CC BY
23
экономического потенциала агроландшафтов и указывает на необходимость учета агроландшафтного аспекта не только в процессе организации территории сельскохозяйственных предприятий, но и в установлении структуры земельного фонда, определении характера целевого назначения земель.
Таблица 4
Производство сельскохозяйственных культур во всех категориях хозяйств
Культура Производство сельхозкультур, т 2004 в % к 1991
1991 1995 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Зерновые и зерно-бобовые 372803 276119 255334 263974 331082 332689 118450 335297 89,9
Подсолнечник 25493 35528 33002 24662 22093 26930 34207 29278 114,8
Овощи 64262 65925 41046 46855 36883 40454 53790 38590 60,1
Картофель 21841 72404 59350 57198 70731 44116 39762 55804 255,5
Литература
1. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Адыгея в 2002 году» / Под ред. Г.Г. Козменко. Майкоп, 2003.
2. Полуэктов Е.В., Абудов М.И. Методология организации территорий на эколо-го-ландшафтной основе. Новочеркасск, 2002.
Майкопский государственный технологический университет 4 октября 2006 г.
УДК 631.41:631.95
ПОЧВЕННОЕ И ВОЗДУШНО-ЛИСТОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ РАСТЕНИЙ СВИНЦОМ
© 2006 г. Г.М. Ляшенко, В.П. Калиниченко
The total quantity of pollutant in the plant of summer barley after air-leaf artificial pollution is much more then in conditions of soil pollution of the same level.
Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями является одной из наиболее актуальных экологических проблем в мире, в том числе и в России. Использование свинца в промышленности, на транспорте, его высокая токсичность и способность накапливаться в организме человека обусловливают опасность для здоровья людей [1-7]. Свинец является основным загрязнителем атмосферного воздуха, почвы и других компонентов окружающей среды, его накопление в экосистемах идет высокими темпами [8-10]. Соединения свинца поступают в придорожные экосисте-
мы аэральным путем, контактно воздействуют на расположенные там растительные ассоциации или агрокультуры, накапливаются в почвах, происходит быстрое или отложенное повышение концентраций свинца в сельскохозяйственной продукции, превышение ПДК [11-13].
Целью настоящей работы являлось изучение влияния почвенного и воздушно-листового загрязнения свинцом на сорта растений ярового ячменя в приазовской зоне Ростовской области.
Методика исследований
В модельном опыте исследования проводились на черноземе обыкновенном карбонатном южно-европейской фации. Рассмотрены три сорта ярового ячменя: Одесский 100, Прерия, Задонский 8. ПДК свинца (валовая форма) 32-35 мг/кг. В качестве элемента - поллютанта использовалось соединение свинца в форме уксуснокислого свинца РЬ(СН3С00)2-3Н20.
В опыте было 9 вариантов.
Изучали: варианты 1-4 с внесением (РЬ(СН3С00)2-3Н20) в почву дозах 100, 200, 300 и 500 мг/кг почвы; варианты 5-8 воздушно-листового загрязнения свинцом, которое имитировали путем мелкокапельного опрыскивания растений водным раствором (РЬ(СН3С00)2-3Н20) концентрацией 100, 200, 300 и 500 мг/л.
Количество внесенного свинца в вариантах 1-4, 5-8 было сопоставимо. Это обеспечивали объемом раствора РЬ(СН3С00)2-3Н20 для аэрозольной обработки, которую выполняли ежедневно в течение органогенеза растений ячменя, начиная со стадии органогенеза «фаза кущение - выход в трубку» до стадии органогенеза «фаза колошение - цветение». В целях исключения смыва загрязнителя с растений в почву, аэрозольную обработку в дни выпадения атмосферных осадков не проводили, в последующие дни компенсировали объем раствора РЬ(СН3С00)2-3Н20 до расчетного суммарного объема за органогенез.
Контрольный вариант - без внесения свинца.
Повторность в опыте четырехкратная. Содержание валовых и подвижных форм свинца в почве до загрязнения составляло 24,1 и 4,47 мг/кг почвы. Исследования выполнены на кафедре земледелия и мелиорации Донского ГАУ и в региональном лабораторном центре ФГУГП «Южгеология». Определение содержания свинца проводилось методом атомно-абсорб-ционной спектрометрии.
Результаты
Распределение свинца в растениях ячменя ярового при почвенном загрязнении было следующим (рис. 1): в первый год исследований сорт Прерия при дозах РЬ 100-300 мг/кг содержал в корнях, соломе и зерне наименьшее количество свинца по сравнению с другими вариантами моделирования загрязнения. Сорт ячменя ярового Задонский 8, наоборот, показал наибольшее количество свинца во всех указанных выше органах. В частности, в варианте дозы РЬ 100 мг/кг сорт Прерия содержал в зерне
1,7, соломе - 10,45, корнях - 17,1, а Задонский 8 при аналогичной дозе -1,95, 12,0, 19,3 мг/кг свинца соответственно. Возможно, различие рассмотренных вариантов опыта можно объяснить тем, что сорт Прерия имеет более высокую продуктивность по сравнению с другими. При примерно равном по сравнению с другими сортами уровне поступлении веществ из почвенного раствора сорт Прерия более эффективно (с точки зрения синтеза биомассы) использует фотосинтетически активную солнечную радиацию и формирует большую урожайность основной (зерно) и побочной (корни, солома) продукции. Относительное накопление свинца у этого сорта ниже, чем у остальных (г = -0,807-0,834).
