Токсичное действие тяжелых металлов на морковь (Daucus carota I. ) сорта Марлинка

УДК 315.322:581.192+630.86 (571.5) И.С. Коротченко, Г.Г. Первышина

ТОКСИЧНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРКОВЬ

СОРТА МАРЛИНКА

Изучено токсичное действие возрастающих концентраций (1-5ПДК) солей свинца, меди и кадмия на развитие моркови (Daucus carota L.) сорта Марлинка в течение вегетационного периода. Показано, что угнетение роста растений во всех вариантах особенно сильно проявилось в начале вегетации, с развитием корневой системы. К концу вегетационного периода развития растений разница нивелируется в связи со снижением подвижности внесенных в почву свинца, меди и кадмия.

Ключевые слова: морковь, тяжелые металлы, фитотоксичность, урожайность.

I.S. Korotchenko, G.G. Pervyshina HEAVY METALS TOXIC EFFECT ON CARROT (DAUCUS CAROTA L.) OF MARLINKA SORT

The toxic effect of increasing concentrations of lead, copper and cadmium salts on the carrot (Daucus carota L.) Marlinka sort development during the vegetative period is studied. It is shown that the plant growth oppression in all variants is revealed especially noticeably in the beginning of the vegetative period, with the rootage development. By the end of the plant development vegetative period, the difference smooths over because of mobility decrease of lead, cooper and cadmium introduced into the soil.

Key words: carrots, heavy metals, phytotoxicity, productivity.

Известно, что почвы сельских поселений и сельскохозяйственных угодий некоторых регионов страны по содержанию потенциально опасных для человека и растений химических и биологических веществ, биологических и микробиологических организмов на разных глубинах, а также по уровню радиационного фона не всегда отвечают требованиям санитарных нормативов [2].

По степени отрицательного воздействия на почву, растения, животных химические элементы подразделены на три класса опасности. К первому классу (высоко опасные) относят мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, 3,4-бенза(а)пирен. Ко второму классу (умеренно опасное) принадлежат следующие элементы: бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма и хром. И к последнему (малоопасному) классу - барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон. К сожалению, в этой градации отсутствует большая часть токсических органических соединений (СанПиН 2.1.7.1287-83).

Влияние повышенных содержаний перечисленных выше компонентов (в т.ч. и так называемые тяжелые металлы) прежде всего сказывается на биоте почв, так как в самой «горячей части земли» в зоне аэрации в результате взаимосвязи поверхностных и атмосферных явлений с подземными складываются условия, определяющие жизнедеятельность растений; инфильтрационные потери при орошении, осушении и питании грунтовых вод; подтопление и засоление земель; бактериологическое и химическое загрязнение; тепловой режим почв и, наконец, экологическое равновесие минеральных веществ и живых организмов.

При попадании тяжелых металлов в почву происходит трансформация их первичных форм, вертикальное и горизонтальное перераспределение, то есть начинается миграция. Способность металлов к миграции приводит к более быстрому поступлению к корневищам растений, попадая тем самым в пищевую цепочку почва - растение - животное - человек.

Развитие и функционирование промышленности, энергетики, коммунальных служб, транспорта на территории городов негативно сказываются на их экологическом состоянии. Среди большинства элементов и веществ, загрязняющих окружающую среду, в силу высокой потенциальной опасности особое место принадлежит тяжелым металлам. Эти химические элементы, накапливаясь в организме человека, оказывают токсичное действие на его здоровье и могут привести даже к мутагенному и канцерогенному эффекту [4].

Город Красноярск является одним из крупных индустриальных центров Сибири, в атмосферу которого выбрасываются значительные количества загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Поступая в атмосферу, они постепенно оседают на поверхности земли и депонируются в основном в верхней части почвенного покрова. Возникает угроза ухудшения агроэкологического состояния почв, что необходимо учитывать, поскольку значительные площади пригорода г. Красноярска заняты садово-дачными кооперативами

и приусадебными участками, на которых население выращивает для питания сельскохозяйственные культуры, преимущественно картофель и овощи.

Цель нашей работы - оценить уровень фитотоксичности кадмия, меди, свинца по более наглядному признаку - росту на примере моркови (Daucus carota L.) сорта Марлинка [1]. Данный сорт включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Оригинаторы ГНУ ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия.

Характеристика сорта. Розетка листьев прямостоячая. Лист средний до длинного, среднерассеченый, зеленый до темно-зеленого. Листовые доли ланцетные. Корнеплод конический, тупоконечный, с плоскими плечиками, оранжевый, с гладкой поверхностью. Головка среднего размера. Кора и сердцевина оранжевые. Корнеплод на уровне или слабо выступает над поверхностью почвы. Мякоть нежная, сочная. Масса корнеплода 91-174 г. Вкусовые качества хорошие. Содержание сухого вещества 11,9%, общего сахара 7,1%, каротина

12.8 мг на 100 г сырого вещества.

Исследования проведены на опытном поле в с. Зыково (Березовский район Красноярского края). Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным. Предшественник - капуста. Обработка почвы осуществлялась только поверхностная, без основной глубокой вспашки или рыхления.

Поведение тяжелых металлов в системе почва-растение изучали в микрополевом опыте с возрастающими концентрациями (1-5 ПДК) тяжелых металлов (медь, кадмий, свинец). Площадь делянки - 0,3 м2. Почву весом в 10 кг помещали в полиэтиленовые сосуды без дна (диаметр - 20, высота - 30 см), которые зарывали в траншеи.

Тяжелые металлы вносились в 0-20 см слой почвы в виде хорошо растворимых солей: CuS0^5H20, (CH3COO)2Pb, 3CdSO4^H20, из расчета сульфата меди CuS0^5H20 (58 мг/кг - 1 ПДК; 116 мг/кг - 2ПДК; 174 мг/кг - 3ПДК; 232 мг/кг - 4ПДК; 290 мг/кг - 5ПДК), ацетата свинца - (CH3COO)2Pb (18,3 мг/кг - 1 ПДК; 36,6 мг/кг - 2ПДК;

54.9 мг/кг - 3ПДК; 73,2 мг/кг - 4ПДК; 91,5 мг/кг - 5ПДК), сульфата кадмия 3CdSO4^H20 (7,5 мг/кг - 1 ПДК; 15 мг/кг -2ПДК; 22,5 мг/кг - 3ПДК; 30 мг/кг - 4ПДК; 37,5 мг/кг - 5ПДК). Расчет концентраций проводили согласно данным ПДК [5]. После внесения свинца почва инкубировалась в течение 7 дней.

Статистическую обработку проводили по Доспехову [3] с использованием программы Microsoft Excel (2007).

Посев производился вручную, технология возделывания проводилась согласно рекомендациям [7]. Вся площадь, отведенная под морковь, была засеяна 18 мая. Первые всходы появились 10 июня.

В течение всего вегетационного периода проводились наблюдения за развитием растений. Было взято 3 пробы через 30 дней (10 июля), 60 дней (9 августа) и 90 дней (8 сентября). Для измерений бралось произвольно по 20 растений с опытной делянки. Измерялись длина всего растения, длина корнеплода, масса корнеплода. Средние значения результатов наблюдений представлены в таблицах (табл. 1-6). Опытный участок убран 1112 сентября.

Были получены следующие результаты. Угнетение роста растений во всех вариантах особенно сильно проявилось в начале вегетации, с развитием корневой системы (табл. 1,3,5). К концу вегетационного периода разница в высоте растений была менее заметна в связи со снижением подвижности внесенных в почву свинца, меди и кадмия.

