ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2012, № 5, с. 86-89
УДК 543.427.4:581.192
РФА СИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ЗОНЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ
© 2012 г. Е. П. Храмова1, И. Г. Боярских1, О. В. Чанкина2, К. П. Куценогий2
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, Новосибирск, Россия 2Институт химической кинетики и горения СО РАН, Новосибирск, Россия Поступила в редакцию 10.09.2011 г.
С помощью рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения определен элементный состав листьев пятилистника кустарникового (Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz) и жимолости синей (Lonicera caerulea subsp. altaica (Pall.) Gladkova), совместно произрастающих в геологически активной зоне. Обнаружено, что в исследуемый период в зоне геологической неоднородности общее содержание микроэлементов повышается в листьях Pentaphylloides fruticosa по сравнению с контрольными участками, a у Lonicera caerulea, напротив, снижается. Установлена связь отношений элементов Fe/Mn, Ca/Sr, Cu/Zn, K/Rb с геохимическими и геофизическими особенностями среды и накоплением элементов разными видами растений. Отмечено, что исследуемые два вида кустарника в одинаковых условиях произрастания реагируют на изменения геохимических и геофизических характеристик среды по-разному.
ВВЕДЕНИЕ
В зонах протекания активных геологических процессов возникают геофизические, атмо-, гидро- и педогеохимические аномалии, вызывающие у биоты широкий спектр ответных реакций. Они проявляются в виде изменений элементного и биохимического состава органов и тканей, в увеличении фенотипического и генетического полиморфизма и появлении тератных форм [1]. Влияние разного рода аномалий в геологически активных зонах на биологические системы изучено недостаточно, что обусловлено сложностью проблемы: многофакторностью и слабостью воздействия разных внешних факторов на живые организмы, неочевидностью причинно--следственных связей, отсутствием необходимого объема данных.
В Горном Алтае в районе Северо-Чуйского хребта на границе с Курайской межгорной котловиной магнитное поле участка в долине реки Ак-Туру, в целом, отражает особенности его геологического строения и характеризуется слабо магнитными свойствами, за исключением магнитных аномалий, которые имеют юго-западное простирание и, скорее всего, связаны с зонами разломов [2]. Согласно исследованиям последних лет, по активным тектоническим разломам вместе с парогазовыми глубинными потоками на поверхность поступают не только уже известные глубинные газы, но и ионные гидратные формы практически всех элементов, которые лучше проникают в организмы и усваиваются ими [3]. В связи с этим, вероятность возникновения избытка или недостатка химических элементов, воздействующих на биоту, в геологически активных зонах увеличивается.
В качестве надежного аналитического инструментария определения химических элементов в объектах окружающей среды применяется рент-генофлуоресцентный анализ с использованием синхротронного излучения (РФА СИ) — многоэлементный, экспрессный, недеструктивный метод, достоинствами которого являются хорошая воспроизводимость и достаточная чувствительность определений.
Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния геологической активности на элементный состав почвы и растений Lonicera caerulea и Pentaphylloides fruticosa с помощью метода РФА СИ.
МЕТОДИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Участок проведения исследований расположен у подножия Северо-Чуйского хребта на границе Курайской межгорной котловины в долине реки Ак-Туру (Республика Алтай, Кош-Агачский район).
Сопряженный отбор почвенных (зона минерального питания) и растительных (листья) образцов проводился на трех микроучастках: в зоне магнитной аномалии (высота 2020 м над уровнем моря) и в двух точках с фоновым магнитным полем, принятыми за контроль (высоты 1994 м и 2070 м над уровнем моря). Все три микроучастка находятся на вырубке в лиственнично-кедровом лесу в сходных геоботанических условиях. Подробная характеристика геомагнитной обстановки участка приведена в работе [2].
РФА СИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСТЕНИЙ
87
100000
w 10000
о S Я
се
X л
(U
ч о
С
1000
100
10
у /
71
/ * /
/
/ / >
/ /
/ / >
/ /
/ /
/ / >
/ *
/
/ / >
/ *
/
/ / >
/ 1 \
г
г
г
*
/
/
Fl
г
г
г
г
*
<
>
2
ю
K Ca Ti Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Pb
1
Содержание элементов в почве из аномальной зоны (■), контрольных участков1 (□) и 2 (и).
Объектами исследования были выбраны два вида растений — жимолость синяя (Lonicera caerulea subsp. altaica (Pall.) Gladkova) и пятилистник кустарниковый (Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz), широко распространенные в растительных сообществах горных районов. Для анализа одновременно брали среднюю пробу почвы и листьев однолетних побегов примерно с 20— 30 растений P. fruticosa в фазе цветения и L. сaer-ulea в фазе созревания плодов с каждого участка. Навеску воздушно-сухого растительного сырья (1 г) измельчали в агатовой ступке. Затем образцы прессовали в форме таблетки диаметром ~1 см, весом в 30 мг (с поверхностной плотностью 0.04 г/см2). Определение элементов проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения на станции элементного анализа в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (накопитель ВЭПП-3). Для элементов с атомным номером Z = 19—42 энергия возбуждающего монохро-матизированного излучения Емон = 23 кэВ.