120 100 80 60 40 20 0
i 3 j
J г!
J Г i ___dlJ mJ г S
0 0 0 0 2 0 0 m 0 0 «о контроль 100 200 0 0 m 0 0 «о контроль 100 0 0 2 0 0 m о о «о контроль
Одесский 100
Прерия
Задонский 8
Рис. 1. Распределение свинца в растениях ячменя при почвенном загрязнении (1 год — действие)
При высоком загрязнении почвы РЬ 500 мг/кг различия между сортами нивелировались, разница составила около 0,5 % в первый год исследований и 1,4 % во второй (рис. 2).
Биологические барьеры растения при данной дозе загрязнении, по-видимому, в меньшей степени сдерживают продвижение токсикантов, чем в других вариантах опыта.
При почвенном загрязнении корни ячменя являются главным органом растения, в котором идет накопление свинца. Известно о существовании элементно-статических барьеров на границах корень - стебель, стебель -зерно, которые на генетическом уровне обеспечивают элементный состав плода, препятствуют накоплению ТМ в репродуктивных органах. Степень сопротивления организма растения поступлению чужеродных субстанций в репродуктивный орган принято характеризовать эмпирически так называемой высотой элементно-статического барьера (отношением содержания элемента в стеблях к его содержанию в зернах). Высота барьера у различных сортов ячменя при изменении дозы загрязнения почвы с РЬ 100 до
Pb 200 мг/кг возрастает с 6,1 до 6,5 единиц. При дозе Pb 300, 500 мг/кг он снижается на 6,0 и 20,2 %.
120 100 80 60 40 20 0
1 г! li
F II F
JJ —Б J
£ и
Одесский 100
Прерия
Задонский 8
Рис. 2. Распределение свинца в растениях ячменя при почвенном загрязнении (2 год — последействие)
При воздушно-листовом загрязнении (рис. 3) характер распределения РЬ по растению существенно отличается от описанного выше распределения при почвенном загрязнении.
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
п
I
i
п 1
1 ! i И - Iе ^
ilJ и Jlj
0 0 О О (N 0 0 2 0 0 3 Контроль 0 0 о о <N 0 0 2 0 0 3 Контроль 0 0 0 0 2 0 0 3 о о «о Контроль
Одесский 100
Прерия
Задонский 8
Рис. 3. Распределение свинца в органах ячменя при фолиарном загрязнении растений ячменя
(1 год — действие)
Увеличение дозы РЬ фолиарного загрязнения приводит к увеличению его содержание в надземной части растения. Во всех вариантах фолиарно-го загрязнения наибольшее количество РЬ накапливается в соломе.
Графически контрольный вариант при фолиарном загрязнении растений ячменя (рис. 2) сильно отличается от контрольного варианта при почвенном загрязнении (рис. 1), но это только визуальное отличие из-за различия шкал загрязнения растений в вариантах 1-4 и 5-8.
В случае почвенного загрязнения надо учитывать накопительный характер воздействия загрязнения на растения: после внесения загрязнения в почву оно еще долго воздействует на последовательно сменяющиеся агрофитоценозы.
В случае аэрозольного загрязнения только надземной части растения, она полностью отчуждается в виде биопродукции агрофитоценоза, и на последующие культуры воздействует только аккумулировавшаяся в корнях часть и незначительное количество, случайно попавшеее на почву при моделировании аэрозольного загрязнения растений. Воздействие загрязнения почвы на растения рассмотрено в вариантах опыта 1-4. Поэтому для сокращения схемы опыта и упрощения обсуждения результатов (без потери информативности и репрезентативности эксперимента) схема в части вариантов 5-8 принята без ежегодного повторения.
Так, у сорта Задонский 8 при дозе загрязнения РЬ 100, 500 мг/кг в корнях накопилось 218 и 2398 мг/кг, соломе - 299 и 2619 мг/кг, зерне - 19 и 223 мг/кг свинца.
С увеличением дозы свинца при воздушно-листовом загрязнении различия в накоплении РЬ между сортами уменьшаются. Сорт Одесский 100 накапливал большее количество свинца, чем сорт Прерия при дозе РЬ 100, на 10,7 в соломе и 21,9 % - корнях; РЬ 200 - 11,6 и 10,7 % соответственно. В зерне ячменя на всех этапах загрязнения сорта Одесский 100 и Задонский 8 содержали на 13,7 и 19,3 % больше свинца в сравнении с сортом Прерия.
