Статья: Накопление тяжелых металлов растениями рода Achillea L. в засушливых условиях равнинной зоны Дагестана

Накопление тяжелых металлов растениями рода Achillea L. в засушливых условиях равнинной зоны Дагестана

В.В. Семенова, Д.М. Анатов

В равнинной зоне Дагестана распространены засушливые разнотравно-злаковые степи.

В составе их травостоя присутствуют растения тысячелистника, образующие в низменности обширные заросли. Впервые в условиях Дагестана изучено накопление тяжелых металлов в органах растений рода Achillea L. и почвах. Определено содержание Fe, Mn, Pb, Cd в надземной и подземной массе растений рода Achillea L. фоновых и антропогенно нарушенных участков, а также в почвах, на которых они произрастают. Установлено, что на накопление и распределение тяжелых металлов в органах растений оказывает влияние загрязнение автотранспортом. В растениях Achillea nobilis, отобранных в с. Учкент и с. Стальское, содержание кадмия превышает максимально допустимый уровень в 1.2-1.7 раза.

По вычисленным коэффициентам биогеохимической подвижности выявлено, что растения антропогенно нарушенных местообитаний характеризуются высокой аккумуляцией Fe, Cd, но низкой - Mn, Pb.

Ключевые слова: Achillea millefolium L., Achillea nobilis L., Achillea biebersteinii Afan., тяжелые металлы, надземная и подземная масса растений, почва, загрязнение.

Введение

Степи располагаются в районах Дагестана, где в год выпадает 250-400 мм осадков (Акаев и др., 1996). В составе разнотравно-злаковых степей произрастают виды тысячелистника, которые являются лекарственными растениями. Тысячелистник применяется в лечебных целях как кровоостанавливающее, противовоспалительное, ранозаживляющее средство при гастритах (Кортиков, Кортиков, 2002).

Усиление антропогенной нагрузки на окружающую среду делает проблему экологической чистоты лекарственного растительного сырья достаточно актуальной. По мере обострения экологической обстановки необходимо тщательно исследовать загрязненность различных видов лекарственных растений, местообитания которых подвергаются интенсивным антропогенным воздействиям.

Формирование химического состава растений происходит при одновременном воздействии большого количества факторов внешней среды, но особо значимую роль при изучении химической изменчивости растений играет состав почвы. Среди комплекса факторов, оказывающих влияние на организмы растений, большая роль принадлежит природным и антропогенным, которые определяются геологической историей местности, химическим составом почв, развитием промышленного производства, влиянием выбросов автотранспорта (Гринкевич, 1975).

Установлена способность растений поглощать из окружающей среды в больших или меньших количествах практически все известные химические элементы (Ильин, 2006; Андреева, Говорига, 2008; Елькина, 2008; Monni et al., 2001). Пути поступления тяжелых металлов (ТМ) в растения разнообразны, основные из них - корневое и фолиарное (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Касимов и др., 2011). Часто отмечаются различия концентраций ТМ в разных надземных органах (листьях, стеблях, плодах), что может быть связано с видоспецифичностью метаболизма растений и свойствами самих элементов (Дмитраков, Дмитракова, 2006; Говорина и др., 2007; Басов, Басов, 2010; Семенова, 2019; Godzik, 1991).

В условиях Дагестана исследований по содержанию ТМ в органах разных видов тысячелистника, по воздействию выбросов автотранспорта на растения ранее не проводилось.

Цель настоящей работы - изучение особенностей накопления тяжелых металлов (Fe, Mn, Pb, Cd) растениями рода Achillea L.: тысячелистником обыкновенным (Achillea millefolium L.),

тысячелистником благородным (Achillea nobilis L.), тысячелистником Биберштейна (Achillea biebersteinii Afan.), произрастающих в засушливых условиях равнинной зоны Дагестана.

В задачи работы входило:

1) установление уровней накопления ТМ в почвах и растениях рода Achillea L.;

2) исследование содержания ТМ в органах представителей рода Achillea L. в условиях загрязнения выбросами автотранспорта;

3) выявление различий растений в поглощении подвижных форм элементов из почвы.

Объекты и методы исследований

Исследования проведены в 2008-2018 гг. Растительные образцы отобраны на территории равнинной зоны Дагестана в период их цветения (июнь-июль), согласно общепринятой методике (Правила ..., 1985). Пробы почвы взяты из зоны расположения корневой системы (0-20 см). Подготовка проб выполнена в соответствии с ГОСТ «Общие требования к отбору проб» (1983). Анализ каждой пробы проводили в двукратной повторности. Образцы растений и почв отобраны на территориях, расположенных на расстоянии 250-300 м от дороги, а также на расстоянии 5, 10, 50 и 70 м.

Определение элементов в растительных образцах проводилось после сухого озоления и растворения золы в 20% HCl (Разумов, 1986). Валовое содержание элементов в почвах определялось по методу К.В. Веригиной (1977). Метод основан на сжигании органических веществ прокаливанием и на последующем разложении плавиковой кислотой в присутствии серной кислоты. Подвижные формы элементов были извлечены ацетатно-аммонийным буферным раствором (ААБ) с рН = 4.8 по методу Н.К. Крупского и А.М. Александровой (Практикум по агрохимии, 2001). Измерение свинца и кадмия проводилось на полярографе ПУ-1, железа и марганца - на фотоэлектроколориметре КФК-2.

