Кадмий в растениях прибрежной зоны восточного Прииссыккулья

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

КАДМИЙ В РАСТЕНИЯХ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОГО ПРИИССЫККУЛЬЯ Кенжебаева А.В.

Кенжебаева Айгулъ Викторовна - старший преподаватель, кафедра экологии и защиты окружающей среды, факультет гидромелиорации, экологии и землеустройства, Кыргызский национальный аграрный университет им. К.И. Скрябина, г. Бишкек, Кыргызская Республика

Аннотация: исследовано накопление кадмия в органах доминирующих видов растений прибрежной зоны восточного Прииссыккулъя. Пробоподготовка методом мокрой минерализации, определение элемента проводились в лаборатории биогеохимии и радиоэкологии Института биологии НАН КР (атомно-абсорбционный метод). Установлено неравномерное содержание кадмия в разных органах преобладающих видов растений. В плодах Hippophae turkestanica, Berberis sphaerocarpa и зерне Triticum aestivum L накопление минимальное. В корнях Achillea millefolium L, Poa pratensis L., Berberis sphaerocarpa содержание элемента больше, чем в других органах. Преобладающее поглощение листьями отмечено у Hippophae turkestanica, Artemisia serotina Bunge и Onobrychis arenari. По интенсивности биогенной миграции кадмий отнесен к элементам очень слабого захвата. Концентрации элемента не превышают санитарно гигиенических нормативов (ОДК и МДУ). Ключевые слова: кадмий, растения, органы растений, коэффициент биологического поглощения, коэффициент накопления.

Введение

Кадмий относится к редким рассеянным металлам. Он не является жизненно важным элементом, однако чрезвычайно токсичен для всех живых организмов, обладает кумулятивными свойствами. В организме человека приводит

к острым и хроническим респираторным заболеваниям, почечной дисфункции, злокачественным образованиям, нарушает фосфорно-кальциевый обмен [1, с. 64; 2, с. 9]. Активно поглощается корнями и листьями растений, при этом через листовую поверхность может проникать до 44 и 80% и из почвы - до 70% элемента [3, с. 146: 4, с. 106]. Растения в зависимости от видовой принадлежности, почвенно-ландшафтных условий и других факторов по-разному накапливают элемент в своих органах. Избыток элемента в почвах приводит к задержке роста растений, замедлению их развития, снижению урожайности, повреждению корневой системы, хлорозу с образованием красно-бурой окраски прожилков и краев листьев [5, с. 43]. В растениях прибрежной зоны восточного Прииссыккулья изучен недостаточно. Цель наших исследований - изучение накопления токсиканта в растениях и выявление их загрязнения.

Методы исследований. Полевые исследования проводились летом 2012-2014 гг. На определение кадмия в органах растительных организмов мы отбирали доминирующие виды растений, относящиеся к следующим семействам. Барбарисовые: барбарис разноножковый -Berberis sphaerocarpa. Лоховые: облепиха туркестанская -Hippophae turkestanica. Губоцветные: шалфей пустынный -Salvia deserta Schangin. Сложноцветные: тысячелистник обыкновенный - Achillea millefolium L.; полынь плотная -Artemisia compacta Fish; полынь поздняя - Artemisia serotina Bunge; полынь-эстрагон - Artemisia dracunculus L. Мятликовые: мятлик луговой -Poa pratensis L. Сельскохозяйственные растения: пшеница озимая - Triticum aestivum L. (зерновые), эспарцет песчаный - Onobrychis arenaria (многолетние). Собранные растения высушивали естественным способом. После высушивания, разделяли на органы и упаковывали по отдельности корни, листья, стебли, плоды, цветки, у пшеницы озимой - зерна и солому. Содержание элемента определяли на атомно-абсорбционном спектрометре МГА-915 в лаборатории биогеохимии и

радиоэкологии Института Биологии НАН КР. Пробоподготовка осуществлялась методом мокрой минерализации [6, с. 9]. Как показатель роли органов в накоплении кадмия мы использовали коэффициент накопления (КН), который рассчитывается по формуле: КН = СОРГ./ СОБщ (1), где КН - коэффициент накопления органа растения; СОРГ - концентрация элемента в органе; СОБщ -общее количество элемента в растении [7, с. 71]. КН рассчитывали в процентах. Также нами определялся коэффициент биологического поглощения (коэффициент биологического накопления или растительно-почвенный коэффициент (РПК)) по формуле: АХ = Lx / nx (2), где Lx -концентрация элемента в растении (зола); пХ - содержание элемента в горной породе или почве (валовое) [8, с. 62; 9, с. 29].