Исследования показали, что стебли растений (солома) при некорневом загрязнении являются основным органом накопления свинца, так как существуют элементно-статические барьеры на границах корень - стебель, стебель - зерно, которые препятствуют накоплению поллютанта в репродуктивных органах. Высота барьера (отношение содержания РЬ в стеблях к содержанию в зернах) стебель-зерно с увеличением дозы поллютанта уменьшается с 16 до 12. В контрольном варианте большее значение барьера у сорта Прерия (2,7), меньшее - у сорта Задонский 8 (2,5).
Таким образом, воздушно-листовое загрязнение способствует в десятки раз большему поступлению и накоплению свинца в растениях ячменя.
Указанный результат можно объяснить закреплением токсиканта (РЬ) в почве в вариантах 1-4, что привело к уменьшению его содержания в почвенном растворе и далее в растениях. При фолиарном загрязнении в вариантах 5-8 свинец быстрее попадает внутрь тканей (в результате пассивной диффузии и активного транспорта) и включается в процессы метаболизма.
Специфичность распределения РЬ при почвенном загрязнении заключается в том, что по степени насыщенности им тканей основные органы растений ячменя располагаются в ряд: корни > листья (стебли) > семена. При воздушно-листовом загрязнении основной орган накопления свинца -стебли. В ходе исследований установлено, что сорт ярового ячменя Прерия показал себя наиболее устойчивым как к почвенному, так и к воздушно-листовому загрязнению. Сильнее накапливал свинец в растительной массе сорт Задонский 8.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что результаты моделирования почвенного и воздушно-листового загрязнения свинцом растений ячменя ярового на черноземе обыкновенном карбонатном южно-европейской фации показывают, что накопление свинца зависит от пути поступления загрязнения в растение и его сорта.
Варьирование загрязнения в зависимости от сорта растения статистически достоверно как при почвенном, так и воздушно-листовом загрязнении, но пределы варьирования небольшие.
При почвенном загрязнении система «почва - растение» обусловлена высокими буферными свойствами чернозема, поступление загрязнения в растения значительно ниже, чем при воздушно-листовом загрязнении, большая часть загрязнения аккумулируется в корнях ячменя.
Воздушно-листовое загрязнение аналогичного почвенному загрязнению уровня дает в 20-50 раз большее загрязнение органов растения, причем наибольшее загрязнение наблюдается в листьях и стеблях.
Можно предположить, что накопительный характер действия загрязнения на растения в буферной системе «почва - растение» приведет к постепенному увеличению загрязнения биологического продукта, выращиваемого на почве в условиях постоянного загрязнения. В определенной степени об этом свидетельствует тот факт, что загрязнение почвы моделировалось нами однократно, а растения ячменя и в первый год исследований, и на следующий год имели примерно равное загрязнение органов свинцом.
Однако с точки зрения диагностики начальной стадии воздушного загрязнения ландшафта, что актуально не только для свинца, но и многих других загрязнений, распространяющихся воздушным путем, особенно при малой чувствительности методов их определения в почвах, осложнении диагностики пассивированием загрязнения в почве, необходимо применять диагностику по загрязнению растительности. Эту диагностику необходимо дополнять регламентом процедуры отбора растительных образцов, исключающим случайные ошибки шумовой статистической составляющей для слабо буферной системы «атмосфера - почва» в результате, например, смыва загрязнения атмосферными осадками. Последнее обстоятельство усложняет процедуру по сравнению с изучением почвенного загрязнения, ошибка которого практически не зависит от срока отбора проб. Однако перспектива принятия превентивных мер управления
свойствами ландшафтной системы в случае диагностики ее загрязнения по растительности является решающим преимуществом этого способа контроля агроэкологических свойств ландшафта.
Литература
1. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения. Введение в экологическую эпидемиологию: Учебное пособие / Под ред. Б.А. Ревич. М., 2001.
2. Безель B.C. и др. // Экология. 1992. № 6. С. 3-11.
3. Daines R., Motto H. // Environ. Sci. Technol. 1970. № 4. P. 318.
4. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение. Новосибирск, 1991.
5. Уильям X.C. Загрязнение воздуха и жизнь растений. Поглощение загрязняющих веществ растениями. Л., 1988.
6. Smith W.H. // Forest. Sci. 1971. № 17. P. 195.
7. Горобцова О.Н. и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 1. С. 73-79.
8. Наац И.Э., Кириллов В.С., Корчагин П.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 3. С. 16-21.
9. Колесников С.И., Казеев К.Ш., ВальковВ.Ф. // Агрохимия. 2001. № 9. С. 54-59.
10. Гальченко С.В. // Докл. Рос. акад. сельхоз. наук. 2002. № 5. С. 28-30.
11. Ефремова Н.Е. и др. // Докл. Рос. акад. сельхоз. наук. 2004. № 1. С. 27-29.
12. Зубкова В.М., Демин В.А. // Докл. Рос. акад. сельхоз. наук. 2004. № 1. С. 22-26.
13. Minkina T.M. et al. // Fourth International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements. Berkeley, 1997.
Донской государственный аграрный университет,
п. Персиановка 13 сентября 2006 г.
