Распределение корней березы повислой по почвенному профилю в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра
Автор: Гиниятуллин Рафик Хизбуллинович
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Проблемы прикладной экологии
Статья в выпуске: 5-1 т.14, 2012 года.
Бесплатный доступ
В работе представлены материалы по распределению тонких поглощающих, проводящих корней березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля. Установлено, что в условиях загрязнения на глубине 0-10 см происходит снижение поглощающих корней по сравнению с контролем.
Береза, поглощающие корни, скелетные корни, тяжелые металлы
Короткий адрес: https://sciup.org/148201457
IDR: 148201457
Текст научной статьи Распределение корней березы повислой по почвенному профилю в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра
М инеральное питание деревьев, так и поглощение воды осуществляется через поверхность корней. Доступность нужных для растения веществ зависит, с одной стороны от свойств почвы, с другой – от расположения в ней корней [5]. Надземные растения могут поглощать тяжелые металлы из двух источников – почвы и воздуха [6, 2].
В Стерлитамакском промышленном центре (СПЦ) химические предприятия сосредоточены в северной части города: акционерное общество (АО) «Сода»; АО «Каустик»; АО «Каучук» и Стерлитамакский нефтехимический завод (СНХЗ). Особенно характерно это для г. Стерлитамака, где на сравнительно небольшой территории сосредоточены предприятия с разным составом выбросов. Еще одной важной характеристикой является неравномерность загрязнения воздуха.
В выбросах АО «Сода» преобладают неорганические вещества, в выбросах АО «Каучук», СНХЗ – органические. В выбросах АО «Каустик» много как органических, так и неорганических веществ [1].
В СПЦ лесные насаждения находятся под влиянием техногенного воздействия. Загрязненность почвы промвыбросами подтверждается и имеющимися аналитическими данными. Показателем, характеризующим загрязненность атмосферы и почвы тяжелыми металлами, является наличие их в почвах и корнях под пологом насаждений березы повислой ( Betula pendula Roth).
Исследования проводились в березовых древостоях, расположенных на различном удалении от предприятий г. Стерлитамака, который находится 1-8 км от источника загрязнения и в зоне условного контроля.
Береза повислая благодаря своим биологоэкологическим особенностям широко используется в создании защитных лесонасаждениях на территории крупных промышленных центров.
В данной работе представлены результаты относительного жизненного состояния и материалы по распределению корней березы повислой по почвенному профилю, а также содержание металлов в
Гиниятуллин Рафик Хизбуллинович , канд. биол. наук, старш. науч. сотр.
почве. Жизненное состояние насаждения березы повислой в условиях СПЦ и в контроле оценено как «здоровое».
Основными диагностическими признаками ухудшения жизненного состояния насаждения березы в условиях СПЦ является поражение листьев (хлорозы и некрозы 5-15% площади листа). У березы развиваются межжилковые и краевые хлорозы и некрозы желтого, кофейного и коричневого цвета. Деревья березы повислой, произрастающие вблизи источника загрязнения, имеют нормально сформированную крону (густота кроны составляет в среднем 80-85%), есть мертвые сучья (5-15%). Доля сухостоя в насаждениях составляет 1,4%, отмирающих деревьев нет.
Изучение особенностей распределения корневых систем березы в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра показало снижение корненасыщенности почвы по сравнению с контролем (табл. 1).
Корненасыщенность метрового слоя почвы в условиях CПЦ составляет 1412 г/м2, а в зоне условного контроля – 1746 г/м2.
Максимальная корненасыщенность почвы в условиях CПЦ отмечается на глубине 10-20 см, где сосредоточено 29,7% всех корней березы (420,1 г/м2), а в контроле на глубине 30-40 см, где сосредоточено 30,09% всех корней (525,4 г/м2). Минимальная корненасыщенность почвы в условиях СПЦ и контроля характерна для следующих глубин: СПЦ – 90-100 см (7,2 г/м2; 0,50%); контроль – 60-70 см (50 г/м2; 2,8%). Как в условиях СПЦ, так и в контроле основная масса корней сосредоточена в верхних горизонтах почвы: так в толще почвы – 050 см сосредоточено 90,09% (СПЦ) и 80,63% (контроль) всей массы корневой системы березы (табл. 1). Сравнение насыщенности почвы корнями показывает, что в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра насыщенность верхнего (0-30 см) слоя почвы корнями выше таковой зоны условного контроля.