Таблица 1

Влияние возрастающих доз соли свинца на высоту растений моркови

Концентрация соли Pb, мг/10 кг почвы Срок вегетации, дней

30 60 90

Lcped. растения, см % от контроля Lcped. растения, см % от контроля Lcped. растения, см % от контроля

0 (контроль) 5,1 - 17,5 - 53,0 -

183 4,8 94 15,8 90 52,3 98

366 4,3 84 14,7 84 51,8 97

549 4,2 82 13,9 79 50,5 95

732 3,7 72 12,8 73 49,3 93

915 3,5 68 11,7 67 48,8 92

Таблица 2

Влияние возрастающих доз соли свинца на урожайность моркови

Концентрация соли Pb, мг/10 кг почвы г/делянку % от контроля

0 (контроль) 771 -

183 685 89

366 580 75

549 577 74

732 230 30

915 100 13

Урожайность моркови также сильно снижалась по мере возрастания концентрации свинца, меди, кадмия в почве (табл. 2,4,6). Фитотоксичность Pb (снижение урожайности культуры на 10 % и более) по отношению к моркови установлена при концентрации его в опытной почве более 36,6 мг/кг и выше. При максимальной дозе свинца (91,5 мг/кг) урожай снизился почти на 80%. Из фенотипических изменений визуально было отмечено снижение диаметра корнеплодов и увеличение их длины при концентрации соли ^ 2320 и 2900 мг/10 кг почвы. Возможно, в этом случае одним из способов защиты моркови от неблагоприятного влияния свинца являлся вынос корневой массы в нижележащие, менее затронутые загрязнением слои почвы.

Таблица 3

Влияние возрастающих доз соли меди на высоту растений моркови

Концентрация соли ^, мг/10 кг почвы Срок вегетации, дней

30 60 90

Lсред. растения, см % от контроля Lсред. растения, см % от контроля Lсред. растения, см % от контроля

0 (Контроль) 5,1 - 17,5 - 53,0 -

580 4,3 84 16,8 96 52,9 99

1160 3,6 70 14,9 85 51,6 97

1740 3,2 63 14,4 82 51,2 96

2320 2,9 57 13,8 79 50,3 95

2900 2,8 55 12,3 70 49,8 94

Таблица 4

Влияние возрастающих доз соли меди на урожайность моркови

Концентрация соли ^, мг/10 кг почвы г/делянку % от контроля

0 (контроль) 771 -

580 722 94

1160 655 85

1740 640 83

2320 610 79

2900 580 75

Таблица 5

Влияние возрастающих доз соли кадмия на высоту растений моркови

Концентрация соли Cd, мг/10 кг почвы Срок вегетации, дней

30 60 90

Lсред. растения, см % от контроля Lсред. растения, см % от контроля Lсред. растения, см % от контроля

0 (контроль) 5,1 - 17,5 - 53,0 -

75 4,3 84 15,7 88 52,1 98

150 3,9 76 14,5 83 51,5 97

225 3,2 63 13,7 78 50,1 94

300 2,9 57 12,6 72 48,2 91

375 2,5 49 11,5 66 47,8 90

Таблица 6

Влияние возрастающих доз соли кадмия на урожайность моркови

Концентрация соли Cd, мг/10 кг почвы г/делянку % от контроля

0 (контроль) 771 -

75 430 58

150 400 52

225 395 51

300 395 51

375 250 32

Фитотоксичность Cu (снижение урожайности культуры на 10 % и более) по отношению к моркови установлена при концентрации его в опытной почве более 116 мг/кг и выше. При максимальной дозе свинца (290 мг/кг) урожай снизился почти на 25%.

Фитотоксичность Cd (снижение урожайности культуры на 10 % и более) по отношению к моркови установлена при концентрации его в опытной почве более 7,5 мг/кг. При максимальной дозе свинца (37,5 мг/кг) урожай снизился почти на 70%.

Таким образом, в наших исследованиях установлена высокая степень воздействия на рост, развитие и урожайность моркови повышенного содержания тяжелых металлов в почве.

Литература

1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат,1987. - 142с.

2. Большаков В.А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. - М.: Наука, 1978. - 52 с.

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1973.

4. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1991. - 151 с.

5. Химическое загрязнение почв и их охрана: сл.-справ. / Д.С. Орлов [и др.]. - М.: Агропромиздат, 1991. -303 с.

6. СанПиН 2.1.7.1287-83. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. - М., 1983.

7. Фирсов, И.П., Соловьев, А.М., Трифонова М.Ф. Технология растениводства. - М.: КолосС, 2006. - 472 с.

---------♦'----------