Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВ МИХАИЛ НИКОЛАЕВИЧ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ФИТОЦЕНОЗОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ РОССИИ
03.00.16 - Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Брянск - 2009
Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур Российской Академии сельскохозяйственных наук
Научный консультант:
Заслуженный деятель науки Российской
Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
обков Василий Тихонович
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Васильев Михаил Емельянович
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Стифеев Анатолий Иванович
доктор биологических наук, профессор
Иванов Валерий Павлович
Ведущая организация: ФГОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет им. К. Д. Глинки
Защита состоится л29 октября 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.005.01 при ФГОУ ВПО Брянская государственная сельскохозяйственная академия по адресу: 243365 с. Кокино Выгоничского района Брянской области.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной сельскохозяйственной академии.
Автореферат разослан л.......... ............................ 2009 года и размещен на официальном сайте ВАК РФ www.vak.ed.gov.ru
Просим принять участие в работе совета или прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор сельскохозяйственных наук А. В. Дронов
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. В современном мире антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты. Во многих регионах превышены адаптационные возможности природы, нарушено её динамическое равновесие. Внимание научной общественности приковано к острейшим проблемам экологии.
Повышенное внимание уделяется вопросам загрязнения почвы и окружающей среды тяжёлыми металлами. Они представляют большую опасность, как для человека, так и для природных и сельскохозяйственных экосистем. Это связано с тем, что данные элементы достаточно быстро накапливаются в почве, но очень долго из неё удаляются.
Источники поступления тяжёлых металлов в почву и окружающую среду различны: это промышленные отвалы, удобрения, химические средства защиты растений, выбросы транспорта и др. Действие этих источников в перспективе будет только усиливаться. Промышленное развитие нашей страны, богатой сырьевыми ресурсами, будет приводить к увеличению площадей земель, занятых промышленными отвалами. По нашим подсчётам в небольшой по размерам Орловской области площади для складирования отходов уже сейчас составляют более 1000 га. По данным Р. М. Алексахина в России площади почв, загрязненных тяжёлыми металлами составляют 3,6 млн. га. Также неизбежно увеличение внесения минеральных удобрений, применения средств защиты растений, выбросов промышленности и транспорта и т.п.
Для регионов Центральной России эта проблема имеет особое значение. Это связано с важной ролью данных территорий в обеспечении страны продукцией сельского хозяйства. Кроме того, возникающие неблагоприятные экологические последствия приводят к усугублению и без того непростой демографической ситуации из-за увеличения заболеваний и смертности населения.
К настоящему времени различные аспекты загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами освещены в работах Алексеева Ю. В., Николаевского В. С., Трунова И. А., Дубовика В. А., Степановой Л.П., Матвеева Н. М., Неверовой О. А., Говоровой А. Ф., Васенёва И. И., Стифеева А. И., Иванова В. П., Серёгина И. В., Лихачева Б. С. и др. Однако недостаточно исследованными остаются вопросы изменения комплекса фитоценозов на территориях, подвергшихся длительному и интенсивному техногенному загрязнению. Между тем, растения являются начальным элементом в цепи биосферных изменений, происходящих под влиянием загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами, и именно экологические последствия загрязнения фитоценозов могут привести к сдвигу экологического равновесия в ландшафтных системах.
В связи с этим, научный поиск в избранном нами направлении имеет особую актуальность и важное значение для решения проблемы организации рационального природопользования и охраны окружающей среды.
Целью исследований было установление закономерностей и параметров изменения состояния естественных растительных сообществ и агрофитоценозов под влиянием длительного и интенсивного загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами и агроэкологическая оценка их действия в системе почва - растение.
В задачи исследований входило:
- оценить масштабы длительного агро- и техногенного загрязнения почв тяжёлыми металлами;
- изучить изменения морфогенетических, физиологических и биохимических процессов в растениях под влиянием тяжёлых металлов, и выявить адаптивную реакцию растений;
- определить комплекс структурно-функциональных параметров высших растений на разных уровнях их организации для диагностики состояния в условиях техногенного и агрогенного воздействий;
- разработать способы оценки экологического благополучия загрязнённых территорий по показателям флуктуирующей асимметрии;
- провести оценку состояния естественных фитоценозов на территориях, загрязнённых тяжёлыми металлами;
- осуществить зонирование территорий по степени загрязнения тяжёлыми металлами;
- дать эколого-экономическую оценку приемам повышения экологической безопасности ягодных культур при возделывании на загрязнённых территориях.
Научная новизна результатов исследований
Впервые проведено масштабное комплексное исследование фитоценотических изменений, происходящих в результате длительного техно- и агрогенного загрязнения территорий сельскохозяйственного использования.
В приоритетном порядке:
- представлены результаты комплексного исследования дифференцирующего воздействия техногенных и агрогенных источников загрязнения системы почва - растение тяжёлыми металлами и разработаны приёмы снижения их фитотоксичности;
- разработан и применён на практике интегральный метод оценки состояния растительных организмов и окружающей среды в зоне антропогенного загрязнения (ФА-анализ), впервые разработана специфическая шкала оценки стабильности развития яблони в зонах антропогенного загрязнения;
- проведено экологическое зонирование территории с использованием различных фитоиндикаторов;
- для серой лесной почвы садового агроценоза установлены закономерности миграции Pb, Ni, Zn и Cu в системе почва - ягодные растения и использован нанопористый природный минерал (цеолит Хотынецкого месторождения) для снижения их токсичности и поступления в плоды ягодных культур;
- определены оптимальные для каждой культуры дозы цеолита, обеспечивающие экологическую безопасность плодов смородины чёрной, крыжовника и малины;
- получены данные о влиянии тяжёлых металлов на развитие корней проростков плодовых культур с использованием электронной сканирующей микроскопии;
- дана оценка сукцессионным изменениям в лесном фитоценозе в связи с действием тяжёлых металлов.
Положения, выносимые на защиту
- Особенности экологической напряжённости территории в связи с загрязнением тяжёлыми металлами почв различных типов и режимом их использования.
- Изменение морфологических, физиологических и биохимических показателей культурных и дикорастущих растений под влиянием загрязнения территорий тяжёлыми металлами.
- Учёт индивидуальных особенностей растений к произрастанию на загрязнённых территориях.
- Зонирование территорий по показателям радиального прироста древесных растений, видового разнообразия и обилия травянистой растительности, лихеноиндикации и флуктуирующей асимметрии.
- Использование нанопористого природного минерала для снижения поступления тяжёлых металлов в плодовые и ягодные растения.
Практическая значимость работы и реализация её результатов
Научно обоснованы экологические риски размещения в отвалах токсичных отходов промышленного производства, их негативное влияние на фитоценозы.
Разработаны:
- приёмы снижения поступления тяжёлых металлов в ягодную продукцию на основе использования природного нанопористого минерала;
- интегральный метод оценки состояния окружающей среды с использованием растений-индикаторов;
- методические рекомендации по определению свинца и никеля в органах растений и подвижных форм меди в почве, которые могут быть использованы в аналитических лабораториях и образовательном процессе.
Результаты исследований использованы при разработке экологического каркаса на территории Орловской области, при осуществлении государственной экологической экспертизы проектов строительства и реконструкции объектов экономики области, разработке областной программы Отходы, проектировании национального парка Орловское Полесье, закладке промышленной плантации смородины чёрной на площади 23 га в ООО Садовод Сызранского района Самарской области - опорном пункте ГНУ ВНИИСПК.
Организация исследований и личный вклад автора
Автором разработаны методики экспериментов, ему принадлежит: постановка и организация проведения полевых и лабораторных опытов, получение основной части экспериментального материала (90%), анализ и интерпретация эмпирических результатов, проведение статистической и экономической оценки результатов исследований, формулирование новых закономерностей, выводов и рекомендаций производству
Апробация работы
Результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на Российской научно-практической конференции Достижения аграрной науки в решении экологических проблем Центральной России (Орёл, 1999 г.), конференциях профессорско-преподавательского состава ОрёГАУ (1997; 1999 гг.), на всероссийских научно-методических конференциях Состояние и перспективы развития ягодоводства в России (Орёл, 2006 г.), Актуальные проблемы садоводства России и пути их решения (Орёл, 2007 г.), на 41 международной научной конференции Агрохимические приёмы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур (Тула, 2007 г.), на международной конференции XI Царскосельские чтения: Вузовская наука качества жизни человека, (Санкт-Петербург, 2007 г.), Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России (Орёл, 2008 г.), на научно-практической конференции памяти доктора сельскохозяйственных наук С. Ф. Неговелова к 105-летию со дня рождения Проблемы почвенного мониторинга в аграрном секторе (Краснодар, 2008 г.), Оптимизация технолого-экономических параметров и структуры агроценозов при возделывании плодовых культур и винограда (Краснодар, 2008 г.), на Дне садовода (Мичуринск, 2008 г.).
Отдельные материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях отдела агроэкологических исследований и Ученого совета ГНУ ВНИИСПК (2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.).
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, результатов собственных исследований, выводов и предложений производству, списка литературы. Работа изложена на 323 страницах машинописного текста, содержит 80 таблиц, 91 рисунок. Список литературы включает 405 источников, в том числе 83 иностранных.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам лаборатории агроэкологических исследований: кандидату сельскохозяйственных наук Мотылёвой С. М., кандидату биологических наук Голышкину Л. В., кандидату биологических наук Леоничевой Е. В., чьи добрые советы и пожелания сыграли неоценимую роль в подготовке данной работы.
Особая благодарность научному консультанту, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Лобкову В. Т. за многолетнее плодотворное научное сотрудничество.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Проблема загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами,
их накопление в почве и действие на растения
(краткий аналитический обзор)
На основе анализа научной литературы и статистических источников показано состояние исследований по данной проблеме. Сделан вывод о недостаточности проработки фитоценотических аспектов последствий загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами. Обоснованы актуальность и новизна проведённых исследований.
Условия, методика и объекты проведения исследований
Исследования проводились в 1992Е2008 годах.
Для изучения нами была избрана наиболее типичная для промышленных предприятий зона техногенного воздействия - Думчинский отвал, а также территории, подвергающиеся многолетней интенсивной обработке пестицидами и воздействию минеральных удобрений - плодовые и ягодные насаждения.
Исследования проводились на территории Орловской области, условия которой типичны для многих областей Центрального региона России. Шлаковый отвал АООТ Цветные металлы и сплавы (АООТ ЦМиС) расположен вблизи насёленного пункта Большое Думчино (1 км). С северо-восточной и восточной сторон к отвалу примыкает лесной массив, а с остальных его окружает пашня.
Также проводились исследования в районе памятника природы - балки Непрец, во ВНИИЗБК, на территории Орловской области. Данные объекты рассматривались в качестве контроля.
Климат Орловской области формируется под влиянием атлантических и континентальных воздушных масс и является умеренно-континентальным.
В местах проведения опытов климатические условия различаются незначительно. Средняя годовая температура воздуха +4,5С, абсолютный максимум +38С. Сумма положительных температур выше 10С равна 2250С. Среднее число дней со снежным покровом - 126. Самый тёплый месяц - июль, самый холодный - январь. Среднегодовое количество осадков составляет 560 мм, в том числе за апрель...октябрь - 350...400 мм. В направлении с северо-запада на юго-восток оно уменьшается примерно на 50...120 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в июне...июле. Среднее значение гидротермического коэффициента (ГТК) составляет 1,4. Вегетационный период продолжается 175Е185 дней, период активной вегетации с температурой выше 10С составляет 135Е140 дней.
Для определения регионально-фонового содержания тяжёлых металлов в почвах выбирались участки, расположенные на дерново-подзолистых, тёмно-серых и серых лесных почвах.
Для изучения влияния зон активного техногенного загрязнения на состояние дикорастущей и культурной флоры проводились исследования на территории, прилегающей к Думчинскому отвалу шлаков АООТ Цветные металлы и сплавы (АООТ ЦМиС). Состав шлака в отвале: Al2O3 - 52,3%; SiO2 - 10,9%; Fe (мех.) - 7,0%; MgO - 6,2%; KCl - 5,9%; MgCl2 - 3,0%;
Fe2O3 - 3,5%; CaCl2 - 1,2%; CuO - 1,2%; NaCl - 1,0%; CaO - 0,75%; ZnO - 0,7%; MnO - 0,5; TiO2 - 0,13%; Cr2O3 - 0,1%; SnO2 - 0,05%; PbO - 0,032%;
NiCl2 - 0,06% сажа - 1,0%; прочие примеси - 4,54%.
Химический анализ почв выполнялся по следующим ингредиентам: реакция почвенной среды (рН), сульфат-ионы (в пересчёте на элементарную серу), аммонийный азот, валовые формы тяжёлых металлов (свинец, медь, никель, кобальт, марганец, хром, кадмий). Исследование массовых концентраций валовых и подвижных форм металлов в почвах осуществлялось соответственно методическим указаниям Государственного комитета по гидрометеорологии (1990). Контроль загрязнения почв металлами проводили отбором и анализом проб в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01. (Методические рекомендации, 1981, Временные методические рекомендации, 1983).
Содержание валовых форм тяжёлых металлов определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа. Измерение массовой доли подвижных форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы проводилось атомно-абсорбционным методом.
Все измерения выполнялись в соответствии с разделом Анализ Руководства пользователя к Программному комплексу для проведения количественного анализа на Спектроскан (МВИЦ05Ц97) НПО Спектрон С.ЦПетербург, 1997).
Пероксидазную и О-дифенолоксидазную (полифенолоксидазную) активность определяли колориметрическим методом А. Н. Бояркина (Методы современной биохимии, 1975; Методы биохимических исследований, 1987), определение хлорофилла проводили по А. А. Шлыку (1968). Анализы проводили в трёхкратной повторности, статистическую обработку проводили по Б. А. Доспехову (1985).
Для изучения влияния загрязнения территории тяжёлыми металлами на рост и развитие сельскохозяйственных культур в растильнях на образцах почвы, взятых в районе Думчинского отвала, выращивались следующие сельскохозяйственные культуры: горох (сорт Орловчанин), пшеница (сорт Памяти Федина), овёс (сорт Скакун), гречиха (сорт Баллада), просо (сорт Крупноскорая), сахарная свекла (сорт Рамонская). Определение всхожести и энергии прорастания проводили по ГОСТ 12038Ц84, оценку проростков - по Д. Веллингтону (1973).
С целью изучения влияния тяжёлых металлов на рост и развитие корневой системы яблони был проведён лабораторный опыт, в котором использовали стратифицированные, наклюнувшиеся семена яблони. Их промывали в дистиллированной воде и выдерживали 15 минут в слабом растворе перманганата калия с целью дезинфекции. Семена проращивали на смоченной дистиллированной водой фильтровальной бумаге в течение 24...48 часов в термостате при Т= +26С. Отбирали проростки с длиной корня 1,5...2 см и пересаживали в чашки Петри диаметром 150 мм на фильтровальную бумагу, пропитанную 210-5 М и 410-5 М растворами Pb(NO3)2 и Ni(NO3)2 , рН = 5,6. Используемые концентрации солей металлов соответствуют 1 и 2 ПДК содержания ионов в почвенном растворе, величина рН соответствует среднему значению рН почвы. Чашки Петри помещали в термостат при Т= +26С и наблюдали характер роста корней через 24 и 48 часов. Опыт проведён в трёхкратной повторности по 5 семян в каждой чашке Петри.
Влияние ионов Pb и Ni на микроструктуру поверхности зародышевого корня изучали на сканирующем электронном микроскопе JSM-6390 (Япония) в десятикратной повторности.
С целью изучения влияния удалённости растений яблони от источника техногенного загрязнения (Думчинский шлакоотвал Мценского района Орловской области) на активность антиоксидантного фермента и процессы липопероксидации биомембран на фоне нарушения баланса фитогормонов нами был проведён опыт, объектом исследования служили листья яблони сорта Осеннее полосатое. Экстракцию фитогормонов проводили из одной навески, предварительно зафиксированной в парах этанола комплексным методом, разработанным в лаборатории В. И. Кефели. Анализы проводили в пятикратной биологической повторности. Достоверность результатов оценивали по стандартным методикам с использованием программы BIOSTAT и MSExcel.
