Видовая специфика накопления тяжелых металлов лекарственными растениями

Всероссийский журнал научных публикаций, ноябрь 2010

Видовая специфика накопления тяжелых металлов лекарственными растениями

Семенова В.В.

Аспирант Прикаспийского института биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г Махачкала

Изучение накопления тяжелых металлов (ТМ) в растениях важно как для оценки состояния самого растения, так и для биосферы в целом в плане понимания процессов круговорота веществ, а также для научной и практической работы по экологическому мониторингу [2]. Доступность ТМ растениям—не постоянна. Она варьирует от одного вида растений к другому, зависит от почвенных и климатических условий. У каждого вида растений концентрации ТМ могут варьировать в различных частях и органах, а также в зависимости от возраста растений [1].

Имеются исследования по влиянию почвенных факторов на элементный состав некоторых лекарственных растений [3]. В литературе также имеются сведения о том, что химический состав растений зависит от состава почв, на которых произрастают растения, но не повторяет его, так как растения избирательно поглощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями [4].

В условиях Дагестана исследований по содержанию тяжелых металлов в лекарственных растениях ранее не проводилось.

Цель настоящей работы—изучение содержания тяжелых металлов в надземной и подземной фитомас-се лекарственных растений, произрастающих в разных климатических условиях республики Дагестан. В задачи работы входило: установление уровней

накопления ТМ в тысячелистнике обыкновенном (Achillea millefolium L.) и т. таволговом (A. filipendulina Lam.), определение зависимости содержания тяжелых металлов в растениях от содержания их в почвах, влияние почвенных условий (типа почвы, содержания гумуса и рН почвы) на накопление ТМ (Zn, Cu, Ni, Pb) растениями тысячелистника в горных условиях республики Дагестан.

Исследования проводили в 2008—2010 гг. Сбор растительных образцов проходил в период цветения растений. Для определения элементов в надземной массе брали среднюю пробу, после чего растительные образцы разделяли на листья, стебли, корни, соцветия. Пробы почвы брали из зоны расположения корневой системы. Определение элементов в растительных образцах проводилось после сухого озоления с получением солянокислой вытяжки, в почвенных образцах—методом экстракции 1М HCl. Измерение проводилось на полярографе ПУ-1, фотоэлектро-колориметре КФК-2.

В результате наших исследований установлено, что вегетативные и генеративные органы тысячелистника накапливают элементы в разном количестве. Так, например, для тысячелистника таволгового и т. обыкновенного наиболее низкие концентрации меди и свинца обнаружены в стеблях, никеля—в корнях, а цинка в листьях тысячелистника (табл.1). Высокая концентрация цинка (12,8; 9,8 мг/кг) характерна для соцветий обоих видов растений. Максимальное количество свинца у обоих видов (1,40; 1,02 мг/кг) отмечено в листьях, а никеля—в соцветиях тысячелистника обыкновенного (2,18 мг) и листьях т. таволгового (1,70 мг/кг), меди—в корнях (5,41 мг/кг) т. обыкновенного и соцветиях т. таволгового (4,40 мг/кг). Выявлена зависимость содержания тяжелых металлов в надземной части тысячелистника от показателей гумуса и pH почвы (табл. 2). Для одних элементов связь положительная, для других отрицательная.

Таблица 1 Содержание некоторых тяжелых металлов в органах Achillea millefolium L. и A. filipendulina Lam., мг/кг сухого вещества

Части растений Zn Cu Ni Pb

Мср. Lim. Мср. Lim. Мср. Lim. Мср. Lim.

Тысячелистник обыкновенный

листья 7,30 2,2-19,0 3,89 0,01-7,1 1,97 0,01-4,6 1,40 0,24-3,6

стебли 7,75 1,6-17,0 2,49 0,75-4,8 1,70 0,01-6,5 0,31 0,01-0,9

корни 12,67 1,5-27,0 5,41 2,50-11,0 1,67 0,01-5,3 1,03 0,09-3,9

соцветия 12,88 0,4-26,0 4,26 0,70-12,0 2,18 0,01-6,5 0,76 0,01-4,0

Тысячелистник таволговый

листья 3,70 1,8-5,1 4,17 0,10-7,1 1,70 0,33-2,9 1,02 0,74-1,30

стебли 7,50 2,2-13,1 2,46 1,0-3,3 0,70 0,10-1,1 0,36 0,19-0,55

корни 8,00 1,7-12,9 3,50 2,40-5,4 0,70 0,20-1,5 0,45 0,19-0,63

соцветия 9,80 1,1-14,7 4,40 0,30-9,3 1,10 0,10-1,8 0,61 0,37-0,79

Тип почвы. Место отбора Абсол. высота Гумус, % рн Zn Cu Ni Pb

Тысячелистник обыкновенный

Горно-луговая черноземовидная карбонатная глинистая. Левашинский р-он, с.Леваши 1313 2,9 7,6 17,0/10,3 2,80/6,20 0,69/1,20 7,10/0,46

-«—дерновая слабокарбонатная легкосуглинистая. Хунзахский р-он, с. Шотода 1950 12,5 7,1 68,0/12,9 5,10/1,38 0,27/0,05 20,0/0,70

-«—карбонатная глинистая. Акушинский р-он, с. Усиша 1600-1824 5,5 7,1 13,0/12,2 1,40/1,70 1,60/0,23 3,90/0,60