Результаты исследований

В отобранных нами растениях минимальная концентрация кадмия составила 0,1405 мкг/г золы в Artemisia serotina Bge, максимальная - 5,225 мкг/г золы в Onobrychis arenaria (Kit.ex Willd) DC . Среднее значение - 1,35 мкг/г золы. В видах семейства сложноцветных отмечены колебания в пределах 0,1405 - 4,12 мкг/г золы. В Hippophae turkestanica разных местообитаний содержание различается 1,9 раз (табл. 1).

Значение коэффициента биологического поглощения кадмия варьирует в широких пределах: от 0,0002 в Artemisia serotina Bge до 0,007 в Onobrychis arenaria (Kit.ex Willd) DC . В Hippophae turkestanica, в зависимости от почвенно-геохимических условий, наблюдались различия в показателе. КБП видов полыни образуют убывающий ряд: Artemisia compacta Fisch.ex.DS (0,005) > Artemisia serotina Bge (0,0002) > Artemisia dracunculus L. (0,0009) (см. табл .1).

Концентрации токсиканта в растениях кормового значения не превышают временных допустимых норм в грубых и сочных кормах [10, с. 1]. В Triticum aestivum L. содержание соответствует гигиеническим требованиям, превышения ДОК для БАДов на растительной основе в лекарственных растениях отсутствуют [11, с. 56, с. 121].

Таблица 1. Содержание кадмия в растениях и его биогеохимические показатели

№ уч Место отбора Растения, органы Cd, мкг/г КБП

1 С. Курменты, 60-65 м от трассы в сторону озера Тысячелистник обыкновенный -Achillea millefolium Ledeb корни 0,359 0,002

стебли 0,140

листья 0,387

цветки 0,172

общее 1,058

Шалфей пустынный - Salvia deserta Schang корни 0,164 0,001

стебли 0,11

листья 0,61

цветки 0,17

общее 1,054

2 С. Курменты, 90 м от трассы в сторону озера Пшеница озимая -Triticum aestivum L. корни 0,15 0,0006

солома 0,12

зерно 0,07

общее 0,34

3 Л. берег реки Тюп, от трассы в 150 м в сторону озера Облепиха туркестанская -Hippophae turkestanicü корни 0,10 0,0007

стебли 0,074

листья 0,187

плоды 0,03

общее 0,391

4 Л. берег реки Джергалан, 150 м от трассы Мятлик луговой -Poa pratensis L. корни 0,67 0,002

листья 0,509

общее 1,18

5 Склад Джергалан, район пристани Пржевальск, 80 м от озера Облепиха туркестанская -Hippophae turkestanicü корни 0,050 0,003

стебли 0,031

листья 0,108

плоды 0,017

общее 0,206

№ уч Место отбора Растения, органы Cd, мкг/г КБП

6 Г. Каракол, л. берег реки Каракол, от озера 1,5 км Полынь плотная -Artemisia compacta Fisch.ex.DS корни 1,275 0,005

стебли 1,518

листья 1,324

общее 4,12

7 С. Кой-Сары, 50 м от озера) Полынь поздняя -Artemisia serotina Bge. корни 0,035 0,0002

стебли 0,0425

листья 0,063

общее 0,1405

8 Пансионат Марко-Поло, 200-250 м от озера Полынь эстрагон -Artemisia dracunculus L. корни 0,21 0,0009

стебли 0,243

листья 0,275

общее 0,73

9 С. Покровка, 50 от трассы Эспарцет Песчаный -Onobrychis arenaria (Kit.ex Willd) DC корни 1,688 0,007

стебли 1,04

листья 2,497

общее 5,225

10 Окраина с. Чичкан, от трассы 200250 м. Барбарис Разноножковый -Berberis heteropoda Schrenk корни 0,181 0,0007

стебли 0,153

листья 0,09

плоды 0,012

общее 0,44

Среднее содержание по растениям 1,35

МДУ, мг/кг 0,300,4

ДОК1 / ДОК2 , мг/кг 0,1 / 1,0

Примечание:

МДУ - временные максимальные допустимые уровни в грубых и сочных кормах.

