Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения

По результатам проведённого исследования следует отметить, что молочайно-пырейно-житняковое сообщество, развивающееся в непосредственной близости к промышленному предприятию и находящееся на территории г. Орска, обладает наибольшей жизнеустойчивостью и высокой адаптивностью к сложившимся техногенным условиям, но при этом баланс гумуса незначителен, а в исследуемых блоках фитоценоза отмечается максимальное содержание ТМ. Грудницево-залесскоковыльное сообщество, расположенное в 30 км от промзоны, обладает также высокой жизнеспособностью и адаптивностью, при этом показатели баланса гумуса имеют наилучшее значение среди исследуемых участков, а в основных блоках этого фитоценоза содержание тяжёлых металлов незначительно.

В растительных сообществах, развивающихся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, наиболее активно накапливаются Мп и №, в меньшей степени Cd, Со и РЬ. Отклонение от ПДК в сторону превышения, увеличивающееся к концу вегетационного периода, отмечено во всех блоках исследуемых сообществ. По мере приближения к промузлу концентрация ТМ увеличивается во всех исследуемых блоках растительных сообществ.

Отмечено сходство показателей содержания ТМ между залесскоковыльно-полынково-типчаковым и молочайно-пырейно-житняковым сообществами,

что связано с приблизительно одинаковым удалением от источника загрязнения, а также залес-скоковыльным и грудницево-залесскоковыльным сообществами, для которых характерно сходство видового состава.

Вывод. Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что фитоце-нозы, развивающиеся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, адаптированы к сложившимся условиям и являются жизнеспособными. Изучаемые растительные сообщества выходят из кризисного состояния путём изменения направленности процессов, с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Чикенёва И.В., Кин Н.О. Динамика растительного покрова развивающегося в условиях воздействия промышленных предприятий (на примере Орско-Новотроицкого промузла Оренбургской области) // Естественные и технические науки. 2007. № 6 (32). С. 77-83.

3. Чикенёва И.В., Кин Н.О., Климентьев А.И. Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 2 (18). С. 217-219.

4. Чикенёва И.В. Агроэкологическая оценка качества почвы, находящейся под техногенным прессом Орско-Новотроицкого промышленного узла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 171-174.

Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения

В.Б. Черняхов, к.г.-м.н., Е.Г. Щеглова, к.б.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Джусинское месторождение расположено к югу от железнодорожной станции Теренсай Адамовского административного района Оренбургской области. Сейчас оно отрабатывается для нужд Гайского ГОКа [1]. Распределение микроэлементов как в почвообра-зующих породах, так и в почвенном покрове участка месторождения изучено достаточно подробно [2, 3].

Материал и методы исследования. Целью данного исследования являлось изучение распределения микроэлементов в дикорастущем травостое участка месторождения.

Задача, поставленная перед исследованием, заключалась в оценке соответствия спектра микроэлементов в растительном покрове спектру микроэлементов в исходном рудном объекте и почвенном субстрате, на котором произрастает эта растительность.

Методика исследования полностью соответствует действующим инструктивным указаниям и описана в ранее опубликованных работах [4, 5].

Результаты исследования. Судя по полученным данным, характер почвенного покрова Джусинского месторождения определяется его положением в зоне южных чернозёмов и наличием крупной водной артерии — р. Джусы, пересекающей участок с северо-востока на юго-запад. Пенепленезиро-ванный характер участка обусловил значительное меандрирование реки и наличие широкой гаммы аллювиальных отложений, свойственных равнинным рекам. К руслу реки с севера близко подступают контуры ортоэлювиальных ландшафтов с резко переменной мощностью эллювиального покрова. В совокупности это определило пестроту почвенного покрова. Последнее усугубляется значительной солонцеватостью и солончаковостью, имеющей сложный генезис. Преобладающая роль принадлежит чернозёмам южным, подчинённая — лугово-болотным разностям. Наиболее эродированной является северо-западная часть участка. Контуры ландшафтов на маломощном элювии (0,2 м) имеют вытянутую форму согласно простиранию пород, наиболее устойчивых к выветриванию. Последние

обрамляются участками с корой выветривания мощностью до 5 м и более. В общей сложности ортоэлювиальные ландшафты охватывают не менее 30% площади рассматриваемого участка.

