Ляшенко Г.М. Загрязнение почв и растений свинцом в придорожных агроценозах чернозема обыкновенного приазовской зоны ростовской области

Подождите немного. Документ загружается.

с большим содержанием его в зерне. Чем больше урожайность, тем выше

вынос свинца. Такие же закономерности отмечены при выносе свинца с

соломой и корнями.

Процесс поглощения свинца при почвенном загрязнении надземной

массой и корнями представлен в таблице 14. Самый большой вынос свинца

надземной частью растений у сорта Прерия при дозе Pb 100, 200, 500 мг/кг

почвы.

Таблица 14 - Поглощение свинца при почвенном загрязнении надземной

массой и корнями, %

Сорт Доза

Среднее за 2

года, г/га

Увеличение

выноса Pb

по

сравнению

контролем,

Усвоени

растения

ми

внесенн

ого в

почву

Pb, %

Увеличение

поглощения

корнями Pb

по

сравнению

контролем,

Поглощ

ение

корнями

Pb, %

Общий

вынос

Остаток

в почве

корням

Одесский 100

100 29,8 43,9 23,3 0,008 28,8 0,01

200 39,9 57,3 33,4 0,006 42,2 0,007

300 36,3 68,5 29,8 0,003 53,4 0,006

500 13,8 22,7 7,3 0,0005 7,6 0,0005

0 6,5 15,1 - - - -

Прерия

100 34,4 51 27,2 0,009 33,6 0,011

200 51,1 75,4 43,9 0,007 58 0,01

300 35,8 67,2 28,6 0,003 49,8 0,006

500 18,6 30,7 11,4 0,0008 13,3 0,001

0 7,2 17,4 - - - -

Задонский 8

100 25,8 37,1 19,7 0,007 23 0,008

200 37,3 53 31,2 0,005 38,9 0,006

300 32,8 60,5 26,7 0,003 46,4 0,005

500 10,7 17,3 4,6 0,0003 3,2 0,0002

0 6,1 14,1 - - - -

При дозе Pb 300 происходит снижение данного показателя у сорта

Прерия и наибольшее значение отмечено у сорта Одесский 100. Тоже

наблюдается и с корневой системой.

При почвенном загрязнении процент поглощения свинца надземной

массой незначителен, колеблется от 0,0003 % (доза Pb 500, сорт Задонский 8

- минимальный) до 0,009 % (доза Pb 100, сорт Прерия - максимальный).

Процент поглощения свинца корнями от 0,0002 (доза Pb 500, сорт Задонский

8 - минимальный) до 0,011% (доза Pb 100, сорт Прерия - максимальный). В

среднем по ячменю с увеличением дозы загрязнения происходит снижение %

усвоения растениями внесенного в почву свинца (рис. 19).

0,008

0,006

0,003

0,00053

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

100 200 300 500

Доза внесенного свинца, мг/кг почвы

% усвоения свинца, %

% усвоения растениями внесенного в почву свинца, %

Рис. 19. Усвоение растениями внесенного в почву Pb в среднем по 3

сортам ярового ячменя, %

Таким образом, свинец накапливался преимущественно в вегетативной

и корневой частях растений, а не в воспроизводящих, за счет защитных

барьеров на границах корень-стебель и стебель-плод. Высота барьера

(отношение содержания свинца в стеблях к содержанию в зернах) сортов

ячменя в первый год до дозы загрязнения Pb 200 постепенно возрастает, а

при дозе Pb 300, 500 постепенно уменьшается. Во второй год тенденция

сохраняется с незначительным снижением высоты барьера относительно

первого года исследований (Pb 100-300) а, при дозе Pb 500 происходит

незначительное увеличение. При последействии загрязнения свинцом

происходило постепенное снижение количества поллютанта в растениях.

Общая направленность в накоплении свинца в органах растений

сохранилась, однако увеличились различия между сортами в накоплении

элемента. Поглощение свинца надземной массой и корнями незначительно,

процесс загрязнения протекает быстрее, чем возможный вынос загрязнителя

с вегетативной массой растений. Наиболее устойчивым к почвенному

загрязнению оказался сорт Прерия. Обладая более урожайными

показателями смог противостоять чрезмерному накоплению свинца. Сильнее

накапливался свинец в растительной массе сорта Задонский 8.

