в луговых фитоценозах (табл. 2, 3), до 3.5 раза - у астрагала приподнимающегося (Astragalus adsurgens Pall.) (16.0-55.3, среднее 33.9 ± 3.4 мг/кг, V = 41%), до 4.1 раза -у полыни холодной (Artemisia frigida Willd) (16-66, среднее 34.7 ± 4.4 мг/кг, V = 49%), до 4.2 раза -у подмаренника настоящего (41-174, среднее 84.4 мг/кг, V = 51%), 4.4 раза - у костреца безостого (15-66, среднее 33.9 мг/кг, V = 54%). Наиболее высокое содержание бария отмечено у подмаренника

Таблица 1. Содержание Ва в разных видах растений одного местообитания (почва аллювиальная дерновая, содержание бария в слое 0-20 см 1270 мг/кг, разр. № 19К, с. Усть-Кяхта)

Вид Зола, % Ba, мг/кг ОСВР КБП Группа накопления

Гвоздика разноцветная (Diantus Versicolor Fisch. et Link) 6.1 91.5±4.5 1.8 1.18 Повышенное накопление

Смолевка ползучая (Silene repens Patrin) 8.4 84.0±3.2 1.7 0.79 То же

Лапчатка рябинколистная (Potentilla tanacetifolia Wild.) 7.8 78.0±3.6 1.6 0.81 -«-

Подмаренник бореальный (Gallium boreale L.) 6.1 61.0±2.8 1.2 0.79 Среднее накопление

Кровохлебка аптечная (Sanguisorba officinalis L.) 5.7 59.0±2.8 1.2 0.82 То же

Подмаренник настоящий (Gallium verum L.) 5.6 56.0±3.0 1.1 0.79 -«-

Пырей ползучий (Elytrigia repens L.) 6.4 51.2±2.3 1.0 0.63 -«-

Полевица монгольская (Agrostis mongolica Roshev.) 4.7 45.0±2.1 0.9 0.76 -«-

Астрагал даурский (Astragalus dahuricus (Pall.) DC.) 8.5 42.5±1.9 0.9 0.40 -«-

Кострец безостый (Bromus inermis Leysser) 4.2 33.6±1.7 0.7 0.63 Пониженное накопление

Пырейник сибирский (Elimus sibiricus L.) 4.6 27.6±1.5 0.6 0.47 То же

Вика жилковатая (Vicia nervata Sipl.) 5.0 25.0±1.3 0.5 0.40 -«-

Житняк гребенчатый (Agropyron cristatum L.) 4.2 23.4±1.3 0.5 0.44 -«-

Люцерна серповидная (Medicago falcata L.) 7.6 22.0 ±1.1 0.5 0.24 -«-

Примечание. ОСВР - относительное содержание в видах ра

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

Пoхожие научные работыпо теме «Сельское и лесное хозяйство»