Как почвообразующие породы, так и сами почвы на участке месторождения характеризуются повышенным содержанием элементов: надруд-ных — Pb, Ag, рудных — Cu, Zn и подрудных — Co, Mo, свойственных соответствующим срезам рудных тел рассматриваемого месторождения.

Расположение рудных тел под перекрывающими экранирующими речными отложениями привело к тому, что значительная часть рудных элементов благодаря сорбции, хемосорбции оказались прочно закреплёнными. В итоге ореолы рудных элементов в почвенном покрове участка оказались маловыразительными, что затруднило обнаружение рудных тел. Исключением является только молибден. Именно по потоку этого элемента и было обнаружено месторождение.

Водораздельные и склоновые части изучаемого участка покрыты разнообразной по видовому составу растительностью — ковыльно-полынно-разнотравными (Stipa capillata, Artemisia austriaca, Festuca ovina, Thymus serpyllum, Diantus campestris, Phlamis tuberosa) ассоциациями. Степень покрытия здесь не превышает 40%. Растения весьма низкорослые.

В пределах контура рудного тела месторождения, несмотря на близость реки, растительность очень плохо развита и представлена преимущественно ковылём (Stipa pennata) и полынью (Artemisia austriaca). Степень покрытия снижается до 20%.

Русло реки покрыто Typha angustifolia, Scirpus lacustris. Свободное пространство реки представлено отдельными блюдцами.

Восточная часть участка — низкая песчанистая терраса, покрытая Stipa pennata, Artemisia austriaca, Festuca ovina, Thymus serpyllum. Растительность низкорослая, выбитая. Степень проектного покрытия — 40%.

На площадках гербаризации растений повышенная минерализация пород палеозоя обусловила превышение над кларками рудных элементов всего рассматриваемого комплекса в почвообразующих породах. Особенно велики оказались превышения по меди и кобальту. В пределах самого рудного поля превышение над кларками ещё более ощутимо, особенно для элементов, свойственных полиметаллическим месторождениям: для свинца превышение достигает 5,5, для цинка — 2,4 и т.д. В почвенном покрове, наследующем состав подстилающих пород, вышеизложенные закономерности сохраняются.

Растительность, наследующая состав питающей среды почвообразующих пород и почвенного покрова, также несёт повышенное относительно кларков содержание меди, цинка, свинца, серебра, молибдена (рис.). В эту группу вошли элементы,

обладающие высокими и средними миграционными способностями, за исключением свинца. Повышенное содержание в растениях последнего следует связать с полиметаллическим составом руд рассматриваемого месторождения. Элементы, завершающие ряды миграции — барий и кобальт, содержатся в растениях в количествах, близких к кларкам.

В условиях рудного поля среднее содержание элементов в растениях относительно кларков составляет: Си — п,0 • 10-3%, в опробованных растениях на участке в контуре рудного тела существенно возрастает - до 24,0 • 10-3%, Zn - n,0 • 10-3% и 60,0 • 10-3%, РЬ - 0,п-10-3% и 6,0 • 10-3%, Ва - 10п • 10-3% и 50-10-3%, Ag - кларк не установлен, в условиях участка - 3,0 • 10-3%, Со - 0,п • 10-3% и 1,5 • 10-3%, Мо - 0,п • 10-3% и 1,3 • 10-3% соответственно.

О распределении рудных элементов в сопряжённых компонентах ландшафта позволяют судить коэффициенты аномальности, рассчитанные по усреднённым данным для площадок опробования (табл.). В почвообразующих породах к элементам, имеющим максимальные коэффициенты аномальности, относятся РЬ и Zn - типоморфные для колчеданно-полиметаллических месторождений.

