Аккумуляция тяжелых металлов зерновыми бобовыми культурами в агроландшафтах Самарского Заволжья

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 581. 5
АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЗЕРНОВЫМИ БОБОВЫМИ КУЛЬТУРАМИ В АГРОЛАНДШАФТАХ САМАРСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ
Н.М. ТРОЦ, кандидат биологических наук, доцент
B.Б. ТРОЦ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
C.В. ОБУЩЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук
Самарская ГСХА
E-mail: zentrDP@mail. ru
Резюме. В статье приводятся сведения об особенностях накопления и характере локализации Cd, Pb, Zn, Cu, Co и Mn в растениях гороха посевного (Pisum sativum) и сои (Glycine hishida), подтверждающие, что агроэкологические условия Самарского Заволжья позволяют формировать фитомассу зернобобовых с концентрацией тяжелых металлов значительно ниже ПДК. С продвижением посевов гороха с севера на юг содержание в растениях Zn, Cu, Со и Mn уменьшается в среднем на14,9… 32,0%, а Cd и РЬ — увеличивается в 1,3−2,0 раза. При этом основная часть поглощенного Cd, РЬ и Со вне зависимости от зоны выращивания откладывается в подземной фитомассе. В стебель проникает в среднем в 1,3−3,0 раза, а в бобы в 2,1−6,4 раза меньше токсикантов, чем в корень. Такие элементы, как Zn, Cu и Mn транспортируются в генеративные органы в относительно больших количествах, что, вероятно, обусловлено физиологическими потребностями растений и их участием в синтезе высокомолекулярных соединений (белков, жиров, углеводов), причем Mn — в большей степени.
Соя в аналогичных условиях при практически равных с горохом объемах поглощения Zn и Mn абсорбирует почти в 2,0 раза больше Cd, в 1,2 раза — Cu и в 1,3 раза — Со. По отношению к РЬ эта культура проявляет избирательность, накапливая его на 18,5% меньше, чем горох. Общая сумма тяжелых металлов аккумулированных соей достигает 51,56 мг/кг воздушно сухой биомассы, что на 2,6% меньше, чем у гороха. Также, как и горох, наибольшее количество элементов, за исключением Mn, соя локализует в корневой системе и лишь незначительная доля Cd, РЬ и Со преодолевает «биологические барьеры» и мигрирует в бобы. Накопление Mn, Zn и Cu в надземной части в основном подчиняется закономерностям выявленным у гороха, значительное их количество присутствует в бобах.
Ключевые слова: тяжелые металлы, металлотаксины, горох, соя, чернозем, фитомасса, сухое вещество, стебель, корень, аккумуляция.
Из зернобобовых культур наибольшие площади в агроландшафтах Самарского Заволжья занимает горох посевной (Pisum sativum).
Кроме того, в ряде хозяйств центральной и южной зоны промышленно культивируют относительно новое для региона растение — сою (Glycine hishida). Учитывая важной продовольственное, промышленное и кормовое значение зернобобовых, основной производственной задачей можно считать выращивание экологически безопасной продукции этих культур [1, 2]. Известно, что бобовые растения могут избирательно поглощать и регулировать поступление токсинов в ткани организма. Однако в условиях высокого фонового загрязнения территории регуляторная функция нарушается
и в продукцию может поступать большое количество тяжелых металлов (ТМ): химических элементов плотностью более 5 г/см3. Попадая в почву и растения, они включаются в метаболические циклы живых организмов, образуя высокотоксичные канцерогенные соединения [3,4].
Поэтому необходимы постоянный мониторинг ситуации и разработка адекватных технологических приемов минимизирующих негативные последствия привнесения токсикантов [5].
Цель наших исследований — изучение особенностей накопления и характера локализации Сс1, РЬ, Zn, Си, Со и Мп в фитомассе гороха посевного и сои, возделываемых в различных почвенно-климатических условиях Самарского Заволжья.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2009—2010 гг. Пробы растений отбирали в соответствии с общепринятыми рекомендациями [6,7] в северной лесостепной, центральной переходной и южной степной зонах на стационарных опытных посевах. Почвы участков: на севере — чернозем выщелоченный- в центре — чернозем типичный, на юге — чернозем южный. Определение Т М в фитомассе проводили с помощью пламенной и электротермической атомно-абсорбционной спектроскопии с предварительной подготовкой проб методом «сухой» минерализации в лаборатории станции агрохимической службы «Самарская».
Результаты и обсуждение. Мы установили что горох, выращенный в северной зоне Самарского Заволжья, аккумулирует в среднем 0,060 мг/кг воздушносухой биомассы СС, 0,86 — РЬ, 25,60 — Zn, 5,07 — Си,
0,46 — Со и 28,68 мг/кг — Мп (см. табл.). Эти величины относительно малы и не превышают по СС — 20,0%, РЬ — 17,0%, Zn — 51,2%, Си — 16,9%, Со — 46,0% и Мп —
14,3% от ПДК, а по СС и Си и регионального фонового уровня. Однако концентрация в фитомассе РЬ, Zn, Со и Мп превышала естественную норму соответственно в 1,6, 1,2, 1,3 и 1,5 раза. Вероятно, такая ситуация связана с тем, что корневые выделения гороха увеличивают подвижность и абсорбцию тяжелых металлов почвы, а
Таблица. Содержание Т М в зернобобовых культурах, мг/кг воздушно-сухой
массы, 2008−2010 гг.