4.3. Биометрические параметры растений в зависимости от уровня

загрязненности свинцом при почвенном загрязнении

Поступление свинца в растения является важным процессом, как в

биогеохимическом круговороте этих элементов, так и при прохождении его

по пищевым цепям. Накопление свинца в организме человека

осуществляется при приеме пищи, воды и воздуха.

Накопление Pb выше определенного порогового уровня вызывает

серьезные нарушения процесса обмена веществ и приводит к заметному

снижению урожая и качества продукции. Токсичность свинца проявляется

путем ингибирования активности ферментов, главным образом щелочной

фосфотазы, каталазы, оксидазы, рибонуклеазы, нитратредуктазы (Алексеев

Ю.В., 1987; Черных Н.А., 1995, 2001).

Свинец ингибирует поступление не только фосфора, но и калия,

снижает поступление основных элементов питания из корней в проростки.

Выявлен антагонизм свинца и серы, свинца и кальция.

Давно известно, что между содержанием химических элементов,

точнее их подвижной формы, в почве и в произрастающей на ней

растительности существует положительная корреляционная связь, которая

свидетельствует о реакции растений на геохимическую среду (Ильин В.Б.,

1979). Вместе с тем бесспорно и то, что элементный химический состав

растений обладает упорядоченностью и стабильностью и как важный

наследственный признак тщательно сохраняется ими.

Влияние избытка поллютанта на растения (фитотоксичность)

проявляется за счет снижения количества сухой массы урожая и ухудшения

ряда параметров качества продукции (Минеев В.Г., 1984).

В модельном опыте, изучая влияние различных концентраций Pb в

почве на растения, нами установлено отрицательное воздействие ТМ на

элементы структуры урожая, однако по каждому сорту они различаются.

Урожайность зависит от числа продуктивных стеблей, числа зерен в

колосе и их массы. С увеличением дозы свинца, данные показатели

уменьшались, в результате чего происходило снижение продуктивности

ярового ячменя (таблица 15).

По результатам первого года исследований выявлено, что с

увеличением концентрации свинца происходит значительное снижение

урожайности выращиваемых сортов ячменя. Так с ростом дозы загрязнителя

урожайность по отношению к контролю снизилась в 2,6-28 раз после первого

года и 2,3-23,4 раза после второго года исследований. При внесении в почву

500 мг/кг свинца наибольшее снижение урожая отмечено у сорта Задонский 8

оно составило 35,6 раза.

Наименее продуктивным являлся сорт Задонский 8, биологическая

Таблица 15 - Элементы структуры урожая сортов ярового ячменя при почвенном загрязнении (1 год)

Сорт

Доза

свинц

а,

мг/кг

Общая

кустис

тость

Продук

тивная

кустист

ость

Число

продукти

вных

стеблей,

шт./сосуд

Высота

растен

ий, см

Число

зерен в

колосе,

шт.

Количеств

о зерен с 1

сосуда, г

Масса

зерна с

сосуда,

Масса зерна с

продуктивн

ого стебля,

Масса

1000

зерен, г

Биологич

еская

урожайно

сть, г/м

Одесский 100

100

3,5 1,30 19,50 63,5 11,2 218,4 7,43 0,381 34,0 222,9

200

4,0 0,92 13,75 57,4 9,93 136,5 4,37 0,318 32,0 131,1

300

5,0 0,83 12,50 48,5 7,6 95,0 2,85 0,228 30,0 85,5

500

2,0 0,67 10,0 33,1 4,25 42,5 0,72 0,072 16,9 21,6

3,0 1,85 27,75 67,7 17,5 485,6 18,95 0,683 39,0 568,5

Прерия

100

3,75 1,55 23,25 61,5 12,0 279,0 9,77 0,42 35,0 293,1

200

4,5 1,10 16,50 55,4 10,9 179,9 5,94 0,36 33,0 178,2

300

5,75 0,90 13,50 45,7 8,1 109,4 3,17 0,235 28,9 95,1

500

2,25 0,70 10,50 32,4 5,5 57,8 0,98 0,093 17,0 29,4

3,5 1,95 29,25 63,7 18,6 544,1 21,76 0,744 40,0 652,8

Задонский 8

100

3,0 1,10 16,50 56,3 10,5 173,3 5,89 0,357 34,0 176,7

200

3,5 0,88 13,25 49,6 9,45 125,2 4,05 0,306 32,3 121,5

300

4,25 0,77 11,50 42,9 7,40 85,1 2,58 0,224 30,3 77,4

500

1,75 0,50 7,50 29,8 3,80 28,5 0,49 0,065 17,2 14,7

2,7 1,80 27,00 60,0 17,00 459,0 17,44 0,646 38,0 523,2

урожайность его уменьшилась с 176,7 г/м

при загрязнении Pb 100 до 14,7 г/

- при Pb 500, что на 66% и 200% соответственно ниже сорта Прерия. При

дозе загрязнения Pb 500 мг/кг сорт Одесский 100 и Прерия в 1,3-1,8 раза

были более продуктивны, чем сорт Задонский 8.

Несмотря на укоренившееся представление о безусловной токсичности

свинца, он способен оказывать стимулирующее действие на рост и развитие

растений. Так после внесения Pb 100 – 300 (первый год - действие)

произошло увеличение общей кустистости по отношению к контролю в

среднем на 11,6 – 62,8 %. В тоже время загрязнение свинцом в концентрации

500 мг/кг почвы вызвало угнетение роста растений, которое привело к

снижению общей кустистости на 34,7%.

Среди испытываемых сортов ячменя растения сорта Одесский 100

являются высокорослыми на всех этапах загрязнения, а сорта Задонский 8

низкорослыми, что может быть обусловлено сортовым признаком и

сопротивляемостью растений неблагоприятному фактору загрязнения.

По данным второго года исследований (таблица 16) из-за меньшей

доступности свинца для растений произошло увеличение показателей

элементов структуры урожая, исключение составляет общая кустистость,

которая снизилась по отношению к данным второго года исследований,

однако общие тенденции сохранились. Так у сорта Прерия при загрязнении

Pb 200 увеличилось число продуктивных стеблей (на 3 шт/сосуд),

продуктивная кустистость (на 0,2), зерен в колосе (на 0,7 шт.) и масса зерна с

сосуда (на 1,6 г). В связи с этим произошло увеличение урожайности на 27%

по отношению к первому году. У сортов Одесский 100 и Задонский 8

повышение урожайности в сравнении с первым годом составило 11,9 и 8,4%

соответственно.

Сравнивая, два года исследований мы видим, что при внесении свинца

в дозе Pb 200 и Pb 300 сорта Прерия и Одесский 100 по отношению к

Задонский 8 увеличили различия по урожайности на 25,1 и 4,9; 3,5 и 7,3%

соответственно. При внесении Pb 500 отмечается снижение различий в

урожайности

Таблица 16 - Элементы структуры урожая сортов ярового ячменя при почвенном загрязнении (2 год)

Сорт

Доза

свинца,

мг/кг

Общая

кустис

тость

Продукти

вная

кустистос

ть

Число

продукти

вных

стеблей,

шт./сосуд

Высота

растений

, см

Число

зерен в

колосе,

шт.

Количест

во зерен с

1 сосуда,

Масса

зерна с

сосуда,

Масса

зерна с 1

продукти

вного

стебля, г

Масса

1000

зерен, г

Биологич

еская

урожайно

сть, г/м

Одесский 100

100

3,0 1,40 21,00 65,7 12,0 252,0 8,62 0,41 34,2 258,6

200

3,8 0,97 14,50 61,4 10,5 152,3 4,89 0,337 32,1 146,7

300

4,5 0,88 13,25 50,6 8,1 107,3 3,31 0,250 30,8 99,3

500

1,5 0,7 10,50 36,2 4,5 47,3 0,85 0,081 18,0 25,5

2,8 1,87 28,00 69,5 18,3 512,4 19,99 0,714 39,0 599,7

Прерия

100

3,5 1,62 24,25 63,3 13,1 317,7 11,14 0,459 35,1 334,2

200

4,0 1,30 19,50 59,4 11,6 226,2 7,54 0,387 33,3 226,2

300

5,0 0,98 14,75 48,3 8,3 122,4 3,59 0,243 29,3 107,7

500

1,75 0,75 11,25 35,1 5,7 64,1 1,13 0,100 17,6 33,9

3,25 2,00 30,00 65,0 19,4 582,0 23,28 0,776 40,0 698,4

Задонский 8

100

2,75 1,30 19,50 59,0 11,30 220,4 7,51 0,385 34,1 225,3

200

3,0 0,90 13,50 53,6 10,10 136,4 4,39 0,325 32,2 131,7

300

4,0 0,80 12,00 45,5 7,70 92,4 2,81 0,234 30,4 84,3

500

1,5 0,63 9,50 32,2 4,00 38,0 0,71 0,075 18,7 21,3

2,5 1,83 27,5 63,0 17,70 486,8 18,51 0,673 38,0 555,3

между сортами, так у сорта Одесский 100 этот показатель снизился на 27,2%;

Прерия - 40,8 %.