Определение содержания гумуса в почвах проведено по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО-ГОСТ 26213-91 (1991), рН водной вытяжки почв определен потенциометрическим методом.

Коэффициент биогеохимической подвижности (Вх) рассчитывался как отношение концентрации элемента в растениях (мг/кг сухого вещества) к содержанию его подвижной (ААБ) формы в почве (Перельман, Касимов, 1999). Статистическая обработка данных проводилась с использованием программы Microsoft Excel. Для выяснения достоверности различий содержания тяжелых металлов в растениях и почвах фоновых (табл. 1) и антропогенно нарушенных (табл. 2) участков использован t- критерий Стьюдента.

Результаты и обсуждение

Валовое содержание Mn, Pb в почвах (табл. 2) не было выше ориентировочно допустимой концентрации (ОДК по ГН 2.1.7.2511-09 (2009)), а содержание Cd в почве с. Тотурбийкала превысило ОДК в 1.2 раза. Содержание подвижных форм Mn в почве с. Манаскент превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК по ГН 2.1.7.2041-06 (2006)) в 1.4 раза.

Каштановые почвы антропогенно нарушенного участка Кумторкалинского района (с. Учкент) содержат концентрации подвижных форм Pb, которые превышают значения на участке с. Коркмаскала в 35 раз (t = 40.8, p = 0.01; табл. 1, 2). В тысячелистнике благородном содержание Pb в надземной массе по сравнению с фоном повышено в 3-8 раз (t = 20.2, p = 0.03), Cd - в 3.8-7.4 (t = 14, p = 0.04; t = 32, p = 0.02), в подземной массе превышено содержание Cd в 1.3-4 раза (t = 20, p = 0.03; табл. 3, 4). В надземной массе растений тысячелистника благородного с. Учкент (50 м) содержание Cd превышает максимально допустимый уровень для кормовых трав (МДУ) в 1.2 раза. В растениях тысячелистника Биберштейна, отобранных на загрязненных участках, содержание Pb в надземной массе повышено по сравнению с фоном в 1.6 раз (t = 29, p = 0.02), Cd - в 5.5 раз (t = 18, p = 0.03; табл. 3, 4).

На участке с разной удаленностью от дороги (10, 50, 70 м) наибольшая концентрация Pb в почвах наблюдается на расстоянии 10 м (табл. 2). Показатели Pb, Cd в растениях тысячелистника Биберштейна, отобранных в 10 м от дороги, в 1.5-5.5 раза превышают показатели в растениях, отобранных в 70 м (табл. 4). растение почва степь разнотравный

Таблица 1. Содержание элементов в почвах фоновых участков равнинной зоны Дагестана, мг/кг.

Примечание к таблице 1: в числителе - валовое содержание элементов, в знаменателе - подвижные формы элементов.

Таблица 2. Содержание элементов в почвах антропогенно нарушенных участков равнинной зоны Дагестана, мг/кг.

Примечание к таблице 2: в числителе - валовое содержание элементов, в знаменателе - подвижные формы элементов. Полужирным шрифтом выделены превышения ОДК и ПДК.

Лугово-каштановая почва загрязненного участка с. Манаскент содержит подвижный Pb, который превышает фон в 8 раз (t = 14.8, p = 0.004; табл. 1, 2). В надземной массе тысячелистника обыкновенного количество Pb повышено в 3 раза (t = 39.59, p = 0.0006; табл. 3, 4).

В лугово-каштановой почве антропогенно нарушенного участка с. Тотурбийкала (табл. 1, 2) количество подвижных форм Fe превышено в 1.7 раз по сравнению с фоном (t = 27.57, p = 0.001), Pb - в 3.5 раза (t = 10.15, p = 0.009). В растениях тысячелистника обыкновенного также наблюдаются превышения Fe в надземной массе в 2 раза (t = 260.2, p = 0.0000), в подземной массе - в 2.5 раза (t = 38.2, p = 0.0006).

Таблица 3. Содержание элементов в надземной и подземной массе растений рода Achillea L. фоновых участков равнинной зоны Дагестана, мг/кг сухого вещества.

Примечание к таблице 3: в числителе - содержание элементов в надземной, в знаменателе - в подземной массе растений.

В лугово-каштановых почвах с. Стальское (табл. 1, 2) содержание подвижных форм Pb превышено в 2 раза (t = 21.92, p = 0.002). В надземной массе растений тысячелистника благородного содержание Pb превышено по сравнению с фоном в 5 раз (t = 32.53, p = 0.001), Cd - в 6 раз (t = 31.11, p = 0.001), в подземной массе содержание Pb повышено в 3 раза (t = 23.33, p = 0.002; табл. 3, 4). В надземной массе растений тысячелистника благородного содержание Cd превышает МДУ в 1.7 раза. В надземной массе растений тысячелистника Биберштейна содержание Pb повышено в 3 раза (t = 45.96, p = 0.0005).