Тип почвы Куль- тура Орган растения Элемент
Сd рь 1 Zn | Со 1 Мп
Чернозем горох бобы 0,038 0,20 26,34 5,20 0,20 33,50
выщело- стебель 0,060 0,60 23,32 4,00 0,50 27,13
ченный корень 0,080 1,78 27,12 6,00 0,68 25,30
среднее 0,060 0,86 25,60 5,07 0,46 28,68
Чернозем соя бобы 0,030 0,10 22,42 4,20 0,10 29,52
типичный стебель 0,080 0,61 12,46 3,30 0,46 25,61
корень 0,120 0,89 26,15 5,12 0,56 22,26
среднее 0,080 0,54 20,35 4,41 0,38 25,80
горох бобы 0,015 0,20 21,41 3,44 0,10 28,14
стебель 0,027 0,43 20,88 2,96 0,37 27,89
корень 0,057 1,29 22,40 4,20 0,40 24,51
среднее 0,040 0,64 21,57 3,54 0,29 26,85
Чернозем горох бобы 0,030 0,30 18,55 2,60 0,15 26,13
южный стебель 0,058 0,57 16,13 2,00 0,24 24,20
корень 0,126 1,32 20,16 3,20 0,36 22,00
среднее 0,080 0,73 18,28 2,60 0,25 24,11
ПДК 0,3 5,0 50,0 30,0 1,0 200
РФУ *(для гороха) 0,26 0,54 20,99 6,77 0,37 19,17
*По данным H.M. Mатвеева и др., 1997 г.
возможно и с их привнесением воздушными потоками на поля из вне.
В центральной зоне отмечена меньшая аккумуляция ТМ в фитомассе гороха. Установлено, что общий объем изучаемых элементов не превышает 52,93 мг/кг, или на 7,80 мг ниже, чем в северной зоне. При этом уменьшение концентрации наблюдалось по всем металлам: СС на 50,0%, РЬ — 34,4, Zn — 18,7, Си — 43,3, Со — 58,7 и Мп — на 6,9%. Полученные величины не превышали ПДК, а по СС, Си и Со находились ниже регионального фонового уровня. В то же время, как и в северной зоне отмечено повышенное поступление в растения РЬ, Zn и Мп, соответственно на 18,6, 2,8 и 40,1%.
Зональные особенности аккумуляции элементов прослеживались и у растений степной зоны. В целом они содержали около 46,05 мг/кг ТМ, что на 32,0% меньше, чем в северной зоне и на 14,9%, по сравнению с центральной. Особенно заметно уменьшилась концентрация Си: с 5,07 мг/кг — на севере до 3,54 мг/кг — в центре и 2,60 мг/кг — на юге, или на 95,0 и 36,2% соответственно. Содержание Zn, Со и Мп было ниже, чем в центральной зоне на 18,0, 16,0 и 11,3%, а по сравнению с северной — на 40,0, 84,0 и 18,9%.
В то же время наблюдалось повышение концентрации СС и РЬ. Причем накопление растениями СС увеличилось, по сравнению с центральной зоной, в 2,0 раза, с северной — в
1,3 раза (0,080 мг/кг против 0,040 и 0,060 мг/кг). Несмотря на это, накопление СС было в 3,2 раза меньше регионального фонового уровня. Аналогичные закономерности прослеживались по Zn, Си и Со. И только по РЬ и Мп уровень поступления элементов оказался на 35,2 и 25,8% больше естественных потребностей. В целом содержание СС в растениях гороха оказалось ниже ПДК в 3,7 раза, РЬ — в 6,8, Zn — в 2,7, Си — в 11,5, Со — в 4,0, а Мп — в 8,2 раза.
Основная часть поглощенного растениями СС, РЬ и Со у гороха северной и южной зоны откладывается в подземной фитомассе. В стебель проникает в среднем в
1,3−3,0 раза, а в бобы — в 2,1−6,4 раза меньше токсикантов, чем в корень. Основную часть Zn и Си растения так же локализуют в корневой зоне, вторым вместилищем
этих элементов служат бобы, где их содержание в 1,1−1,8 раза выше, чем в стеблях. Наибольшее количество Мп (26,13.. 33,50 мг/кг) растения транспортировали в бобы и только 22,00. 25,30 мг/кг, или на 18,7. 32,4% меньше откладывали в корневой зоне. В стеблях и листьях локализовалось от 24,20 до 27,89 мг/кг этого элемента, что на 7,9. 20,1% ниже, чем в бобах, и на 10,0. 10,2%, по сравнению с корнями. Повышенное количество Zn, Си и Мп в генеративных органах, очевидно, обусловлено их участием в синтезе белков и аминокислот.
