Сортовые особенности накопления свинца и никеля растениями земляники садовой в условиях техногенного загрязнения

элементов (Pb, Cd) и биогенного элемента (Cu). Однако уровни загрязнения почвы Pb, Cd в опытах Б . К . Цилу были чрезмерно высокими ( до 30 ОДК_{вал .} по Pb и до 50 ОДК вал . по Cd). Согласно современным нормативным требованиям , почвы с таким уровнем загрязнения должны выводиться из сельско хозяйственного оборота , поэтому результаты , подобных исследований имеют преимущественно теоретическое значение .

Изучение распределения ТМ в различных органах земляники на примере одного сорта не позволяет объективно оценить весь спектр видовой реакции растений на повышение концентрации ТМ в окружающей среде . В работе С . М . Мотылёвой [8] показаны достоверные сортовые различия в микроэлементном составе плодов земляники , выращиваемых в одинаковых экологических условиях . Например , в плодах сорта Редгонтлет содержалось в 2 раза больше Pb, чем в плодах Рубинового Кулона , и в 2 раза меньше , чем у сорта Зенит . Существенные сортовые различия в накоплении ТМ свидетельствуют о возможности уменьшения экологического риска загрязнения плодов земляники путём целенаправленного подбора сортов .

Однако даже для одного и того же сорта Редгонтлет результаты, полученные в вегетационных опытах Б.К. Цилу [14], не согласуются с данными Е.М. Коваленко и др. [5]. Эти авторы сообщают, что у данного сорта в условиях реального техногенного загрязнения почвы Pb на уровне 1-2 ОДКвал. наблюдалось превышение допустимого содержания Pb в плодах, в то время как в опытах Б.К. Цилу даже загрязнение почвы Pb до 30 ОДКвал. не вело к загрязнению продукции. Такие расхождения в результатах исследований могут быть связаны с тем , что в опытах Б.К. Цилу загрязнение почвы моделировалось внесением легкорастворимых солей металлов. Это свидетельствует о важности проведения исследований в условиях реального загрязнения.

Цель нашей работы – изучение сортовых особенностей накопления свинца и никеля в вегетативных органах и плодах земляники садовой в условиях реального техногенного загрязнения ягодного агроценоза .

Материалы и методика исследований

Исследования проводились с земляникой сортов : Рубиновый кулон , Мамочка , Былинная и Богема в 2006-2008 гг . в микрополевом опыте . Участок , выбранный для исследований , расположен на расстоянии 1 км от крупного отвала солевых шлаков , являющихся отходами предприятия по переработке лома цветных металлов и сплавов ( Мценский район Орловской области ). В результате воздействия отвала валовое содержание Ni достигло уровня ОДК вал , а региональный фоновый уровень содержания элемента в серых лесных почвах превышен в 2,7 раза . Валовое содержание Pb в почве опытного участка находится на уровне 0,47 ОДК вал , фон по этому элементу превышен в 2,3 раза ( табл . 1). Превышения регионально - фонового содержания ТМ свиде тельствуют о потенциальной возможности негативного влияния ТМ на выращиваемые культуры и получения на этом участке загрязнённой продукции .

Таблица 1 – Содержание тяжёлых металлов в почве опытного участка, мг/кг

Показатель	Pb	Ni
Валовое содержание	29,1 ± 0,78	39,3 ± 0,87
Регионально-фоновое содержание вал. [12].	12,7	15,0
ОДК вал. [10].	65,0	40,0
Содержание подвижных форм	0,45 ± 0,07	0,96 ± 0,08
ПДК подв. [11].	6,0	4,0

В исследованиях 1995-2000 гг . отмечено превышение ПДК тяжёлых металлов в плодах яблони на расстоянии 2-3 км от шлакоотвала [8].

Почва опытного участка светло - серая лесная суглинистая , хорошо окультуренная . Содержание гумуса 3,4 %, рН KCl - 5,4, Н гидр . - 3,0 мг - экв /100 г почвы , содержание подвижного фосфора – 34,3 мг /100 г почвы , обменного калия – 49,9 мг /100 г почвы , ЕКО – 37,5 мг - экв /100 г почвы .

Содержание Pb и Ni в растительных пробах и подвижных форм тяжёлых металлов в почве ( в вытяжке CH₃ COONH_4, pH 4,8) определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на основе МУК 4.1.053-96, валовое содержание ТМ – рентгенфлуоресцентным методом . Агрохимические показатели почвы определяли по стандартным методикам : pH_KCL- потенциометрически ( ГОСТ 26483-85); содержание подвижного фосфора и обменного калия в почвенных вытяжках по Чирикову

( ГОСТ 26204-84); определение гумуса по методу Тюрина ( ГОСТ 26213- 84).