Рекогносцировочное обследование лесонасаждений проводилось с целью подбора участков для детального изучения биогеоценозов. Временные пробные площади закладывали для характеристики состояния насаждения в зависимости от удалённости от шлакоотвала, для определения причины ослабления роста древостоя. Количество постоянных пробных площадей было достаточным для достоверных выводов о закономерностях процессов деградации насаждений. Использовалась шкала категорий состояния лиственных деревьев, выделенных при характеристике ослабленных и усыхающих насаждений (Инструкция по экспедиционному Е, 1983)
Обследование эпифитных лишайников проводили путём перечёта на пробных площадках 25 деревьев главной породы с указанием ступени толщины, категории состояния, высоты расположения и степени покрытия накипными, листоватыми и кустистыми лишайниками. Степень покрытия лишайниками определяли у корневой шейки и на высоте 1,3 м. Данные учётов обрабатывали по программе Покров с расчётом средней встречаемости вида на пробной площади, общего количества видов, среднего количества видов на 1 м2, коэффициента общности, коэффициента разнообразия Шеннона-Винера.
На 20...25 площадках размером 1 × 1 м учитывался видовой состав травянистой растительности, проективное покрытие общее и покрытие мхов.
Для изучения динамики радиального прироста в связи с климатическими факторами использовали дендрохронологический метод Битвинскаса (1974).
Показатели флуктуирующей асимметрии листьев яблони определялись в соответствии с разработанными нами методическими указаниями (Кузнецов, Голышкин, Долматов, 2009).
Исследования проводились также на опытах, заложенных в 2004 году на территории ВНИИ селекции плодовых культур. В результате длительного интенсивного применения средств защиты растений валовое содержание ТМ в почве опытного участка превысило регионально-фоновую концентрацию. Цель данного опыта Ц изучение влияния мелиорантов на содержание тяжёлых металлов в вегетативной части и плодах ягодных культур: смородины чёрной, крыжовника и малины. Схемы опытов включали варианты с различными дозами минеральных удобрений, извести, цеолита и сочетаниями данных факторов. Опыты заложены в четырёхкратной повторности. Расположение вариантов по делянкам рендомизированное. Анализ почвы и растений проводился по общепринятым методикам.
С целью изучения возможности повышения экологической безопасности ягод путём применения физиологически активных веществ был проведён вегетационный опыт. Растения земляники выращивались в сосудах, наполненных 5 кг почвы. Варианты опыта включали в себя: контроль - растения, возделываемые на почве без внесения меди; циркон - растения, обработанные цирконом и растущие на почве без меди; 2 ПДК меди - внесение в почву двух предельно допустимых концентраций элемента; 2 ПДК меди + циркон - растения, обработанные цирконом и произрастающие на почве с 2 ПДК меди. Обработку растений цирконом проводили путём опрыскивания раствором препарата, содержащего 10 мкг/л (110-6 %) гидроксикоричных кислот. Содержание малонового диальдегида (МДА) - конечного продукта ПОЛ - определяли по цветной реакции с тиобарбитуровой кислотой (Стальная, Гаришвили, 1977), гидроперекиси - по цветной реакции с роданидом аммония (Романова, Стальная, 1977), активность пероксидазы - методом Бояркина (Ермаков, 1987), количество ионов меди - высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ).
Результаты исследований
Особенности загрязнения тяжёлыми металлами почв
Центральной России (на примере Орловской области)
Небольшая по территории Орловская область имеет ярко выраженную почвенную зональность. Так, почвенный покров юго-востока региона представлен в большей степени чернозёмами, центральных регионов - тёмно-серыми лесными почвами. На северо-западе преобладают серые лесные и дерново-подзолистые почвы. Это дало основание известному ученому - почвоведу И. К. Фрейбергу заявить, чтоЕОрловщина представляет собой как бы нарочно созданный почвенный музей.
По результатам наших исследований содержание микроэлементов в почвах Орловской области ниже ПДК за исключением территорий, имеющих локальные загрязнители в виде промышленных предприятий, хранилищ, отвалов, автомагистралей и т.п. При этом, содержание свинца в большей степени наблюдается в серой лесной почве: оно колебалось в пахотном слое от 13 до 89 мг/кг со средним значением 41,48 мг/кг. В дерново-подзолистой почве содержание этого микроэлемента было наименьшим - на уровне 11,5 мг/кг. В чернозёмных почвах (чернозём выщелоченный и чернозём оподзоленный) содержание свинца составляло 26Е28 мг/кг, в тёмно-серой лесной - около 40 мг/кг.