Сравнение объемов аккумуляции тяжелых металлов биомассой гороха и сои показало, что характер поступления этих минеральных элементов и их локализация в растениях во многом схожи с той разницей, что практически при равной концентрации Zn и Мп, соя, как более высокоэнергетическая культура, поглощала почти в 2,0 раза больше СС, в 1,2 — Си и в 1,3 раза — Со. По отношению к РЬ соя проявляла избирательность, абсорбируя его на уровне фоновых значений — 0,54 мг/кг, или на 18,5% ниже, чем горох. При этом общая сумма тяжелых металлов в сое была ниже только на 2,6% и равнялась 51,56 мг/кг. Так же, как и горох, наибольшее количество изучаемых элементов за исключением Мп соя откладывала в корневой части и лишь незначительная доля СС, РЬ и Со проходила «биологические барьеры» и поступала в бобы. Локализация Мп, Zn и Си в надземной части во многом подчинялась закономерностям выявленным у гороха, самое высокое их содержание отмечено в бобах. Анализ полученных результатов не выявил превышения ПДК.
Выводы. По результатам проведенных исследований можно сделать заключение, что агроэкологические условия Самарского Заволжья позволяют формировать фитомассу гороха и сои с концентрацией тяжелых металлов значительно ниже ПДК. С продвижением посевов гороха с севера на юг содержание в растениях Zn, Си, Со и Мп уменьшается, а СС и РЬ возрастает. Соя при практически равных с горохом объемах поглощения Zn и Мп больше абсорбирует СС, Си и Со и меньше РЬ. Основную часть СС, РЬ и Со зернобобовые растения локализуют в корневой зоне. Zn, Си и Мп в относительно больших количествах транспортируются в бобы.
Литература.
1. Амосов Н. А. Алгоритм здоровья. — М., 2002. — С. 39−52.
2. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. — Л: Агропромиздат, — 1987.- 142 с.
3. Потапов М. А. Влияние тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции в условиях серых лесных почв Чувашской республики: Автореф. диссертация канд. с. -х. наук. — 2005. — 16 с.
4. Мажайский Ю. А., Ильинский А. В. Тяжелые металлы в черноземах Рязанской области// Сбор. научн. трудов Рязанского НИПТИ АПК. — Рязань, 2002. — С. 218−219.
5. Баранников В. Д., Кирилов Н. К. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции. — М.: Колосс, 2008. — 352 с.
6. Методические указания по атомно-абсорбционным методам определения токсичных элементов в пищевых продуктах и пищевом сырье. Государственный комитетсанэпиднадзора РФ. М., 1992. — 35 с.
7. Матвеев Н. М., Павловский В. А., Прохорова Н. В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. — Самара, 1997. — 220.
ACCUMULATION OF HEAVY METALS GRAIN LEGUMES IN AGRICULTURAL LANDSCAPES VOLGA SAMARA N.M. Trots, V.B. Trots, S.V. Obuschenko
Summary. The article presents data on the characteristics of accumulation and the nature of the localization of Cd, Pb, Zn, Cu, Co and Mn in plants pea (Pisum sativum) and soybean (Glycine hishida) confirming that the agro-ecological conditions of the Samara Volga allows you to create phytomass grain legume with a concentration of heavy metals is much lower than the MPC. With the advancement of pea crops from north to south, and a typical black soil humus content in the plants of southern Zn, Cu, Co and Mn is reduced by an average of 14,9… 32,0%, while Cd and Pb increased by 1,3 … 2,0-fold compared with plants grown on leached chernozem. The bulk of the absorbed by plants of Cd, Pb and Co, as the pea northern zone and southern deposited in the underground phytomass. As the stem gets an average of 1,3 … 3,0 times, and beans in 2,1 … 6,4 times less toxic than the root. However, Zn, Cu and Mn in relatively large quantities are being transported to the generative organs, which is obviously due to the physiological needs of plants and their participation in the synthesis of macromolecular compounds (proteins, fats, carbohydrates), and, Mn — to a greater extent.
Soya bean with almost equal amounts of peas absorption of Zn and Mn in the same agrousloviyah, almost 2,0 times more absorbing Cd, 1,2 times — Cu and 1,3 times — So. However, with respect to Pb soybean exhibits selectivity by accumulating its 18,5% smaller than peas. The total amount of metals accumulated up to 51,56 mg per 1 kg of air dry biomass, which is 2,6% less than in pea. Just like the peas, the maximum number of elements, except Mn, soy isolates in the root system and only a small fraction of Cd, Pb and Co is able to overcome the & quot-biological barriers& quot- and migrate to the beans. The accumulation of Mn, Zn and Cu in the aerial part is largely subject to the laws identified in pea, a significant number of them present in the beans.
Key words: heavy metals- metallotaksiny, peas, soybeans, black earth, phytomass, dry matter, stem, root, accumulation.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой