Панин М.С.1, Камбарова Ж.Д.2
1Семипалатинский Государственный
Педагогический Институт
2Восточно-Казахстанский
Государственный университет им. С.
Аманжолова
ИЗМЕНЕНИЕ БИОМАССЫ РАСТЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВ.
Растениям приходится
осваивать геохимические ниши земной поверхности с неодинаковым содержанием
подвижных соединений химических элементов в почве, в том числе физиологически
необходимых. В настоящее время несбалансированность минерального питания в
основном определяется истощением почвенных запасов и все возрастающими в связи
с ростом урожаев потребностями сельскохозяйственных культур в питательных
элементах. Источники появления избыточных ионов в почве – промышленность и
транспорт, которые загрязняют среду малораспространенными в природе химическими
элементами. Таким образом, при возделывании культурных растений приходится
иметь дело с широким спектром агрохимических условий - от резкого дефицита в почве элементов питания
до их избытка. Это обстоятельство нашло отражение в схемах П. Прево и М.
Олланье и П.Ф. Смита, показывающих зависимость между ростом и концентрацией в среде питательных
веществ.
Чтобы решить, какое
содержание тяжелых металлов можно допустить в почвах, необходимо в эксперименте
создать условия, контрастно проявляющие наиболее негативные последствия
загрязнения корнеобитаемого слоя. Фитотоксичным считается такое содержание
металла в почве, которое снижает продуктивность растений на 10% по сравнению с
чистым контролем.
Растительные организмы
избирательно накапливают тяжелые металлы, некоторые растения являются
концентраторами по отношению к одному или нескольким элементам. Однако
накопление тяжелых металлов не может быть бесконечным и достигает определенно –
допустимых пределов – пороговых концентраций. Любая пороговая концентрация
имеет верхний и нижний предел. За их пределами у растений возникают
физиологические и морфологические изменения. Также в качестве норм содержания
микроэлементов в растениях используют критические количества тяжелых металлов,
которые уменьшают продуктивность на 10% (наиболее близко к ПДК) и фитотоксичное
содержание (таблица 1).
Таблица 1 Нормы содержания
микроэлементов в растениях.
|
Элемент |
ПДК [1.27;C.34-41] |
Критическое [1.44;C.17] |
Фитотоксичное |
Избыточное |
|
Zn |
150-200 |
300 |
>400 |
100-400 |
|
Cu |
15-20 |
150 |
>20 |
20-100 |
|
Pb |
10-20 |
10 |
>60 |
30-300 |
|
Co |
20-30 |
5 |
>100 |
15-50 |
|
Ni |
20-30 |
3 |
>80 |
10-100 |
|
Cd |
0.05-0.10 |
|
>100 |
5-30 |
|
Cr |
1-2 |
2 |
>100 |
5-30 |
Для определения
фитотоксичности почв использована в качестве критерия интенсивность роста
проростков семян сельскохозяйственных культур.
Для выяснения причин
токсического влияния окислов тяжелых металлов на растения провели вегетационные
опыты. В почву вносили разные количества
пыли с содержанием окислов металлов (таблица 2), и на ней выращивали проростки
исследуемых сельскохозяйственных культур. Посев семян проводили из расчета 15
растений в сосуд, согласно применяемой методике (Журбицкий З.И.). Семена
культур подготавливаются предварительным замачиванием и проращиванием. Для
опыта отбирались семена с хорошей всхожестью среднего размера. Наблюдения за
приростом биомассы велись в течении 30 дней.
Таблица 2 Фоновое и валовое содержание тяжелых металлов в пыли,
выбрасываемой УКМК ОАО «Казцинк»
|
элемент |
Валовое содержание (мг/кг) |
Формы соединений |
Кларк в литосфере, мг/кг |
Кларк в почве, мг/кг |
ПДК |
||
|
1 |
2 |
3 |
|||||
|
Медь |
15600 |
469,2 |
51394,0 |
427,2 |
47 |
20 |
100 |
|
3324,8 |
30,4 |
36,52 |
|||||
|
Цинк |
58330 |
137,1 |
5791,8 |
821,8 |
85 |
50 |
300 |
|
42545,6 |
1007,11 |
7097,8 |
|||||
|
Свинец |
20450 |
555,1 |
1923,5 |
1807,9 |
16 |
10 |
100 |
|
3634,2 |
1063,2 |
1131,2 |
|||||
|
Кадмий |
47000 |
2077,4 |
9762,7 |
3665,7 |
0,13 |
0,5 |
3 |
|
2252,4 |
481,42 |
1282,2 |
|||||
Примечание: 1 - водорастворимая
форма; 2 - кислоторастворимая форма; 3
– обменная форма; в числителе – фоновое содержание элемента (мг/кг); в
знаменателе – процент от валового содержания.
Морфологические изменения
растений являются наиболее очевидными и проявляются как на макро -, так и на
микроуровнях. На макроуровне морфометрическим параметром растений на изменение
факторов окружающей среды может быть уменьшение
продуктивности растения.
При исследовании была
определена биомасса корневой и надземной
частей. Проростки срезали, отделяли корневую часть, сушили при температуре
70-800С, воздушно-сухую массу взвешивали (таблица 3).
Исходя из полученных данных, сделан вывод, что содержание
тяжелых металлов 0,001% стимулирует прирост биомассы. Присутствие окислов
цинка, свинца и меди в почве в дозах свыше 0,1% от воздушно-сухой массы почвы
угнетало рост растений.
Вес воздушно-сухой массы надземной части исследуемых
растений намного превышает вес корневой
части. Различие биомассы корней и надземной части является очевидным, что
подтверждает негативное действие
внесенной пыли. Корни, поглощая окислы тяжелых металлов, создают барьер
к поступлению их в надземные органы растений. Анализ особенностей формирования
биомассы в начальный период вегетации свидетельствовал о нарушениях в ходе
продукционного процесса. Корневая система, помимо поглотительной и
синтетической, осуществляет распределительную функцию. Нарушение
перераспределения биомассы проявляется в формировании продукции (рис. 1).
Таблица
3 Вес сухой биомассы проростков в зависимости от концетрации пыли (почва –
чернозем обыкновенный), в граммах
|
пшеница |
петрушка |
люцерна |
||||
|
надземная часть |
корни |
надземная часть |
корни |
надземная часть |
корни |
|
|
контр. образец |
0,75 |
0,09 |
0,5 |
0,08 |
0,5 |
0,08 |
|
0,001 |
0,76 |
0,1 |
0,51 |
0,08 |
0,5 |
0,07 |
|
0,01 |
0,73 |
0,13 |
0,48 |
0,07 |
0,47 |
0,07 |
|
0,05 |
0,70 |
0,1 |
0,42 |
0,04 |
0,41 |
0,03 |
|
0,1 |
0,24 |
0,09 |
0,1 |
0,01 |
0,09 |
0,005 |
|
0,5 |
0,04 |
0,08 |
- |
- |
- |
- |
|
1,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
5,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Рисунок 1 Соотношение биомассы
корней и надземной части проростков в зависимости от содержания пыли в почве
(чернозем)