Особенности накопления тяжёлых металлов крупяными культурами

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Особенности накопления тяжёлых металлов крупяными культурами
Д. А. Ахматов, аспирант, Н. М. Троц, к.б.н. ,
В. Б. Троц, д.с. -х. н, профессор, Самарская ГСХА
Для производства круп в агроландшафтах Самарского Заволжья культивируют гречиху обыкновенную и просо обыкновенное. В северной лесостепной зоне предпочтение отдают гречихе, а в центральной и южной степной — просу. Учитывая, что крупа этих культур используется в детском и диетическом питании, изучение особенностей
экологически безопасного производства зерна этих растений имеет важное здоровьесберегающее значение [1]. По имеющимся литературным сведениям в условиях техногенного загрязнения территории крупяные культуры могут накапливать, в отличие от других растений, значительное количество тяжёлых металлов (ТМ) и аккумулировать их в зерновой части урожая [2−4].
Цель исследований — изучение особенностей накопления и характера локализации Сd, РЬ, /и,
Си, Со и Ми в растениях гречихи (Poliygonium взсикпШт Иовпвк) и проса (Ратсит тШаквиш) 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 [5] в северной лесостепной, центральной переходной и южной степной зонах, на стационарных опытных посевах. Почвы участков: чернозём выщелоченный — на севере- чернозём типичный — в центре и чернозём южный — на юге. ТМ в фитомассе определяли пламенным и электротермическим вариантами атомно-абсорбционной спектроскопии с предварительной подготовкой проб методом «сухой» минерализации в лаборатории агрохимической станции «Самарская».
Результаты исследований. Экспериментально установлено, что гречиха в условиях центральной зоны на типичном чернозёме может суммарно накапливать около 49,47 мг/кг изучаемых металлов (табл.). По уровню концентрации в фитомассе они образуют следующий убывающий ряд: Мn& gt-Zn>-Cu>-Рb>-Со>-Сd. При этом на долю Ми приходится 63,1% общего объёма элементов, /и — 30,4, Си — 5,1, РЬ — 0,8, Со — 0,5 и Сd — 0,1%. Однако несмотря на повышенную аккумуляцию Ми и /и их концентрация не превышала ПДК и находилась в пределах 15,5 и 30,0% от контрольных индексов. Аналогичные закономерности прослеживались и по другим металлам. Содержание Р Ь и Си варьировало около 7,6 и 8,4%, а Сd и Со — 17,0 и 29,0% от ПДК. Концентрация Сd, РЬ, Си, Со и Ми не превышала и регионального фонового показателя, но
уровень накопления /и оказался на 22,5% выше естественного значения.
Просо в отличие от гречихи, имея мощную корневую систему с высоким градиентом сосущей силы, аккумулировало в 1,8 раза больше Сd- 2,0 — РЬ- 1,8 — /и- 3,7 — Си- 2,2 — Со и в 1,1 раза Ми, при общем объёме накопления элементов 73,28 мг/кг. Аналогично гречихе наибольшее количество проса абсорбирует 48,7% Ми от общей массы, далее следует /и — 36,3, Си — 12,9, РЬ — 1,0, Со — 0,9 и Сd — 0,1%. В соответствии с этим металлы образуют следующий убывающий ряд: Мn& gt-Zn>-Си>-Рb>-Со>-Сd. Сравнение полученных результатов с индексами ПДК не выявило их превышения. Среднее количество Сd в фитомассе было не более 31,3% от ПДК, РЬ — 15,8, /и — 53,2, Си — 31,6, Со — 63,0, а Ми — 17,8%. Уровень аккумуляции металлов, за исключением /и, был ниже и фоновых значений. Просо, как и гречиха, активно поглощало ионы /и, накапливая их в 1,5 раза больше среднего фонового значения. С продвижением в степную зону на чернозём южный объёмы аккумуляции микроэлементов в фитомассе проса снижались в среднем на 21,0% - 60,60 мг/кг. При этом концентрация /и уменьшалась на 20,9, Си — на 35,3, Со — 34,1, Ми — 19,0%. По Сd и РЬ, наоборот, аналогично другим культурам отмечалась повышенная абсорбция этих элементов соответственно на 15,0 и 12,6% до 0,108 и 0,97 мг/кг.
Вместе с тем и в этом случае объёмы их аккумуляции, как и других металлов, не превышали индексов ПДК и находились по Сd, /и, Си и Со в пределах 23,3−47,0%, а по РЬ и Ми — не более 15,0−19,4% от ПДК. Выше фоновых значений аккумулировались только РЬ и /и
Содержание тяжёлых металлов в крупяных культурах, мг/кг воздушно-сухой массы
Почва Культура Орган растения Элементы
Са рь Zn Со Мп
соцветия 0,035 0,25 22,60 4,75 0,20 26,15
чернозём стебель 0,047 0,40 15,40 2,16 0,42 37,20
выщелоченный корень 0,120 0,88 27,40 5,30 0,62 60,52
среднее 0,068 0,51 21,80 4,07 0,41 41,29
соцветия 0,018 0,15 16,43 2,85 0,16 19,30
стебель 0,040 0,32 10,13 1,57 0,26 27,52
гречиха корень 0,094 0,66 18,56 3,20 0,45 46,70
чернозём среднее 0,051 0,38 15,04 2,54 0,29 31,17
типичный метёлка 0,060 0,20 25,85 10,12 0,18 17,68
стебель 0,090 0,72 22,60 6,80 0,58 28,57
просо корень 0,130 1,39 31,40 11,53 1,14 60,85
среднее 0,094 0,77 26,61 9,48 0,63 35,70
метёлка 0,080 0,45 21,13 7,80 0,10 15,60
чернозём стебель 0,102 0,90 19,60 5,08 0,35 23,16
южный корень 0,140 1,56 25,30 8,15 0,96 51,30
среднее 0,108 0,97 22,01 7,01 0,47 30,02
ПДК 0,3 5,0 50,0 30,0 1,0 200
* РФУ (региональный фон. уровень для гречихи) 0,20 0,88 12,28 8,00 0,90 73,13
* МРФУ (региональный фон. уровень для просо) 0,27 0,79 17,33 10,27 0,81 53,64
* По данным Н. М. Матвеева и др., 1997 г.