В почвах над рудными телами накапливаются Мо и Zn, т.е. элементы, обладающие наибольшей проникающей способностью в условиях перекрытых объектов Южного Урала.

В растительности, наоборот, во главе рядов аномальности стоит Ag (Ка=75,0), т.е. элемент, обладающий максимальной миграционной способностью в условиях щелочной среды из рассматриваемого нами комплекса и высокой концентрирующей способностью растений при биологическом поглощении.

В стеблях злаков во главе ряда стоит Мо (Ка= 5,0). При меньшей миграционной способности, чем у Ag, он имеет столь же высокую энергию биологического накопления. Заканчивают ряды Ка Со и Ва — элементы с минимальной миграционной способностью в рассматриваемых условиях. Ряд коэффициентов аномальности для стеблей Artemisia austriaca имеет некоторые особенности, проявляющиеся в повышении Ка у РЬ, обладающего ограниченной миграционной способностью, что обусловлено наличием на месторождении полиметаллических руд.

Ранее при сопоставлении с кларками содержаний элементов в породах и почвах отмечалась близость последних. Об отсутствии разбаланси-ровки в составе и содержании рудных элементов между породами и почвами свидетельствует ряд, построенный по отношениям рудных элементов в них. В корнях растений относительно пород и почв наблюдаются существенные изменения в балансе элементов. В условиях нормального поля в корнях растений накапливается преимущественно Zn, в условиях рудного поля - Ag (Кбп= 15,0), Cu

Рис. - Содержание меди, цинка, свинца, серебра в растительной среде Джусинского колчеданно-полиметал-лического месторождения

(Кбп = 4,6) и ряд других элементов. Наименьшее накопление характерно для Co, как элемента под-рудного среза.

В стеблях относительно пород в условиях рудного поля у Artemisia austriaca Ка Ag достигает 150,0. По-прежнему накапливается Cu, а также Zn. Заканчивает ряды CÜ.

В стеблях относительно корней наблюдается дальнейшее обогащение серебром (для Artemisia austriaca в условиях рудного поля Ка составляет 30).

Ag является базипетальным элементом, что было прослежено и на других объектах территории. К акропетальным элементам относятся Cu, Mo, Co, т.е. элементы средней и низкой миграционной способности в условиях нейтральной среды.

В Artemisia austriaca относительно Stipa lessingiana наиболее высоким коэффициентом аномальности характеризуется Ag - 10,0. Вторым по значимости является Мо. Ка большинства элементов в растениях ниже, чем в остальных сопряжённых средах.

Ряды коэффициентов аномальности рудных элементов в стеблях и корнях растений, почвах и почвообразующих породах Джусинского месторождения

Объект Ряды коэффициентов аномальности

Стебли Stipa lessingiana Artemisia austriaca Mo 5,0 >Ag 3,3 >Cu 2,5 >Pb 1,6 = Ba 1,6 > Co 1,1 >Zn 1,0 Ag 75,0 > Pb 3,0 > Mo 2,7 > Cu 2,5 > Zn 2,4 > Co 1,1 > Ba 1,0

Корни Stipa lessingiana Artemisia austriaca Ag 6,0 > Co 2,0 >Mo 1,8 >Cu 1,6 >Pb 1,0 = Ba 1,0 = Co 1,0 Ag 2,0 = Cu 2,0 > Mo 1,3 >Zn 1,0 = Pb 1,0 = Ba 1,0 = Co 1,0

Почвы Почвообразующие породы Mo 2,0 > Zn 1,7 > Co 1,5 > Cu 1,4 > Pb 1,0 = Ba 1,0 = Ag 1,0 Zn 2,0 >Pb 1,8 >Cu 1,5 >Ba 1,1 = Co 1,1 >Ag 1,0 = Mo 1,0

Это обусловлено экранирующими ландшафтно-геохимичеекими условиями на участке. Несмотря на это, глубоко проникающие корни растений способны поглощать из подпитывающих вод и вмещающих их сред практически беспредельное количество Аё, обусловливая исключительно высокие коэффициенты аномальности этого элемента — до 75 (табл.).

