АГРОХИМИЯ, 2007, № 4, с. 55-61
УДК 581.192:546.34(571.54)
ЛИТИЙ В РАСТЕНИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ
© 2007 г. В. К. Кашин, Г. М. Иванов
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия Поступила в редакцию 05.07.2006 г.
Определено содержание лития в растениях степных, луговых и агрономических ценозов. Выявлены некоторые особенности накопления лития разными видами растений в сопоставимых условиях и одними и теми же видами в разных экологических условиях. На основании расчетов зависимости содержания лития в растительности от его количества в почвах показано, что он является элементом средней интенсивности поглощения (КБП = 1.4—1.8). Среднее содержание лития в надземной массе степной и луговой растительности региона (1.94-3.44 мг/кг сухой массы) выше среднего уровня его в растительности континентов (1.5 мг/кг сухой массы).
ВВЕДЕНИЕ
Литий относится к рассеянным элементам в объектах окружающей среды. Кларк его в земной коре равен 25 мг/кг. Особенностью геохимии лития является преобладание концентрирования в кислых магматических породах - 80 мг/кг и осадочных алюмосиликатах - 60 мг/кг, в то время как в основных и средних породах - 20 мг/кг. Среднее содержание лития в почвах мира 25 мг/кг. Более высокое среднее содержание лития в аллювиальных почвах - 34 мг/кг, наименьшее в легких органических почвах - 13 мг/кг, черноземы занимают промежуточное положение - 22.5 мг/кг. В аридных условиях литий может накапливаться в значительных количествах в верхних горизонтах засоленных почв [1, 2].
Литий - элемент первой группы таблицы Д.И. Менделеева. Он относится к типичным ка-тионогенным элементам, мигрирующим в виде свободных катионов и не образующих комплексных соединений.
Содержание лития в растениях в зависимости от количества и доступности его в почвах, а также от их биологических особенностей может варьировать от 0.1 до 2680 мг/кг сухой массы [3, 4]. Среднее содержание лития в растительности континентов равно 1.5 мг/кг [5]. Известна специальная литиевая флора [6] с очень высоким содержанием лития в растениях. К ней относится ряд видов семейств пасленовых и лютиковых. Ездакова [3] определила, что один вид дерезы - Lycium ru-thenicum Murr. семейства пасленовых - накапливал лития до 9 г/кг золы или до 2.68 г/кг сухого вещества. По ее мнению, для литиефилов литий является жизненно необходимым элементом.
Содержание лития в растениях не всегда коррелирует с его концентрацией в питающей среде. Существование сложной зависимости между со-
держанием лития в среде и поступлением в растения, обусловленной их барьерными механизмами, отмечают авторы [7, 8].
Установлено, что в тканях растений семейства пасленовых (картофель, перцы, томаты, баклажаны) литий находится в ионной, обменной. кис-лоторастворимой и труднорастворимой формах. В клеточных структурах гомогенатов листьев этих растений содержание лития распределяется следующим образом: хлоропласты > ядра > митохондрии [8].
Хотя литий не относится к числу основных элементов минерального питания [1, 9] , в литературе имеются данные о его биологической активности в растениях. В условиях вегетационных и полевых опытов оптимальные дозы углекислого лития (соответственно 2 мг/кг и 1.0 кг/га) повышали фотохимическую активность хлоропластов, интенсивность дыхания, активность дегидрогеназы, усиливали биосинтез растворимых цитоплазмати-ческих белков на 11-26%, труднорастворимых белков на 8-10% в растениях семейства пасленовых - картофеле, томатах, перцах, баклажанах. Под влиянием лития урожай томатов в среднем за несколько лет увеличивался на 16.3%, баклажанов - на 17.2%, перцев - на 15.4%, клубней картофеля - на 18.0%, сахарной свеклы на 10-18% по сравнению с контролем [8, 10-12]. В полевых опытах на сероземе подкормка азотнокислым литием (45 г/100 м2) стимулировала рост растений табака, сокращала срок развития на 4-5 сут и повышала урожай листьев на 15% [7].
Одной из важнейших специфических сторон физиологической роли лития является его способность регулировать биосинтез и накопление алкалоидов и их предшественников. Так, в опытах Ездаковой [13] выявлено стимулирующее действие лития на синтез, передвижение и накоп-
ление никотина в корнях и листьях растений табака. Школьник [9] считает, что поиск растений, для которых литий является необходимым элементом, нужно вести среди растений-концентраторов лития, в частности среди галофильных растений и представителей литиевой флоры.
Литий относят к условно эссенциальным микроэлементам для животных [14]. Повышенные концентрации лития токсичны для растений и животных. Токсичные количества лития различны для разных растений: они колеблются для большинства растений в пределах 5-50 мг/кг [1], кроме растений-концентраторов лития. Особенно чувствительны к повышенным содержаниям лития цитрусовые растения.