Результаты и обсуждение

Для каждого изучаемого металла мы наблюдали характерную картину распределения по органам растения . Особенности распределения зависели от физиологической значимости элемента , его химических свойств и уровня техногенной нагрузки . В то же время имели место существенные сортовые различия ( табл . 2 и 3).

Таблица 2 – Содержание свинца в органах земляники садовой, мг/кг сухого вещества (2007-2008 гг.)

< £ а а 8 е	Ф актор В (органы растения)					Г| o' < II Χ Рн К
	S к о к	cd m и к о к	S щ a g	о 1 s | * с	о ч с
Рубиновый кулон	0,419	0,130	0,333	0,432	0,365	0,335
Мамочка	0,584	0,197	0,976	0,875	0,340	0,594
Былинная	0,377	0,116	1,241	1,042	0,146	0,584
Богема	0,592	0,538	0,521	0,262	0,240	0,430
Χ В НСР 0,05 =0,2 7	0,493	0,245	0,767	0,652	0,272
НСР АВ 0,05 = 0,53

Таблица 3 – Содержание никеля в органах земляники садовой, мг/кг сухого вещества (2007-2008 гг.)

< е	Ф актор В (органы растения)					”ф о о < 3 Χ< Рн к
	о м	cd и о м	а н a g	s | * с	о с
Рубиновый кулон	0,030	0,037	0,062	0,035	0,133	0,059
Мамочка	0,169	0,037	0,080	0,113	0,111	0,102
Былинная	0,098	0,085	0,065	0,127	0,145	0,104
Богема	0,080	0,113	0,086	0,154	0,213	0,129
Χ В НСР В 0,05 = 0,05	0,094	0,068	0,073	0,107	0,150
НСР АВ 0,05 = 0,10

Большинство исследователей , изучавших распределение Pb в органах различных видов растений в естественных фитоценозах , полевых , вегетационных и лабораторных опытах , сообщают о преимущественном накоплении элемента в корнях [15, 9, 3, 13]. Это связывают с инактивацией и депонированием значительных количеств Pb в результате образования малоподвижных соединений с пектинами клеточной оболочки , отложения на стенках клеток в виде кристаллов нерастворимых фосфатных комплексов [7, 13]. По отношению к Pb важнейшими барьерными тканями корня являются первичная кора и эндодерма .

Ю . Г . Маджугина [6], изучавшая накопление ТМ в органах рудеральных растений на полигонах ТБО ( т . е .

в условиях реального загрязнения ), наряду с вышеописанным характером распределения Pb по органам растений , наблюдала и более высокое ( в 2…2,5 раза ) содержание Pb в надземной части по сравнению с корнями у таких видов как полынь обыкновенная ( Artemisia vulgaris L .) и щавель курчавый ( Rumex crispus L .). В условиях нашего опыта у изучаемых сортов земляники мы также наблюдали как фиксацию Pb в корнях , так и накопление элемента в надземной части .

По среднему уровню накопления свинца во всех органах изучаемые сорта земляники можно разделить на 2 группы : сорта Рубиновый кулон и Богема содержали соответственно 0,335 и 0,430 мг / кг сухой массы , а у сортов Мамочка и Былинная этот показатель был достоверно выше ( соответственно 0,594 и 0,584 мг / кг ) ( табл . 2). Рассмотрение особенностей накопления элемента в отдельных органах подтверждает существенные различия между этими группами сортов . Так у сортов Рубиновый кулон и Богема минимальная и максимальная концентрация свинца в органах растения различаются в 2,8…2,5 раза , а у сортов Мамочка и Былинная это различие гораздо больше (5 и 10,7 раз соответственно ).

В вегетационных опытах Б . К . Цилу 80-95% поглощённого растениями земляники Pb аккумулировалось в многолетних органах , независимо от уровня загрязнения почвы . В наших исследованиях , на фоне невысокого содержания подвижных форм металла в почве (0,05 ПДК_{подв .}), постепенное снижение концентрации свинца в ряду « корни - корневища - листья - плоды » наблюдалось только у сорта Богема .

В среднем для четырёх изучаемых сортов , наименьшее содержание Pb было в корневищах и плодах земляники (0,245 и 0,272 мг / кг сухого в - ва соответственно ). Наибольшее содержание – в черешках листьев (0,767 мг / кг ) и листовых пластинках (0,652 мг / кг ) ( табл . 2).

Существует мнение [13], что такие металлы как Pb, Cd и Ni не способны в какой - либо значительной степени проходить через плазмалемму клеток обкладки пучка и поступать в мезофилл . Это может быть объяснением наблюдавшемуся нами высокому содержанию Pb в черешках листьев .

У сортов Мамочка и Былинная листья содержали больше Pb, чем корни ( в 1,5…4 раза ), что может быть связано с дополнительным фолиарным поглощением Pb из атмосферы . Также можно предположить , что данные сорта по физиологическим особенностям транспорта и накопления Pb ближе к группе растений - аккумуляторов , для которых характерно более интенсивное поступление элемента по сосудистым пучкам и накопление его в клетках эпидермы листьев и побегов . Эффективность такого физиологического механизма защиты плодов от накопления ТМ хорошо видна на примере сорта Былинная . Содержание Pb в листьях Былинной – самое высокое , а в плодах – самое низкое среди изучаемых сортов ( табл . 2).