-«—среднесуглинистая на сланцах. Цунтинский р-он, с.Цицимах 2300 7,6 6,6 25,0/19,6 2,80/2,36 0,46/0,59 11,4/1,00

-«—карбонатная среднесуглинистая. Акушинский р-он, Гапшима 1697 5,7 7,3 14,0/7,2 2,10/2,18 1,37/0,31 4,60/0,60

-«—карбонатная глинистая. Гунибский р-он, с. Гуниб 1594 4,8 7,4 21,0/6,5 2,10/2,30 0,46/0,16 9,60/0,59

Тысячелистник таволговый

Горно-каштановая карбонатная среднесуглинистая. Карабудахкентский р-он, с. Губден 606 3,4 7,8 26,0/7,9 1,90/6,56 0,01/1,76 9,30/0,88

Светло-каштановая карбонатная легкосуглинистая. По трассе Махачкала-Манас 29 1,6 7,3 7,1/10,3 0,80/4,03 3,66/1,60 3,40/9,01

Горно-луговая карбонатная среднесуглинистая. Сергокалинский р-он, с. Сергокала 519 5,6 7,6 14,0/2,8 2,10/0,46 1,37/0,12 4,60/0,43

Примечание. Над чертой—содержание подвижных форм элементов в почве (гор. А+В), под чертой—в надземной части растений.

Примечание Мср.—среднее арифметическое, Lim.—пределы колебаний.

Таблица 2. Показатели содержания элементов в надземной части Achillea millefolium L. и A. filipendulina Lam. в зависимости от типа, содержания гумуса и рН почвы, мг/кг

Для однотипных почв—горно-луговых карбонатных глинистых почв с повышением гумуса в почве от 4,8% до 5,5% отмечено снижение меди от 2,3 до 1,70 мг/кг и повышение цинка на 5,7 мг/кг. При этом показатели никеля и свинца в растениях тысячелистника существенно не изменились. Для разных типов почв, резко различающихся по содержанию гумуса (горно-луговые черноземовидные и горно-луговые дерновые), закономерность, отмеченная для однотипных почв, была выявлена только для меди и никеля. Итак, отмечено максимальное содержание в надземной части меди (6,20 мг) и никеля (1,20 мг) при показателе гумуса в почве 2,90%. При высоком содержании гумуса (12,5%) в почве показатели меди и никеля в тысячелистнике составляют соответственно 1,38 и 0,05 мг/ кг сухого вещества. Такое различие, видимо, связано с тем, что тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, и для разных металлов способность эта выражена по-разному. Об этом свидетельствуют также исследования других авторов [4].

В однотипных почвах примерно с одинаковым содержанием гумуса (с. Усиша и с. Гапшима) содержание изученных микроэлементов в растениях тоже различается. Здесь значительную роль играет также по-чвообразующая порода, на которой формируется почва. Так, например, в растениях тысячелистника, произрастающих на горно-луговых среднесуглинистых почвах, сформированных на сланцах (с. Цицимах), содержится значительно больше ТМ, чем в тысячелистнике, произрастающем на таких же почвах, но сформированных на карбонатных породах (с. Гапшима).

Если проанализировать накопление элементов растениями тысячелистника таволгового на разных типах почв с различным содержанием гумуса, то из данных табл. 2 видно, что содержание цинка в растениях, отобранных на светло-каштановых почвах по трассе Махачкала—Манас, превышает (10,3 мг/кг) содержание его в растениях, собранных на горно-луговых карбонатных почвах в районе с. Сергокала (2,8 мг/ кг) в 3 раза. Это связано с очень низким содержанием гумуса в светло-каштановой почве.

Отмечена зависимость содержания некоторых ТМ от pH почвы. Так, например, наибольшая концентрация цинка (19,6 мг/кг) отмечена для надземной части тысячелистника обыкновенного, отобранного в с. Цицимах, при pH 6,6, а при повышенном содержании свинца в почве накопление в растении не наблюдается. Это связано с тем, что цинк при подкислении среды переходит в легкоподвижную форму, а свинец связывается в комплексы.

В надземной части (в частности, в листьях) растений, собранных по трассе Махачкала—Манас, содержание свинца превысило ПДК (ПДК=6 мг/кг по САН ПИН 232.1078-01), когда как в экологически чистых местах показатели его не превышали 1,5 мг/кг.

По результатам исследований можно сделать заключение о том, что уровень содержания Zn, №, Pb в растениях тысячелистника зависит от конкретной почвенно-геохимической обстановки мест произрастания. Порядок убывания содержания их в растении представляется в следующем виде: Zn > ^ > № > Pb.

Выявлена видовая избирательность в накоплении микроэлементов разными частями растений. Один и тот же вид в разных местах произрастания (с различными содержаниями элементов в почвах) довольно значительно различается по содержанию микроэлементов.

Список использованных источников

1. Безуглова О.С. Биогеохимия / О.С. Безуглова, Д.С. Орлов.— Ростов н/Д: «Феникс», 2000.-320 с.

2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б. Ильин.—Новосибирск: Наука,1991.

3. 3. Попов А.И Влияние почвы на элементный состав ДсЫИеа тШеЮИит 1_. //Растительные ресурсы. 1994. Т.30.-С. 108-120.

4. Садовникова Л.К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении; Учеб. пособие / Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская. 3-е изд.., перераб.-М.; Высш. шк.., 2006.-334 с.