Обработку эмиссионных спектров проводили по программе AXIL, концентрацию элементов определяли методом "внешнего стандарта". В качестве образцов сравнения использовали российские стандарты траво-злаковой смеси ГСО СОРМ1 и байкальского ила БИЛ-1 [4]. Величина ошибки (воспроизводимость результатов анализа, полученная путем 15 параллельных измерений трех одинаковых образцов) для большинства элементов в растительных образцах колеблется в пределах 3—11%, для никеля 40% и циркония 60% соответственно, и для почвенных образцов составляет 3—20% в зависимости от элемента. Возможности метода РФА СИ, конструкция станции и измерительного комплекса даны в работе [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Общеизвестно, что одним из основных факторов, определяющих накопление элементов в растении, является их содержание в почве. Анализ полученных данных выявил сходство эле-
ментного состава почвы из аномального и двух контрольных участков (рисунок). Содержание рассмотренных химических элементов в почвенных образцах варьирует незначительно, что свидетельствует о том, что формирование изученных почв происходило на породах единого генезиса и минералогического состава. В почвах аномального участка отмечено незначительное повышение содержания Mn, Fe, Ni, Zr и, напротив, снижение концентрации K, Ga, Rb и Sr по сравнению с контрольными участками.
В таблице представлена информация по содержанию элементов в листьях пятилистника кустарникового и жимолости синей, собранных в зоне магнитной аномалии и двух контрольных участках в конце июля 2009 г. Как видно из таблицы, растения P. fruticosa и L. caerulea вне зависимости от места произрастания содержат одинаковый набор элементов, но в разных количествах и соотношениях.
Отмечено, что содержание макроэлементов (Ca и K) в листьях пятилистника кустарникового снижается с увеличением высоты, тогда как у жимолости изменяется незначительно. Максимальное накопление микроэлементов обнаружено в листьях P. fruticosa из аномальной зоны, при этом в растениях из обоих контрольных участков содержание микроэлементов практически равнозначно. У жимолости синей наибольшее количество микроэлементов установлено на контрольном участке 1, расположенном выше аномального участка, наименьшее — на контрольном участке 2. Таким образом, можно заключить, что общее накопление элементов разными видами растений в геоактивной зоне различно.
По характеру изменений концентрации отдельных микроэлементов в зависимости от места произрастания виды P. fruticosa и L. caerulea имели существенные различия.
Так, наибольшее содержание Mn, Ni и Y обнаружено в листьях пятилистника кустарникового из аномальной зоны; у жимолости синей, напротив, эти же элементы в максимальных концентра-
88
ХРАМОВА и др.
Содержание химических элементов в листьях P. fruticosa и L. caerulea, произрастающих в аномальной зоне разлома и контроле (K и Ca даны в мг/г, остальные элементы — в мг/кг сухого вещества)
Pentaphylloides fruticosa Lonicera caerulea
Элемент Аномальная Контрольный Контрольный Аномальная Контрольный Контрольный
зона, участок 1, участок 2, зона, участок 1, участок 2,
H = 2020м H=2070м H= 1994м H=2020м H = 2070м H= 1994м
К 10 ± 0.4 8 ± 0.3 11 ± 0.4 13 ± .0.5 13 ± 0.5 12 ± 0.5
Са 7 ± 0.3 8 ± 0.3 10 ± 0.4 12 ± 0.5 11 ± 0.5 12 ± 0.5
Вг 2.0 ± 0.08 0.9 ± 0.04 4 ± 0.14 0.5 ± 0.02 0.8 ± 0.03 0.4 ± 0.02
Си 3.6 ± 0.2 4.3 ± 0.3 3.8 ± 0.2 4.1 ± 0.2 3.5 ± 0.2 4.4 ± 0.3
Fe 195 ± 10 278 ± 14 186 ± 9 88 ± 4 112 ± 6 83 ± 4
Мп 369 ± 11 108 ± 3 161 ± 5 195 ± 6 316 ± 9 188 ± 6
№ 1.8 ± 0.5 1.9 ± 0.6 1.0 ± 0.3 0.9 ± 0.3 1.6 ± 0.5 0.5 ± 0.2
№ 1.5 ± 0.6 1.1 ± 0.5 1.4 ± 0.6 1.3 ± 0.5 2.4 ± 1.0 1.7 ± 0.7
Rb 7.8 ± 0.3 7.5 ± 0.3 13.5 ± 0.5 6.4 ± 0.3 6.8 ± 0.3 2.4 ± 0.1
Яг 31 ± 1 41 ± 2 68 ± 3 63 ± 2 51 ± 2 60 ± 2
Б 15 ± 2 15 ± 2 17 ± 2 7 ± 1 8 ± 1 9 ± 1
У 1.4 ± 0.11 0.3 ± 0.02 0.5 ± 0.04 н.о. 0.4 ± 0.03 н.о.
7п 26 ± 1 19 ± 1 27 ± 1 22 ± 1 20 ± 1 22 ± 1
7г 3.3 ± 2.0 7.8 ± 4.7 3.7 ± 2.2 1.3 ± 0.8 16.0 ± 9.6 1.1 ± 0.7
Сумма макро- 17 16 21 25 24 24
элементов
(К + Са)
Сумма микро- 658 484 487 383 538 372
элементов
Примечание: Среднее значение ± стандартное отклонение; н.о. — концентрация элемента ниже предела обнаружения (0.1 мг/кг).
циях отмечены на контрольном участке 1. Такая же картина наблюдается и в случае с наименьшим накоплением элементов — минимум Ca, Cu и Sr в листьях P. fruticosa установлен в аномальной зоне, у L. caerulea — на контрольном участке 1.
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.