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

Глубина, см Доля каждой фракции в общей массе корней, % СПЦ Контроль <1 мм 1-3 мм >3 мм <1 мм 1-3 мм >3 мм 0-10 7,12 6,28 86,6 25,21 30,03 44,76 10-20 11,20 14,28 74,52 20,00 18,57 61,43 20-30 10,87 19,56 69,57 28,57 25,00 46,43 30-40 9,78 13,05 77,17 6,66 8,76 84,58 40-50 6,87 8,82 84,31 8,42 18,42 73,16 50-60 8,20 16,40 75,40 22,50 30,25 47,25 60-70 7,50 22,50 70,00 30,25 24,24 45,50 70-80 26,67 33,33 40,00 23,88 20,89 55,23 80-90 20,57 30,27 49,16 28,12 31,25 40,24 90-100 12,25 18,50 69,25 23,07 27,69 49,24 Среднее значение 12,10 18,30 69,60 21,66 23,51 54,83 знения составляет 69,60%, а в зоне условного контроля 54,83% (табл. 3).

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.