Валовое содержание Ni в почве нашего опытного участка было практически на уровне ОДК вал , среднее содержание подвижных соединений – около 0,25 ПДК_{подв .}. Региональный фон по Ni превышен в 2,6 раза ( табл . 1). Таким образом , Ni является существенным загрязняющим компонентом в изучаемом агроценозе .

Согласно современным представлениям , Ni входит в число необходимых микроэлементов для бактерий и высших растений [2, 13]. Вероятно , с этим может быть связана его относительно высокая подвижность в растениях . Слабая фиксация элемента корнями и более равномерное ( по сравнению с другими ТМ ) распределение его по органам разных видов растений показаны многими исследователями [6, 3, 1].

Как и в отношении других ТМ , по характеру накопления Ni в надземных и подземных органах растения делят на исключатели и аккумуляторы . Причём , как показано в работах И . В . Серёгина [13] и И . А . Бакланова [1], даже виды , относящиеся к одному роду , могут иметь различные стратегии накопления Ni.

До настоящего времени , исследований особенностей накопления Ni в вегетативных органах земляники садовой разных сортов не проводилось . С . М . Мотылёва [8] в своей работе показала существенные различия в накоплении этого элемента плодами земляники различных сортов . Например , содержание Ni у сорта Редгонтлет в 1,5 раза превышало содержание Ni в сорте Зенит , и было в 2 раза ниже , чем в плодах Рубинового Кулона .

В условиях нашего опыта Ni был распределён в растениях более равномерно , чем Pb. В среднем для четырёх изучаемых сортов , наименьшее содержание Ni было в корневищах и черешках листьев ( соответственно 0,068 и 0,073 мг / кг сух . в - ва ), наибольшее – в плодах (0,150 мг / кг сух . в - ва ) ( табл . 3).

Валовое содержание Ni в почве опытного участка в 1,3…1,7 раз больше , чем Pb, а содержание подвижных соединений в 3 раза больше . При этом все изученные сорта в среднем по растению содержали Ni в 3…6 раз меньше , чем Pb ( Таблицы 2 и 3).

Среди четырёх изучаемых сортов наименьший средний уровень накопления Ni во всех органах был у сорта Рубиновый кулон (0,059 мг / кг сух . в - ва ), наибольший – у сорта Богема (0,129 мг / кг сух . в - ва ) ( Таблица 3). Несмотря на такие различия в среднем уровне накопления элемента , по характеру распределения Ni по органам , эти два сорта можно отнести к типу аккумуляторов – концентрация Ni возрастает в ряду « корни - корневища - листья - плоды ». У обоих сортов концентрация элемента в плодах достоверно выше , чем в корнях .

По - видимому , у растений сорта Рубиновый кулон нет барьеров , препятствующих переносу Ni внутри растения , а невысокий уровень накопления элемента объясняется слабым проникновением его из окружающей среды ( содержание Ni в корнях в 2,7…5,6 раза меньше , чем у других сортов , содержание в листьях – в 3…5 раз меньше ).

В условиях нашего опыта растения сорта Богема отличались наибольшим средним уровнем накопления Ni. В результате интенсивного проникновения Ni в растения и активного переноса элемента в надземные органы , плоды сорта Богема содержали Ni больше, чем плоды других изучаемых сортов.

У сортов Мамочка и Былинная наблюдался иной характер распределения Ni по органам . Сорт Мамочка отличался ярко выраженной фиксацией Ni в корнях ( до 0,169 мг / кг сух . в - ва ). Содержание элемента во всех других органах у этого сорта было заметно ниже , а плоды содержали достоверно меньше Ni, чем плоды Богемы ( табл . 3).

У сорта Былинная распределение Ni в растении было наиболее равномерным по сравнению с другими изучаемыми сортами .

Выводы

Сравнение особенностей накопления Pb и Ni каждым из 4- х изучаемых сортов земляники показало , что :

• -    эффективные барьеры , позволяющие снизить поступление Pb в плоды , имеют сорта Былинная ( накапливает Pb преимущественно в листьях ) и Богема ( поглощает меньше Pb из окружающей среды и удерживает его в корнях );

• -    сорт Мамочка , единственный из 4- х изученных сортов имеет корневой барьер , препятствующий накоплению в плодах Ni; также в условиях повышенного содержания Ni в почве низким поступлением этого элемента из окружающей среды характеризуется Рубиновый кулон .

Благодарности . Работа выполнена при финансовой поддерж ке Российского Фонда Фундаментальных Исследований : проект № 11-0497572 р - центр - а .