Исследование биологического накопления микроэлементов растениями, характерных для степной зоны Оренбуржья

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО НАКОПЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ РАСТЕНИЯМИ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ОРЕНБУРЖЬЯ

Ефремов И.В.,

Билалова Р.Ш.,

Савченкова Е.Э.

Почва обладает высокой структурно-организационной способностью, как среда жизни, является связующим звеном в биологическом круговороте веществ. От содержания и поведения микроэлементов в почве во многом зависят урожай сельскохозяйственных культур, его минеральная полноценность и загрязненность, здоровье человека. Из 108 известных в наше время химических элементов в составе живых организмов найдено - 86. Из них, по классификации Ковальского В.В. (1971), 65 участвуют в биологическом обмене. Микроэлементы участвуют в построении живой клетки, а также в сложных процессах обмена веществ, входящих в состав ферментов, витаминов, гормонов, которые являются биологическими катализаторами, регулирующими все процессы, протекающие в живом организме. Количественная потребность живого организма в микроэлементах зависит от содержания их в растениях и воде. В свою очередь, содержание элементов в растениях обуславливается особенностями геохимической зоны, в которой растения произрастают.

Целью исследования является изучение динамики миграции микроэлементов в почвенно-растительных комплексах Оренбуржья.

Выполняемые в последние годы исследования физико-химических свойств почв, привели к накоплению значительного экспериментального материала по содержанию в них тяжелых металлов, пестицидов, биогенных и других соединений. Прогнозирование изменений качественного состава почв, содержания в ней токсичных элементов, представляет собой весьма актуальную и сложную задачу, для решения которой применяют методы математического моделирования.

Рассмотрим систему, состоящую из компонентов: почва, корневая система, надземная часть растений (рис.). Такую систему можно отнести к саморегулирующимся системам, сформированным в процессе эволюции как системы в целом, так и отдельных компонентов. В процессе взаимодействия компонентов системы друг с другом происходит перенос материи и энергии. Определим начальные условия следующим образом:

1) в начальный момент времени в систему введена концентрация загрязняющего вещества С₀;

2) между компонентами системы существует обмен веществом с различными интенсивностями:

- л₁ - интенсивность перехода вещества из почвы в корневую систему;

- л₂ - интенсивность перехода вещества из корневой системы в надземную часть растения;

- л₃ - интенсивность перехода вещества из надземной части растения в почву.

Рисунок - Схема взаимодействия компонентов в системе почва-растение:

В результате теоретического моделирования процессов взаимодействия в данной системе получены соотношения, позволяющие по известным интенсивностям переходов веществ в системе почва-растение определять распределение веществ в подсистемах:

Следует отметить, что интенсивности переходов (л) в данной модели определяются свойствами почв и растений.

Для исследования почвенного покрова Оренбургской области были взяты следующие почвы: чернозем обыкновенный, типичный, южный и почва темно-каштановая не полноценно развитая, которые составляют до 79,7% общих площадей области.

Для анализа растительного покрова степной зоны Оренбуржья были выбраны наиболее характерные виды растений:

- шалфей,

- татарник,

- цикорий,

- полынь обыкновенная,

- тысячелистник,

- одуванчик,

- клевер луговой,

- солодка.

Таблица - Группировка микроэлементов по величине коэффициента биологического накопления, вычисленного для корневой системы растений:

Исследование накопления химических элементов растениями позволяет с одной стороны, определить потребность отдельных видов в них, с другой - величины усвоения элементов различными растениями в значительной мере определяет интенсивность воздействия растений на почву, интенсивность круговорота химических элементов в системе почва-растение. Анализ содержаний микроэлементов в почве и растениях проводили по рассчитанному коэффициенту биологического накопления (КБН). КБН характеризует соотношение между содержанием изучаемого химического элемента в растениях и в почве, рассчитывается по формуле:

Где:

С_р - содержание химического элемента в золе растений;

С_п - валовое содержание элемента в почве в месте произрастания растений.

Расчет КБН показал, что интенсивность поглощения микроэлементов зависит от биофизических свойств растений. Замечено, что шалфей обладает наибольшей интенсивностью накопления Ag, Ba; татарник - Cu, Ga, Mn; цикорий - Zn, Cr; тысячелистник - Pb, Ti, Ba; одуванчик - Cu, Cr, Ga; полынь - Ni , Zn, Ti, V; солодка - Mo; клевер - Mo.

Сравнивая различные элементы по интенсивности биологического накопления растениями на разных типах почв, одни элементы поглощаются более активно, другие менее, на основании рассчитанных КБН построены ряды интенсивности биологического накопления для надземной части растений:

- чернозем южный:

- чернозем типичный:

- чернозем южный:

почва темно-каштановая не полноценно развитая:

Для корневой системой растений:

- чернозем южный:

- чернозем типичный:

- чернозем южный:

- почва темно-каштановая не полноценно развитая:

К наиболее интенсивно поглощаемому элементу относится молибден, а также медь и серебро.

Наиболее низкие коэффициенты биологического накопления у титана и ванадия.

Ковалевский А.Л. (1969) предлагает ряды биологического накопления химических элементов разделить на следующие группы: весьма интенсивного поглощения КБН = 30-300, интенсивного поглощения КБН = 3-30, среднего поглощения КБН = 0,3-3, слабого поглощения КБН = 0,03-0,3 и весьма слабого поглощения КБН 0,03.

Интенсивность биологического круговорота для химических элементов интенсивного и, тем более, для элементов весьма интенсивного накопления растениями может быть значительной, и биогенная миграция может выступать как основной фактор миграции этих химических элементов в ландшафте. Интенсивность биологического круговорота химических элементов слабого и весьма слабого накопления растениями будет незначительной и биогенная миграция их в ландшафте не может быть существенной.

Выводы

Интенсивность биологического накопления микроэлементов растениями зависит от морфологических особенностей растений, а также от физико-химических свойств почв. почва биологический организм

К весьма интенсивно поглощаемым и интенсивно поглощаемым элементам относится серебро и молибден. К весьма слабо поглощаемым элементам относится титан, ванадий и цирконий.

Список использованной литературы

1. Блохин Е.В. Экология почв Оренбургской области: почвенные ресурсы, мониторинг, агроэкологическое районирование. - Екатеринбург: УрО РАН, 1997.

2. Брыткова А.Д. Содержание микроэлементов в почве и растениях Оренбургского Предуралья // Оренбург. Вестник ОГУ. 2003. №1, С.46 - 48.

3. Ковалевский А.Л. Основные закономерности формирования химического состава растений. Биогеохимия растений. Тр. Бурятского института естественных наук, Улан - Удэ, 1969.

4. Ковальский В.В., Раецкая Ю.И., Грачева Т.И. Микроэлементы в растениях и кормах. - М.: Колос, 1971.

5. Котова А.С. Распределение микроэлементов в системе почва-растение долины реки Сакмары (Южный Урал) // Диссертация на соискание уч. степени кандидата биологических наук. - Оренбург, 1971.

6. Янчук Е.Л. Комплексная оценка элементного статуса биогеоценозов в геотехнических системах Южного Урала // Диссертация на соискание уч. степени кандидата технических наук. - Оренбург, 2004.

Размещено на Allbest.ru