Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА НЕКОТОРЫХ РАЙОНОВ Г. ТОБОЛЬСКА

Попова Е.И. 1
1 Тобольская комплексная научная станция УрО РАН
В статье рассматривается воздействие тяжелых металлов нарастительные сообщества некоторых районов г. Тобольска.Среди выявленных поллютантов, накапливающихся растениями, выделили группу тяжелых металлов (Zn, Fe, Co, Pb, Cu, Cd, Hg, Cr, Ni).Загрязнение тяжёлыми металлами нарушает естественно сложившиеся фитоценозы, накапливаясь в органах и тканях растений, тяжелые металлы оказывают негативное воздействие на физиологические процессы растений. Состояние растительных сообществ является одним из основных индикаторов экологической ситуации.В результате выполненной работы проведен:а) подбор площадок с разным антропогенным воздействием; б)описание состава травостоя; в) подсчет числа особей всех растений, на специально выделенных площадках; г)установлены основные поллютанты и их накопление в общей фитомассе наблюдательных площадок.Выявлено воздействие токсикантов на видовое разнообразие, плотность фитоценоза, биологическую продуктивность. Экспериментальные данные представляют интерес в плане оценки влияния на растительность.
общая фитомасса.
видовое разнообразие
плотность фитоценоза
тяжелые металлы
1. Алехин В.В. Методика полевого изучения растительности и флоры. – 2-е изд. – М.:Наркомпроса, 1938. – 208 с.
2. Горчаковский П.Л., Шурова Е.А. Редкие и исчезающие растения Урала и Приуралья. М.:Наука, 1982. 208с.
3. Ильминских Н. Г. Артефакты при исследовании флорогенеза // VII Зыряновские чтения: Материалы Всеросс. научно-практич. конф. Курган, 2009. С. 212.
4. Попова Е.И. Влияние антропогенных факторов на состояние фитоценозов ТНХК /Экология XXI века: актуальные вопросы образования, науки и производства: материалы VI Межрегиональной научно-практической конференции (Кемерово, 19 ноября 2014 г.) – Кемерово, 2014. – С. 150-154.
5. Попова Е.И. Влияние антропогенных факторов на морфо-биологическую изменчивость некоторых видов растений // Сборник научных трудов SWorld. 2014. Т. 29. Выпуск 3 (36). С. 38-43
6. Шмидт В. М. Статистические методы в сравнительной флористике. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 176 с.
Одним из существенных последствий антропогенного воздействия на растительный покров является снижение флористического разнообразия в целом и видовой насыщенности отдельных сообществ [2].

Практически во всех случаях антропогенная трансформация сообществ связана с перестройкой их структуры, видового состава и снижением биологической продуктивности. Относительно устойчивые сообщества замещаются менее устойчивыми, находящимися на тех или иных стадиях деградации.

Наибольшие антропогенные изменения наблюдаются вблизи промышленных объектов и вдоль существующих трубопроводов и автодорог.

Цель исследования: изучение влияния тяжелых металлов на растительные сообщества.

Материал и методы исследования

Для определения биологической продуктивности в пределах контура наблюдательных площадок случайным образом закладывались три (минимальная повторность) квадрата стороной 1 м (площадью 1 м2), с которых срезался до уровня почвы весь травостой. Квадраты закладывались случайным образом, подземные части растений не изымались, так как в мониторинговых исследованиях изъятие подземных частей растений с 3 м2 в сезон нанесёт существенный урон экосистеме [1,3].

Срезанный травостой складывался в отдельные пакеты с этикетками. Пакеты герметично закрывались, чтобы исключить испарение воды. В камеральных условиях фитомасса взвешивалась, затем проводилась быстрая сортировка по видам растений, и каждая фракция фитомассы взвешивалась повторно. После сушки на открытом воздухе и приобретения фитомассой воздушно-сухого состояния процедура взвешивания повторялась [1,6].

Оценка валового содержания металлов (Cd, Hg, Co, Pb, Cu, Cr, Ni, Zn, Fe) проводилась наатомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Optima 7000DV.Пробоподготовка осуществлялась с использованием системы микроволнового разложенияspeedwave MWS-2.

Математическую обработку данных осуществляли с помощью общепринятых методов с использованием пакета программ Microsoft Excel.

Результаты

Площадка № 1. Растительная ассоциация: Вейниково-разнотравное остепненное сообщество Steppevarieherbetumcalamagrostidosum. Географические координаты: N58˚15,630', Е068˚28,878'. Рельеф: ровный и плоский. Антропогенное воздействие: не выражено.  Размеры и конфигурация пробной площади:  4 м × 4 м = 16 кв.м. Общее проективное покрытие живого напочвенного покрова: 100%.  Средняя высота травостоя: 90 см.