В более глубоких слоях (30-100 см) имеет место противоположная ситуация. На основании полученных результатов установлено, что в условиях полиметаллического загрязнения СПЦ окружаю- щей среды отмечается снижение корненасыщенно-сти почвы поглощающими и полускелетными корнями березы по сравнению с контролем.
Максимальная масса поглощающих корней в условиях загрязнения (СПЦ) наблюдается на глу- бине 10-20 см (47,21 г/м2). Минимальные значения массы поглощающих корней в условиях загрязнения в верхнем слое почвы от 0 до 10 см (28,3 г/м2) (рис. 1).
Таблица 1. Общая корненасыщенность почвы (по массе корней, г/м2) в древостоях березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра (метод монолитов)
Глубина, см |
СПЦ |
Контроль |
||
масса |
% |
масса |
% |
|
0-10 |
398,5 |
28,2 |
200,7 |
11,4 |
10-20 |
420,1 |
29,7 |
350,5 |
20,07 |
20-30 |
230,3 |
16,3 |
140,5 |
8,0 |
30-40 |
92,4 |
6,5 |
525,4 |
30,09 |
40-50 |
102,0 |
7,2 |
190,8 |
10,9 |
50-60 |
95,0 |
6,8 |
80,9 |
4,6 |
60-70 |
40,5 |
2,9 |
50,0 |
2,8 |
70-80 |
16,1 |
1,2 |
67,5 |
3,8 |
80-90 |
10,3 |
0,70 |
74,8 |
4,2 |
90-100 |
7,2 |
0,50 |
65,5 |
3,7 |
Сумма |
1412,4 |
100 |
1746,6 |
100 |

Рис. 1. Насыщенность почвы поглощающими корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля

Рис. 2. Насыщенность почвы полускелетными корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля

Рис. 3. Насыщенность почвы скелетными корнями березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля
Максимальное насыщение в почве полускелет-ными корнями в условиях загрязнения отмечено на глубине 10-20 см (60,5 г/м2), а в контроле от 0-10 см (59,3 г/м2); 10-20 см (65,2 г/м2) (рис. 2).
Максимальная масса скелетных корней в условиях загрязнения наблюдается на глубине 10-20 см (313,5 г/м2), а в зоне условного контроля на глубине 30-40 см (490,6 г/м2) (рис. 3).
В условиях загрязнения лесная подстилка является одним из основных источников металлов, поступающих в почву. Повышение уровня тяжелых металлов приводит к существенной перестройке всасывающего корневого аппарата березы в условиях загрязнения. В слое от 0-10 см содержание Ni, Cu, Mn, Cd, Pb, значительно превосходит, чем содержание металлов на глубине 20, 30, 40, 50 см (табл.2).
Таблица 2. Содержание металлов (мг/кг) в почвах под насаждениями березы повислой
Глубина, см |
СПЦ |
Контроль |
||||||||
Ni |
Cu |
Mn |
Cd |
Pb |
Ni |
Cu |
Mn |
Cd |
Pb |
|
0-10 |
103,1 |
325 |
1284 |
4,26 |
8,70 |
23,5 |
28,3 |
440 |
0,04 |
0,38 |
10-20 |
42,3 |
203 |
1017 |
0,04 |
2,74 |
34,3 |
26,4 |
480 |
0,01 |
0,29 |
20-30 |
28,45 |
169 |
1111 |
0,02 |
0,63 |
30,2 |
33,64 |
390 |
0,02 |
0,55 |
30-40 |
57,01 |
175 |
982 |
0,01 |
0,93 |
43,5 |
38,2 |
620 |
0,06 |
0,15 |
40-50 |
37,2 |
633 |
1258 |
0,14 |
1,39 |
50,2 |
24,4 |
340 |
0,01 |
0,17 |
50-60 |
176,8 |
462 |
1501 |
0,01 |
0,19 |
46,1 |
22,8 |
510 |
0,54 |
0,32 |
60-70 |
116,0 |
408 |
1231 |
1,50 |
8,84 |
42 |
18,5 |
500 |
0,05 |
0,17 |
70-80 |
24,7 |
120 |
1039 |
1,28 |
4,02 |
37,1 |
16,3 |
590 |
0,64 |
0,19 |
80-90 |
22,8 |
152 |
1007 |
4,7 |
2,70 |
36,1 |
17,2 |
210 |
1,2 |
0,36 |
90-100 |
22,7 |
162 |
1008 |
6,09 |
1,23 |
34,2 |
24,0 |
208 |
2,54 |
0,19 |
В почвах, развивающихся в условиях гумидного климата, миграция кадмия вниз по профилю более вероятна, чем его накопление в поверхностном горизонте почв, поэтому часто наблюдаемое обогащение кадмием поверхностных слоев должно быть связано с загрязнением [8]. В антропогенных условиях содержание кадмия в поверхностном слое почв обычно возрастает [4]. Большая часть Cd аккумулируется в тканях корней, даже если он попадает в растения через листья. Видимые симптомы, вызванные повышенным содержанием Cd в растениях, – это задержка роста, повреждение корневой системы [4].