В связи с тем, что литий в настоящее время не относится к жизненно необходимым элементам, он довольно слабо изучен в почвах и растениях [1, 4], особенно на обширных пространствах Сибири и Дальнего Востока. В частности, в Забайкалье практически отсутствуют материалы о его содержании в почвах и растениях. Имеется лишь одна публикация, в которой приводятся данные о содержании лития в основных ботанических группах кормовых луговых растений северного (Ерав-нинского) района Бурятии (долина реки Зазы -биогеохимическая провинция с различными мик-роэлементозами) [15]. Исходя из этого, нами исследованы некоторые особенности накопления лития разными видами растений, интенсивность его поглощения растениями из почвы, а также уровни его содержания и вовлечение в биологическую миграцию надземной массой степных, луговых и культурных ценозов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования 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 [16]. На каждой площадке проводили отбор отдельных видов растений, а также общих укосов фитомас-сы с площади 1 м2 в 4-6-кратной повторности. Пробы отбирали в период наибольшей биопродуктивности растений (массового цветения растений-доминант). Одновременно со взятием проб растений из почвенных разрезов брали образцы почв. Содержание лития в почвах и зольном остатке растений определяли методом атомно-эмисси-онной спектрометрии в аналитическом центре Республики Бурятия. Метод основан на получении и детектировании линейчатого спектра, который специфичен для каждого элемента. Сухое озоление растительного материала проводили в муфельных печах при 480°С. Аналитическая по-
вторность трехкратная. Математическую обработку результатов проводили по [17]. Русские и латинские названия растений даны по [18]. Относительное содержание изучаемого элемента в видах растений (ОСВР) рассчитывали по [19], за 1.0 принимали среднее содержание элемента из всех изученных на определенном участке видов растений. В группу среднего накопления относили растения, содержания элемента в которых отличаются от среднего на ±20% (ОСВР - 0.8-1.2), в группу повышенного - с ОСВР > 1.2, в группу пониженного - с ОСВР < 0.8.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Разные виды растений в сравнимых условиях избирательно накапливали литий (табл. 1). Использование параметра ОСВР для анализа 12 основных видов, произрастающих в одном экотопе, позволило выделить группы растений повышенного в 1.4-1.7 раза, среднего (0.8-1.2 раза) и пониженного (0.6-0.7 раза) накопления лития. Следует отметить, что в данной выборке группа среднего накопления включает в два раза большее количество растений по сравнению с другими группами. Различие между максимальным и минимальным содержанием лития у наиболее контрастных видов - полевицы монгольской (4.2 мг/кг) и вике жилковатой (1.5 мг/кг) в сравнимых условиях достигало 2.8 раза.
Биологические особенности растений являются результатом физиологической и генетической адаптации их к особенностям геохимической среды. Вследствие этого у растений вырабатывается определенная биогеохимическая специализация. Она связана с закреплением в растениях видовых свойств, приобретенных в процессе эволюции биосферы в течение длительного времени, которые обусловливают способность каждого вида к формированию того или иного химического состава в определенных геохимических условиях. Особенно ярко это проявляется у растений, относящихся к литиевой флоре [1, 6].
Для оценки степени извлечения химических элементов из почвы растениями и накопления их в биомассе используют отношение содержания элементов в золе растений к содержанию их в почве - КБП. КБП позволяет косвенно судить об уровне доступности элементов для растений и о поведении их в системе растение-почва. Литий следует отнести к группе элементов со средней (в некоторых случаях с высокой) интенсивностью биологического поглощения. Средний КБП лития растительности суши по отношению к кларку его в литосфере равен 1.0 [5]. Боровик-Романова и Белова [4] отмечают, что КБП лития растений Европейской части страны колеблется от 0.03 до 2.8, а для растений Средней Азии на сероземных почвах, характеризующихся высокой биодоступностью элемента, - от 0.09 до 29.
Таблица 1. Содержание лития в разных видах растений на одном местообитании (почва аллювиальная дерновая, содержание валового лития в слое 0-20 см 24 ± 3 мг/кг)
Вид Li, мг/кг сухой ОСВР* Грунна
массы нaкoпления
Полевица монгольская (Agrostis mongholica Roshev.) 4.2 ± 0.21 1.7 Повышенное
Кострец безостый (Bromus inermis Leysser) 3.6 ± 0.15 1.4 То же
Подмаренник бореальный (Gallium boreale L.) 3.4 ± 0.13 1.4 »
Астрагал даурский (Astragalus dahuricus (Pallas) DC ) 2.8 ± 0.12 1.1 Среднее
Смолевка нолзучая (Silene repens Patrin) 2.5 ± 0.08 1.0 То же
Ланчатка рябинколистная (Potentilla tanacetifolia Wild.) 2.4 ± 0.11 1.0 »
Пырейник сибирский (Elymus sibiricus L.) 2.3 ± 0.09 0.9 »
Пырей нолзучий (Elytrigia repens (L.) Nevski) 2.3 ± 0.07 0.9 »
Житняк гребенчатый (Agropyron cristatum L.) 2.1 ± 0.08 0.8 »
Кровохлебка ан
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.