Площадка № 2. Название растительной ассоциации: Придорожное рудеральное сообщество Ruderoherbosa. Географические координаты: N 58˚15'36,9''  Е 068˚25',52,8''. Рельеф: ровный и плоский. Антропогенное воздействие: выраженый, около автодороги. Общее проективное покрытие живого напочвенного покрова: 70%.  Другие особенности: прилегающая к асфальту часть полотна дороги имеет общее проективное покрытие < 5 %. Средняя высота травостоя: 60 см.

Несмотря на то, что при подборе площадок доминировало стремление максимально достичь их сходства, тем не менее комплексные наблюдательные площадки №1 и №2 не оказались идентичными по видовому составу растений (табл.1,2).

Таблица 1

Плотность фитоценоза и биологическая продуктивность

пробной площадки №1  (среднее по пробам)

№ п/п

Название растений

Плотность фитоценоза, экз. побегов

Биологическая продуктивность, г

1

PlantagomajorL. (Подорожник большой)

4

4,95

1,59

2

Calamagrostis pseudophragmites (Haller fil.) (Вейникложнотростниковый)

25

109,91

7,69

3

Naumburgiathyrsiflora (L.)Reichenb. (Наумбургия кистецветная)

3

6,54

2,62

4

Polygonum aviculare agg. (Горецптичий)

6

5,17

2,28

5

TussilagofarfaraL. (Мать-и-мачеха обыкновенная)

9

22,44

1,33

6

Calamagrostis purpurea(Trin.) Trin. (Вейникпурпуровый)

16

47,49

15,10

7

Melilotus albus Medik. (Донникбелый)

13

7,40

3,50

8

Elytrigia repens (L.)Nevski (Пырейползучий)

8

40,03

11,33

9

CarexdiandraSchrank (Осока двутычинковая )

6

9,20

3,85

10

Phragmites australis (Cav.)Trin.ex Steud. (Тростник обыкновенный)

6

5,24

3,52

11

Tripleurospermumperforatum(Merat)L.Lainz

(Трехреберник продырявленный)

8

9,03

3,03

12

Achillea millefoliumL. (Тысячелистник обыкновенный)

6

6,09

1,98

13

AegopodiumpodagrariaL. (Сныть обыкновенная)

8

25,26

1,95

14

AgrostisgiganteaRoth (Полевица гигантская)

12

8,52

0,95

15

Taraxacumagg. оfficinaleL. (Одуванчик лекарственный)

4

6,12

2,03

16

Filipenduladenudata (J. etC. Presl) Fritsch (Лабазник обнажённый)

2

5,23

1,02

Сумма

136

318,65

63,77

Примечание: значение сырой фитомассы - в числителе, сухой - в знаменателе.

 

На наблюдательной площадке №1 из слагающих её растительность выявлено 16 видов сосудистых растений. На наблюдательной площадке №2 представлено 13 видов (табл. 2). Общих видов на двух площадках 9: PlantagomajorL. (Подорожник большой), Polygonumaviculareagg. (Горец птичий), TussilagofarfaraL. (Мать-и-мачеха обыкновенная), MelilotusalbusMedik. (Донник белый), Elytrigiarepens (L.)Nevski (Пырей ползучий), Phragmitesaustralis (Cav.)Trin.exSteud. (Тростник обыкновенный), Tripleurospermumperforatum(Merat)L.Lainz (Трехреберник продырявленный), Achillea millefoliumL. (Тысячелистник обыкновенный), Taraxacumagg. оfficinaleL. (Одуванчик лекарственный).

Таблица 2

Плотность фитоценоза и биологическая продуктивность

пробной площадки №2 (среднее по пробам)

№ п/п

Название растений

Плотность фитоценоза, экз. побегов

Биологическая продуктивность, г

1

PlantagomajorL. (Подорожник большой)

2

2,99

0,44

2

Medicago lupulina L. (Люцернахмелевая)

1

3,69

2,02

3

Polygonum aviculare agg. (Горецптичий)

3

3,99

1,85

4

TussilagofarfaraL. (Мать-и-мачеха обыкновенная)

3

8,20

0,79

5

Chenopodium album L. (Марьбелая)

2

3,99

1,85

6

Melilotus albus Medik. (Донникбелый)

9

5,22

0,68

7

Elytrigia repens (L.)Nevski (Пырейползучий)

4

22,44

1,33

8

TrifoliummediumL. (Клевер средний)

1

4,95

1,59

9

Phragmites australis (Cav.)Trin.ex Steud. (Тростник обыкновенный)

3

2,90

0,51

10

Tripleurospermumperforatum(Merat)L.Lainz

 (Трехреберник продырявленный)

5

5,45

1,29

11

Achillea millefoliumL. (Тысячелистник обыкновенный)

3

4,20

1,02

12

AegopodiumpodagrariaL. (Сныть обыкновенная)

3

9,03

3,03

13

Taraxacumagg. оfficinaleL. (Одуванчик лекарственный)

2

3,87

1,77

Сумма

41

80,92

18,17

Примечание: значение сырой фитомассы - в числителе, сухой - в знаменателе.

 

Из различных коэффициентов сходства используем здесь коэффициент Жаккара (P. Jaccard), как самый биологически оправданный (Шмидт, 1980):Kj = c : (a+b-c),

где a – число видов на одной площадке;    b – число видов на второй площадке; c – число общих видов[1].

В результате расчёта в нашем случае Kj составил 0,93. Это сравнительно высокое значение, свидетельствующее о значительном сходстве видового состава растений обеих площадок.

Насыщенность или плотность фитоценоза определяется путем прямого подсчета всех экземпляров сосудистых растений на учетных площадках. Плотность фитоценозов на исследуемых участках включает в себя:общее среднее число особей на трех метровых пробных квадратах 136 (участок №1), 84(участок №2).

Биологическая продуктивность – это способность живых организмов создавать, консервировать и трансформировать органическое вещество. Таким образом, биологическая продуктивность отдельных видов растений, слагающих данный фитоценоз – это интенсивность накопления фитомассы за некоторый интервал времени[4,5].

Значение биологической продуктивности участка №1 (сырая фитомасса -318,65 г/м2, сухая – 63,77 г/м2) внесколько раз превышает показатели фитомассы участка №2 (сырая фитомасса -80,92 г/м2, сухая – 18,17 г/м2).

Общую фитомассу растений с наблюдательных площадок исследовали на наличие тяжелых металлов. Анализ проб показал, что подвижной состав оказывает влияние на содержание тяжелых металлов в надземной фитомассе растений.На рисунке 1 приведено содержаниеCd  и Hg в исследуемых пробах.

 Рис. 1. Содержание Cd  и Hg в общей фитомассе наблюдательных площадок №1,2


 

Концентрация Co (от 0,1 до 0,2 мг/кг), Pb (от 0 до 0,3  мг/кг), Cu (от 1,3 до 2,0  мг/кг), Cr (от 0 до 1,3  мг/кг),  Ni (от 0 до 1,4  мг/кг) (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Содержание Co, Pb, Cu, Cr, Ni в общей фитомассе наблюдательных площадок №1,2

 

Следует отметить, что в условиях повышенной нагрузки наблюдалось увеличение концентрации Zn и  Fe (рис. 3).

 

Рис. 3. Содержание Zn, Feв общей фитомассе наблюдательных площадок №1,2

 

Проведенные исследования дают картину загрязнения растений тяжелыми металлами. Экспериментальныеданные представляют интерес в плане оценки влияния на растительность. Приведенные вработе экспериментальные и расчетные данные могут быть использованыдля разработки и теоретических исследований математической модели накопления тяжелых металлов растениями.

Выводы:

1.    Элементный ряд тяжелых металлов по убыванию их концентраций в общей фитомассе  растений исследуемых участков представлен:Hg>Cd>Co>Pb>Cr>Ni>Cu>Zn>Fe.

2.    Влияние токсикантов  однозначно влияет как  на видовое разнообразие, плотность фитоценоза, так и набиологическую продуктивность. Происходит снижениесырой и сухой биомассы растений на участке с наибольшей антропогенной нагрузкой.

3.    Изучение реакции растений на загрязнение среды тяжёлыми металлами может использоваться для проведения комплексного биологического мониторинга окружающей среды.

4.    Будущие исследования, проведенные по этим же методикам, позволят адекватно отслеживать возможную техногенную динамику рассмотренных здесь растительных сообществ.

 

Рецензенты:

Харитонцев Б.С., д.б.н., профессор кафедры биологии  и МПБ филиала ФГБОУ ВПО ТюмГУ в г. Тобольске, г. Тобольск;

Ильминских Н.Г.,д.б.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории растений и животных в зоне рискованного земледелия ТКНС УрО РАН, г. Тобольск.


Библиографическая ссылка

Попова Е.И. ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА НЕКОТОРЫХ РАЙОНОВ Г. ТОБОЛЬСКА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23350 (дата обращения: 23.09.2021).

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 = 1.074