Отрицательное воздействие ТМ может объясняться не только в

непосредственном ингибировании жизнедеятельности клетки, но и быть

результатом антагонистических отношениях ионов ТМ с ионами других

элементов. Это может проявляться, например, в антагонистических

отношениях ионов свинца с ионами кальция и образовании

труднорастворимых соединений с анионами PO

на самом первом этапе

поступления их в корневую систему, что обуславливает дефицит кальция и

фосфора в начальные фазы развития растения (Гармаш Г.А., 1987).Данные

изменения способствуют дальнейшему нарушению элементного состава в

растительных тканях и процессов метаболизма. Каждый сорт в отдельности

имеет свои генетические особенности, которые при загрязнении

поллютантом либо сильнее проявляются, либо вообще исчезают.

В таблице 17 представлены элементы структуры урожая в среднем за 2

года исследований. Наилучшие показателями продуктивности отмечены у

сорта Прерия, только лишь при дозе Pb300 и Pb 500 мг/кг почвы масса 1000

зерен максимальна у сортов Одесский 100 и Задонский 8 соответственно.

Сорта между собой имеют существенные различия F

(приложение 18). Величина ошибки в опыте в пределах допустимого (S

% от 0,7 до 4,9 %). Это позволяет заключить, что сорт ячменя Прерия более

устойчив к накоплению токсиканта и формирует более высокую

продуктивность на загрязненном фоне.

Биологическая урожайность в среднем по 3 сортам за годы

исследований с увеличением дозы загрязнения снижается (рис. 20).

Таким образом, с увеличением степени загрязнения почвы свинцом у

растений ячменя снизились почти все показатели элементов структуры

урожая за исключением общей кустистости. По отношению к контролю до

дозы внесения свинца 300 мг/кг общая кустистость увеличивалась, а при Pb

500 мг/кг резко снизилась. Сорт Прерия оказался наиболее устойчивым к

свинцовому загрязнению на всех вариантах опыта. В наибольшей степени

подвержен негативному влиянию загрязнителя сорт Задонский 8, он имел

наименьшие показатели продуктивности. За годы исследований сорт

Одесский 100 имел большую высоту по всем вариантам загрязнения

свинцом, а Задонский 8 оказался низкорослым.

Таблица 17 - Элементы структуры урожая сортов ярового ячменя в среднем

за 2 года при почвенном загрязнении

Сорт

Доза

свинца

, мг/кг

Продукт

ивная

кустисто

сть

Высота

растени

й, см

Число

зерен в

колосе

, шт.

Масса

зерна с 1

продукт

ивного

стебля, г

Масса

1000

зерен, г

Биологи

ческая

урожайн

ость, г/

Одесский 100

100 1,35 64,6 11,6 0,3955 34,1 240,75

200 0,945 59,4 10,215 0,3275 32,05 138,9

300 0,855 49,55 7,85 0,239 30,4 92,4

500 0,685 34,65 4,375 0,0765 17,45 23,55

0 1,86 68,6 17,9 0,6985 39 584,1

Прерия

100 1,585 62,4 12,55 0,4395 35,05 313,65

200 1,2 57,4 11,25 0,3735 33,15 202,2

300 0,94 47 8,2 0,239 29,1 101,4

500 0,725 33,75 5,6 0,0965 17,3 31,65

1,975 64,35 19 0,76 40 675,6

Задонский 8

100 1,2 57,65 10,9 0,371 34,05 201

200 0,89 51,6 9,775 0,3155 32,25 126,6

300 0,785 44,2 7,55 0,229 30,35 80,85

500 0,565 31 3,9 0,07 17,95 18

0 1,815 61,5 17,35 0,6595 38 539,25

100