Выводы. Растительный покров, как и почвенный, полностью наследует весь спектр элементов-индикаторов исходных рудных тел и их первичных ореолов.

Полиметаллический состав руд проявился в существенном превышении в растительном покрове РЬ и Zn относительно других элементов.

Элементы, завершающие ряды миграции, содержатся в растениях в пониженных значениях.

Максимальное накопление в растительном покрове участка характерно для Ag, как и на других

месторождениях изучаемой территории.

Литература

1. Гайский ГОК. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2004. 148 с.

2. Черняхов В.Б. Минералого-геохимическая характеристика коры выветривания на Джусинском колчеданно-полиметаллическом месторождении / В.Б. Черняхов, И.В. Ку-делина, М.В. Фатюнина, Т.В. Леонтьева // Университетский комплекс, как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2013. С. 892—899.

3. Черняхов В.Б., Куделина И.В. Экологически опасные элементы в почвенном покрове Джусинского месторождения // Многопрофильный университет как региональный центр образования и науки. Оренбург: ОГУ, 2009.

4. Инструкция по геохимическим методам. М.: Недра, 1983. 132 с.

5. Черняхов В.Б., Щеглова Е.Г. Основные параметры распределения меди в растительном покрове Яман-Касинского мед-ноколчеданного месторождения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 3 (59). С. 167—171.

Влияние тяжёлых металлов на активность

каталазы разных типов почв

ЕИ. Новосёлова, д.б.н., профессор, О.О. Волкова, аспирантка, ФГБОУ ВО Башкирский ГУ

В результате губительного антропогенного воздействия на почвенный покров из года в год неуклонно уменьшается общая площадь возделываемых земельных ресурсов [1], что не может не сказаться на ухудшении продовольственного обеспечения населения Земли. Являясь важнейшим биогеохимическим барьером, почва подвергается негативным воздействиям тяжёлых металлов (ТМ), попадающих в неё в результате деятельности промышленных предприятий, работы автотранспорта, поступления коммунальных стоков. На сегодняшний день ТМ занимают ведущие позиции по масштабам загрязнения почв, следствием которого является нарушение их плодородия [2]. В его формирование важный вклад вносят почвенные ферменты, участвующие в процессах трансформации органических веществ в почве и обеспечении живых организмов доступными элементами питания [3].

Как известно, разные типы почв по-разному реагируют на загрязнение [2, 4]. Высокие буферные свойства определяют их лучшую устойчивость на воздействие поллютантов [5].

Материал и методы исследования. В лабораторных условиях в модельном опыте изучали влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительного фермента каталазы аллювиально-луговой насыщенной среднесуглинистой почвы (гумус — 6,9%; рННг0 6,5) и чернозёма обыкновенного среднесуглинистого (гумус — 8,6%; рННг0 7,8) в годовой динамике.

Почву предварительно очистили от механических примесей, просеяли через сито (3 мм) и увлажнили до 60% от полной влагоёмкости. Свинец и кадмий вносили в виде растворённых в воде солей (РЬ(СН3СОО)2  3Н20), Cd(CH3COO)2  2Н20) в дозах 5, 10, 20 и 40 мг/кг почвы. Активность каталазы определяли по методу А.Ш. Галстяна (1965) описанному Ф.Х. Хазиевым (2005) через 3, 90, 180 и 360 суток с начала эксперимента.

Результаты исследования. Каталаза играет важную роль в процессах нейтрализации токсичной для почвенных живых организмов перекиси водорода, которая поступает в почву в результате их высокой физиологической активности в период благоприятных условий жизнедеятельности. Наличие в почве ТМ может влиять на интенсивность выделения ими перекиси водорода.