Свинец оказывает ингибирующее действие на рост корня во всех концентрациях; наиболее сильное и быстрое – при высоких концентрациях. Морфология корня изменялась в зависимости от количества свинца в среде: наблюдали скручивание, коричневение и почернение, максимальные при концентрациях [8].
Таким образом, в условиях загрязнения высокое содержание металлов на глубине 0-10 см снижает образование тонких корней березы.
Данный факт согласуются с результатами Д.В. Веселкина [3]. В условиях загрязнения в слое почвы от 0-10 см содержание Ni – 4,47 раза, Cu – 11,6 раза, Mn – 2,9 раза, Cd – 106 раза, Pb – 22,8 раза превышает, чем в условиях контроля.
Также наблюдаются следующие изменения во фракционном составе корней в условиях загрязнения. В условиях Стерлитамакского промышленного центра отмечается снижение в 1,7 раза доли поглощающих корней: так в условиях загрязнения на эту фракцию находится в среднем 12,10%, а в контроле – 21,66%, в то же время доля полускелетных корней в условиях загрязнения уменьшается и составляет 18,30% от всей массы корневой системы, а в контроле 23,51%. Основная масса корней в условиях загрязнения СПЦ приходится на скелетную составляющую доля этих корней в условиях загря-
Таблица 3. Фракционный состав корневой системы березы повислой в условиях Стерлитамакского промышленного центра и в зоне условного контроля
Таким образом, установлено, что в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра отмечается снижение кор-ненасыщенности почвы в насаждениях березы, при этом отмечается уменьшение удельной доли поглощающих и полускелетных, увеличение удельной доли скелетных корней в общей массе корневой системы по сравнению с контролем. Снижение поглощающих, полускелетных корней на глубине 0-10 см в условиях СПЦ, видимо связано высоким содержанием металлов и их токсичностью. Токсическое действие ионов металлов на рост корней известно [7].
Основное количество выходов корней всех фракций в условиях условного контроля приурочено к верхним слоям почвы. Характер распределения корней по профилю почвы зависит, прежде всего, от уровня загрязнения.
Список литературы Распределение корней березы повислой по почвенному профилю в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра
- Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Башкортостан в 2005 г.Уфа. 2006. 301.
- Виноградов А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями в окружающей средой//Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Наука, 1985. С. 7-20.
- Веселкин Д.В. Распределение тонких корней хвойных деревьев по почвенному профилю в условиях загрязнения выбросами медеплавильного производства//Экология. 2002. № 4. С. 250-253.
- Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
- Оя Т.А., Лыхмус К.Н. Горизонтальное распределение корней ели в средневозрастном древостое//Лесоведение. 1985. № 1. С. 44-47
- Парибок Т.А., Леина Г.Д., Сазыкина Н.А., Тонорский В.Н., Николаева Т.И., Дьякова Т.Б. Накопление свинца в городских растениях//Бот. жур. 1981. Т. 66, № 11. С. 1646-1654.
- Ставрова Н.И. Влияние атмосферного загрязнения на возобновление хвойных пород//Лесные экосистемы и атмосферные загрязнение. Л.: Наука, 1990. С. 121-144.
- Шеуджен А.Х. Биогеохимия. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. 1028 с.