ДОК1 - Допустимые остаточные количества для зерна продовольственного, в т. ч. пшеница, рожь, тритикале, овес, ячмень, просо, гречиха, кукуруза, сорго.

ДОК - Допустимые остаточные количества для БАДов на растительной основе, в т. ч. цветочная пыльца, сухие (чаи).

Коэффициент накопления (КН). Наиболее высокий КН корней отмечен у Poa pratensis L. (56,7%), почти одинаковые значения у Berberis heteropoda Schrenk и Triticum aestivum L (41,1и 44,1%). Самое низкое значение - у Salvia deserta Schang (15,5%). Среди видов полыни картина следующая: Artemisia compacta Fisch.ex.DS (30,9%), Artemisia dracunculus L. (28,8%), Artemisia serotina Bge. (24,9%). В корнях Hippophae turkestanica, собранной на разных уч., показатель различается в 1раз. Максимальный КН стеблей выявлен у Artemisia compacta Fisch.ex.DS (36,8%), у Berberis heteropoda Schrenk меньше 1 раз. Минимальное накопление стеблями отмечается у Salvia deserta Schang (10,4%). В стеблях Hippophae turkestanica, собранной на разных уч., показатель различается в 1раз. У Artemisia dracunculus L. показатель больше, чем у Artemisia serotina Bge, также в 1 раз. КН листьев у Salvia deserta Schang составил 57,9%. У Hippophae turkestanica на уч. 5 - 52,4%, а на уч. 3 - 47,8%. Самый низкий - у барбариса (20,4%). Почти одинаковые показатели накопления в цветках Achillea millefolium Ledeb и Salvia deserta Schang (16,2 и 16,8%). В плодах Hippophae turkestanica и Berberis heteropoda Schrenk отмечается самое низкое накопление по сравнению с другими органами (рис. 1).

50

40

30

20

10

✓ * V

Яг * V ¿Г Х)е

1 корни ' стебли и листья и цветы и плоды -1 зерно I солома

0

Рис. 1. Коэффициенты накопления кадмия в органах

растений, %

Выводы.

Таким образом, содержание кадмия в растениях колеблется в широких пределах в связи с видовой принадлежностью и ландшафтно-геохимическими

условиями. По степени избирательного поглощения растениями кадмий отнесен к элементам очень слабого захвата. Акропетальный характер накопления наблюдается у Berberís heteropoda Schrenk, базипетальный - у Artemisia serótina Bge и Artemisia dracunculus L. Органы запасания пшеницы озимой наиболее защищены от влияния токсиканта. В плодах лиственных кустарников содержание кадмия минимальное. В Hippophae turkestanica, собранной с разных участков, отмечается уменьшение содержания в следующем порядке: листья - корни - стебли - плоды. Загрязнение растений не выявлено.

Список литературы

1. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв.- М.: Академический проект. Гаудеамус, 2007. 237 с .

2. Щербов Д.П., Матвеец М.А. Аналитическая химия кадмия. М.: Наука, 1973. 254 с.

3. Шихова Н.С. Биогеохимическая оценка состояния городской среды // Экология, март-апрель. М.: Наука. 1997. № 2. С. 146-149.

4. Поляков А.Д., Логуа М.Т. Некоторые тяжелые металлы в компонентах агробиогеоценозов Крапивинского района Кемеровской области // Экологические технологии, 2006. № 3. С. 105-108.

5. Алексеенко В.А. Геоботанические исследования. Учеб. пособие для решения ряда экологических задач и поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Логос, 2012. 244 с.

6. ГОСТ Р 55447-2013. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение содержания кадмия, свинца, мышьяка, ртути, хрома, олова методом атомно-абсорбционной спектрометрии. М.: Стандартинформ, 2014. 14 с.

7. Романькова А.А., Батлуцкая И.В. Содержание кадмия и свинца в высших растениях на территории Красненского района Белгородской области // Научные ведомости. Серия Естественные науки, 2011. № 3 (98). Выпуск 14. С. 68-75.

8. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М. Астрея-2000, 1999. 341 с.

9. Ковалевский А.Л., Ковалевская О.М. Биогеохимия урановых месторождений и методические основы их поисков. Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2010. 356 с.

10. Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках. М., 1987. Приложение 17.

11. СанПиН 2.3.2.1078-01. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-гигиенические правила и нормативы. М., 2001. 231 с.