соответственно на 22,8 и 27,0%. Содержание других элементов находилось в пределах нормы.
Уровень накопления (ТМ) в фитомассе гречихи северной зоны равнялся 68,73 мг/кг. Это в среднем на 39,0% больше, чем в растениях центральной зоны. Причём увеличение концентрации отмечалось по всем элементам и достигало у Сd 33,4, РЬ — 34,3, /и — 45,0, Си — 60,3, Со — 41,4, Ми — 32,5%. По нашему мнению, повышенное поступление металлов в растения, возделываемые на чернозёме, выщелоченном наряду с кислой реакцией почвы, обусловлено ещё и физиологическими особенностями гречихи, способной, в отличие от других зерновых культур, с помощью корневых выделений переводить трудно растворимые минеральные соединения в подвижные. Исследованиями установлено, что несмотря на увеличение уровня накопления (ТМ) в фитомассе они не превышают контрольные значения и находятся ниже ПДК: РЬ, Си, Ми и Сd соответственно на 89,8- 86,4- 79,4 и 77,4%, а /и и Со — на 56,4 и 59,0%. Не выявлено отклонений и от фоновых индексов. Поглощение всех металлов, за исключением /и, находилось в пределах, характерных для агроцинозов гречихи северной зоны. Превышение фонового параметра по /и достигало 77,6−21,80 мг/кг против 12,28 мг/кг по норме.
По объёму аккумуляции в растениях металлы образуют убывающий ряд, аналогичный гречихе центральной зоны: Мn& gt-Zn>-Cu>-Рb>-Со>-Сd. При этом на долю Ми приходится 60,0% суммарной массы элементов, /и — 31,7, Си — 5,9, РЬ — 0,7, Со — 0,4 и Сd — 0,1%.
Характерным для проса и гречихи являлось то, что основная часть поступающих в растения элементов откладывалась в подземных тканях растений. Вторым вместилищем Сd, РЬ, Со и Ми являлась надземная вегетативная масса. Репродуктивные органы аккумулировали в 1,9−9,6 раз меньше этих металлов, чем корни, и в 1,3−3,5 раза меньше, чем стебли и листья. Механизм накопления /и и Си отличался тем, что наряду с корневой системой значительная
часть этих металлов в 1,1−1,6 раза больше, чем в стебли и листья, растения транспортировали в зону метёлки и соцветий.
Присутствие Си в генеративных частях растений объясняется её биологическим участием в ассимиляционных процессах и синтезе высокомолекулярных соединений в период налива зерна. Повышенная концентрация /и в крупяных культурах наряду с многими факторами очевидно обусловлена и особенностью минерального питания этих растений, наличием плёночных оболочек вокруг зерна, возможным участием в синтезе запасающих веществ, а также его синергизмом с другими поступающими металлами.
Выводы. По результатам исследований можно сделать заключение, что в равных почвенноклиматических и экологических условиях просо аккумулирует в среднем на 84,0% больше (ТМ), чем гречиха. С продвижением просо в южную зону поступление /и, Си, Со и Ми в биомассу снижается в среднем на 21,0%, а Сd и РЬ возрастает соответственно на 15,0 и 12,6%. Гречиха северной зоны поглощает на 39,0% больше ме-таллотаксикантов, чем в центральной. Основная масса тяжёлых элементов локализуется в корневой зоне растений и лишь наибольшее количество Сd, РЬ, Со и Ми транспортируется в генеративные органы. /и и Си могут в значительных объёмах присутствовать в зоне формирования зерна. Уровень накопления изучаемых металлов в крупяных культурах Самарского Заволжья не превышает ПДК, а по Сd, Си, Со, Ми и РЬ в северной и центральной зонах и фоновых значений.
Литература
1. Алексеев Ю. В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
2. Потапов М. А. Влияние тяжёлых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции в условиях серых лесных почв Чувашской Республики: автореф. дис. … канд. с. -х. наук. Чебоксары, 2005. 16 с.
3. Мажайский Ю. А., Ильинский А. В. Тяжёлые металлы в чернозёмах Рязанской области // Сборник научных трудов Рязанского НИПТИ АПК. Рязань, 2002. С. 218−219.
4. Баранников В. Д., Кирилов Н. К. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции. М.: КолосС, 2008. 352 с.
5. Методические указания по атомно-абсорбционным методам определения токсичных элементов в пищевых продуктах и пищевом сырье. Государственный комитет санэпиднадзора РФ. М., 1992. 35 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой