Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ СВИНЦА ОДНОЛЕТНИМИ ДЕКОРАТИВНЫМИ РАСТЕНИЯМИ В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА В УСЛОВИЯХ ГОРОДА ЙОШКАР-ОЛЫ

Ягдарова О.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет»
В статье приводятся результаты изучения накопления свинца в почве и вегетативных органах некоторых однолетних декоративных растений в условиях г. Йошкар-Олы. Показано, что пригородная, селитебная и промышленные зоны характеризуются неодинаковым содержанием свинца в поверхностном слое почв. Проанализированы изменения содержания Pb в листьях и корневой системе на протяжении всего онтогенеза у астры китайской, циннии изящной и бархатцев прямостоячих в различных по степени антропогенной нагрузки районах города. Наибольшая концентрация металла в почвенных образцах и вегетативных органах растений была отмечена в промышленной зоне. Кроме того, установлена видовая специфичность вегетативными органами Callistephus chinensis, Zinnia elegans и Tagetes erecta. Отмечено, что астра китайская обладала наибольшим содержанием ионов Pb как в ассимиляционных органах вида, так и в корневой системе.
онтогенез
бархатцы прямостоячие
цинния изящная
астра китайская
свинец
тяжелые металлы
почва
городская среда
1. Башмаков Д. И. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений / Д. И. Башмаков, А. С. Лукаткин. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2009. – 236 с.
2. Воскресенская О. Л. Динамика содержания тяжелых металлов в Festuca pratensis, Dactylis glomerata (Poaceae) и Trifolium pretense (Fabaceae) / О. Л. Воскресенская, М. Г. Половникова // Растительные ресурсы. – Т. 45, Вып. 1. – СПб.: Наука, 2009. – С. 77-85.
3. ГОСТ 17.4.3.01. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. – М.: Гидрометиоиздат, 1981. – С. 9-33.
4. Ежегодный доклад о состоянии окружающей среды Республики Марий Эл за 2010 год. – Йошкар-Ола, Департамент экологической безопасности, природопользования и защиты населения Республики Марий Эл, 2011. – 190 с.
5. Ермаченко Л. А. Атомно-абсорбционный анализ в санитарно-гигиенических исследованиях: методическое пособие. – Чебоксары: Чувашия, 1997. – 207 с.
6. Иванова Р. Р. Оценка состояния окружающей среды по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности города / Р. Р. Иванова. – Научный журнал КубГАУ. – № 81(07), 2012. – С. 171-180.
7. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. – М.: Мир, 1989. – 440 с.
8. Титов А. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам / А. Ф. Титов, В. В. Таланова, Н. М. Казнина, Г. Ф. Лайдинен. – Петрозаводск: Карельский научный центр, 2007. – 172 с.
9. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг. – М.: Мир, 1997. – 232 с.

Введение

Свинец относится к наиболее распространенным металлам в поверхностном слое почв. Для Pb характерно четко выраженная тенденция к накоплению в почве, что связано с малоподвижностью ионов даже при низких значениях рН, так как данный элемент удерживается слоем гумуса и слабо мигрирует в почвенном покрове [9]. Свинец также обнаружен в каждом растении, но он не относится к жизненно-важным элементам; в достаточно небольших количествах он повышает уровень крахмала, ускоряет прорастание семян [1, 8]. Содержание ионов Pb в растениях составляет примерно 5 мг/кг, а концентрация элемента выше 10 мг/кг сухого вещества уже токсична для большинства видов травянистых растений.

Рядом авторов установлено легкое поглощение растениями таких ионов, как Cd, Br, Cs, в то время как Pb медленнее других тяжелых металлов поступает в растения и транспортируется в наземные органы [1, 7]. Разные виды растений обладают неодинаковой способностью накапливать свинец, что широко применяется для снижения неблагоприятного воздействия на городские фитоценозы и использования их в качестве перспективных аккумулянтов-фиторемедиантов.

Цель исследований заключалась в изучении содержания свинца в поверхностном слое городских почв и вегетативных органах однолетних декоративных растений, выращенных в различных по степени антропогенной нагрузки районах г. Йошкар-Олы.

Материал и методы исследования

Объектами исследования служили однолетние декоративные растения, представители семейства Сложноцветные, наиболее часто используемые в озеленение города Йошкар-Олы: бархатцы прямостоячие (Tagetes erecta L.), цинния изящная (Zinnia elegans Jacq.) и астра китайская (Callistephus chinensis L., Nees). Исследования проводились в различных по степени антропогенной нагрузки районах г. Йошкар-Олы: пригородная зона – п. Руэм (условно чистый район, контроль), селитебная зона города – ул. Я. Эшпая (район с низким уровнем загрязнения), промышленная зона города – ОКТБ «Кристалл» (район со средним уровнем загрязнения). Выбор районов основывался на данных химического анализа атмосферного воздуха и почвы, которые были проведены на базе Маргеомониторинга и на данных Ежегодного доклада о состоянии окружающей среды Республики Марий Эл [4].

Определение содержания свинца в почвенных и растительных образцах проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии [3, 5]. Содержание ионов Pb рассчитывали в миллиграммах на килограмм сухой массы (мг/кг). Статистическую обработку проводили с помощью программы «STATISTIKA 6.0», достоверность различий обсуждалась при 5 % уровне значимости.

Результаты исследования и их обсуждение

Как показали результаты нашей работы (рис. 1) содержание свинца в пробах почвы пригородной зоны не превышало санитарно-гигиенического ПДК (6 мг/кг) и составило 5,64 мг/кг. По мере усиления антропогенной нагрузки концентрация ионов Pb в почвенных образцах увеличивалась, и в селитебной зоне было выявлено превышение ПДК в 2 раза. Наибольшим содержанием металла обладал поверхностный слой почвы в промышленной зоне (23,7±0,20 мг/кг), что в 4 раза было выше по сравнению с предельно допустимой концентрацией (р<0,05).

Рис. 1. Содержание свинца в почве г. Йошкар-Олы

В работах, проводимых другими исследователями на территории г. Йошкар-Олы, отмечалось, что содержание свинца в почве промышленной зоны превышало санитарно-гигиеническую ПДК по свинцу в 2,3 раза. Содержание свинца в почвенных образцах в контрольной зоне (лесопарк «Сосновая роща») было ниже предельно допустимой концентрации [2].

В ходе нашей работы изучались также особенности аккумуляции свинца, процессы его передвижения по растению и накопление в вегетативных органах декоративных растений в различных по степени антропогенной нагрузки районах города. В результате исследований, проведенных в пригородной зоне (рис. 2), содержание свинца в листьях и корневой системе изученных однолетних декоративных растений было небольшое и не превышало 1 мг/кг.

Рис. 2. Содержание Pb в вегетативных органах декоративных растений в процессе онтогенеза (условно чистый район, контроль)

По мере роста растений содержание Pb постепенно увеличивалось, и наибольшая концентрация металла приходилась на особи астры китайской в листьях средневозрастного генеративного онтогенетического состояния (g2) (0,9±0,04 мг/кг).

Если сравнивать содержание свинца в листьях и корнях изученных растений, то наибольшее содержание элемента было характерно для ассимиляционных органов. Самая низкая концентрация металла приходилась на прегенеративный период особей бархатцев прямостоячих в корнях (0,17-0,22 мг/кг), что почти в 2 раза было ниже по сравнению с астрой китайской и циннией изящной (р<0,05).

В зависимости от вида растений содержание свинца может значительно варьироваться. Причем для культурных и декоративных растений чаще всего характерно более низкое накопление металла, по сравнению с дикорастущими видами тех же семейств. Кроме того, разные виды растений, а также сорта одного вида различаются по способности накапливать элемент даже при одной и той же их концентрации в почве [7]. На накопление ионов свинца оказывает влияние также и возраст растений.

В селитебной зоне (рис. 3) наибольшей металлоаккумулирующей способностью по отношению к свинцу на протяжении всего индивидуального развития обладали особи астры китайской. В листьях в прегенеративном периоде концентрация элемента у особей ювенильного онтогенетического состояния астры китайской была почти в 3,5 раза выше (р<0,05) по сравнению с циннией изящной и бархатцами прямостоячими.

Рис. 3. Содержание Pb в вегетативных органах декоративных растений в процессе онтогенеза (район с низким уровнем загрязнения)

В корневой системе у декоративных растений в прегенеративном периоде наблюдались иные особенности: низкое содержание свинца в корнях было характерно для особей циннии изящной, а наибольшая концентрация Pb приходилась на средневозрастные генеративные особи бархатцев прямостоячих. В генеративном периоде наибольшее накопление свинца было характерно для астры китайской (1,3±0,09 мг/кг). Если сравнивать накопление элемента в листьях и корнях, то можно сделать следующие выводы: в прегенеративном периоде для ювенильных и имматурных особей декоративных растений характерно наибольшее содержание свинца в ассимиляционных органах и низкое содержание в корневой системе. При переходе растений в генеративный период онтогенеза, содержание элемента не изменялось как в листьях, так и в корнях изученных видов.

Рассматривая особенности накопления свинца в промышленной зоне (рис. 4), можно проследить сходные закономерности: максимальной концентрирующей способностью ионов Pb обладали вегетативные органы астры китайской как в прегенеративном, так и в генеративном периоде. Содержание свинца в листьях и корневой системе у бархатцев прямостоячих и циннии изящной была несколько ниже. Ювенильные и виргинильные растения циннии изящной характеризовались наибольшей концентрацией металла в ассимилирующих органах, чем в корневой системе. У ювенильных особей бархатцев прямостоячих, наоборот, наибольшее содержание свинца было характерно для корней.

Рис. 4. Содержание Pb в вегетативных органах декоративных растений в процессе онтогенеза (район со средним уровнем загрязнения)

В исследованиях Р. Р. Ивановой [6], проведенных на территориях г. Йошкар-Олы, также была прослежена тенденция увеличения содержания свинца у травянистых растений, произрастающих в районах с различной степенью антропогенной нагрузки. Так, у злаков в придорожной полосе улиц содержание свинца увеличивалось до 24–25 %, что было статистически достоверно по сравнению с контролем (0,86± 0,006 мг/кг; р <0,05).

Доля внекорневого поступления свинца в растения зависит от концентрации металла в воздушной среде и осадках, анатомо-морфологических особенностей листьев растений и других факторов. При этом было показано, что Pb, в отличие от некоторых других металлов, при незначительных концентрациях плохо проникает в лист и почти не передвигается в нем, так как барьером для него выступает эпидермис и особенно кутикула. Кроме того, способность листьев поглощать элемент также зависит от анатомических особенностей: чем сильнее опушенность или шероховатость листовой пластинки, тем интенсивнее поступает в них металл из воздуха. Для разных элементов характерна неодинаковая эффективность вымывания. Свинец по сравнению с кадмием легко удаляется атмосферными осадками с поверхности листа [8].

Таким образом, накопление свинца в вегетативных органах декоративных растений увеличивалось по мере загрязнения окружающей среды, но находилось на нижней границе ПДК (0,21–1,43 мг/кг). При переходе особей из прегенеративного периода в генеративный происходило также увеличение концентрации металла в листьях и корневой системы. По количеству содержания свинца однолетние декоративные растения семейства Сложноцветных образуют следующий ряд: Callistephus chinensis > Zinnia elegans > Тagetes erecta.

Заключение

Таким образом, результаты работы показали, что в г. Йошкар-Ола условно чистой является пригородная зона: содержание ионов свинца в почве было самым низким. В селитебной и промышленных зонах отмечалось превышение санитарно-гигиенической ПДК в 1,1–2,2 раза. В связи с различной способностью городских почв к накоплению металла, полученные данные позволяют обнаружить степень антропогенного влияния на содержание свинца в почвенном покрове города. Кроме того, установлена видовая специфичность накопления свинца вегетативными органами астры китайской, циннии изящной и бархатцами отклоненными. Наибольшей металлоаккумулирующей способностью по отношению к свинцу во всех изученных местообитаниях отличались особи астры китайской. У особей бархатцев прямостоячих и циннии изящной содержание свинца на протяжении всего индивидуального развития практически не изменялось. При сравнении особенностей накопления свинца ассимилирующими органами и корневой системой у декоративных растений прослеживается следующая тенденция. Наибольшая концентрация ионов Pb в корнях декоративных растений в процессе онтогенеза была характерна для селитебной и промышленной зон, а для пригородной зоны максимальным содержанием свинца обладали листья растений. Результаты нашей работы показали, что у декоративных растений, произрастающих в различных по степени загрязнения районах г. Йошкар-Олы, содержание свинца находилось в пределах санитарно-гигиенического ПДК (11 мг/кг). Однако по мере увеличения загрязнения окружающей среды (селитебная и промышленная зоны) происходило увеличение содержания металла в вегетативных органах на протяжении всего индивидуального развития растений.

Работа выполнена при поддержке НИР № 5.8479.2013 «Экологический мониторинг и прогнозирование состояния урбанизированных и природных популяций растений» в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ на 2013–2015 гг. Работа поддержана федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы. Номер соглашения 14.В37.21.1111 по теме «Экологические аспекты функционального состояния растений в условиях городской среды».

Рецензенты:

Винокурова Р. И., доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой химии ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.

Самарцев В. Н., доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией Молекулярной биоэнергетики ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола.


Библиографическая ссылка

Ягдарова О.А. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ СВИНЦА ОДНОЛЕТНИМИ ДЕКОРАТИВНЫМИ РАСТЕНИЯМИ В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА В УСЛОВИЯХ ГОРОДА ЙОШКАР-ОЛЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8981 (дата обращения: 25.05.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252