Соединения цинка наиболее распространены в выщелоченном чернозёме (до 114 мг/кг), затем идут чернозём оподзоленный и тёмно серая лесная почва (46,5 мг/кг). Меньше всего содержание этого металла в дерново-подзолистой и серой лесной почве. Таким образом, содержание цинка в почве самым непосредственным образом оказалось связанным с её плодородием: в более плодородных почвах содержание этого элемента оказалось выше.
Близко к указанной была и закономерность содержания меди в почвах. Больше всего этого элемента наблюдалось в чернозёмных почвах (43Е53 мг/кг), затем шли тёмно-серая и серая лесная, а также дерново-подзолистая почва.
Содержание никеля было наибольшим в выщелоченном чернозёме (42,6 мг/кг), затем в серой лесной (40 мг/кг) почве. Меньше всего содержалось этого микроэлемента в дерново-подзолистой почве, чернозём оподзоленный и тёмно-серая лесная почвы занимали промежуточное положение.
Содержание кобальта в почвах исследуемых разностей изменялось в соответствии с уровнем их плодородия. В более плодородных почвах оно оказалось более высоким. В частности, наибольшее содержание данного микроэлемента, как правило, отмечалось в выщелоченном чернозёме. В чернозёме оподзоленном оно оказалось несколько меньшим, но превышающим этот показатель в тёмно-серых и серых лесных почвах. Наиболее низкое его содержание, как правило, в 1,5Е5,0 раз меньше, чем в выщелоченном чернозёме, было в дерново-подзолистой почве.
В отношении содержания марганца в различных почвах следует отметить, что различия по данному показателю были не столь значительными, как по другим микроэлементам. При этом отмечалась тенденция к повышению его содержания в менее плодородных почвах: дерново-подзолистой и серой лесной. В чернозёмных почвах оно было, как правило, меньшим.
Чернозём выщелоченный и тёмно-серые лесные почвы отличались большим содержанием хрома. Оно почти в два раза превышало соответствующий показатель в дерново-подзолистых и почти в 1,5 раза в серых лесных почвах.
Таким образом, следует отметить положительную связь между плодородием почвы и содержанием в ней таких микроэлементов, как цинк, медь, кобальт. В то же время между содержанием марганца и уровнем плодородия почвы отмечается обратная связь.
Содержание в почве почти всех микроэлементов было существенно ниже ПДК. Ближе всего к ПДК находится содержание в почве никеля: отмечается значительное количество точек с содержанием данного микроэлемента, превышающем ПДК.
С целью оценки взаимосвязи содержания исследуемых микроэлементов с концентрацией других тяжёлых металлов в почвенной среде, а также с содержанием аммония и нефтепродуктов был проведён корреляционный анализ.
Данные исследований показали отсутствие тесной взаимозависимости между содержанием основных тяжёлых металлов. О достаточно тесной положительной взаимосвязи можно говорить лишь в отношении Pb и Cu (r = 0,76), Zn и Ni (r = 0,72), Ni и Cr (r = 0,77), а также кобальта и меди (r = 0,65). Применительно к другим парам нельзя говорить о наличии тесной взаимосвязи.
Следует отметить, что содержание микроэлементов в почвах носит загрязняющий характер в районах с более интенсивным промышленным производством: в серых лесных почвах на территории Мценского и Болховского, в тёмно-серых - Орловского, Мценского, на чернозёмных - Ливенского и других районов.
Наблюдая географию загрязнённых точек можно определенно говорить о том, что факторами распространения загрязняющих воздействий являются сеть автомобильных дорог, промышленное производство и другие сопутствующие антропогенные воздействия. В частности, увеличенное содержание многих микроэлементов в более плодородных чернозёмных почвах вполне может быть связано с повышенным внесением здесь минеральных удобрений и применением химических средство защиты растений, сопутствующими компонентами которых неизбежно являются тяжёлые металлы.
Подтверждение этому мы получили в результате исследований на землях опытного хозяйства ВНИИСПК, территория которого используется в садоводнстве более 50 лет. В результате длительного интенсивного применения средств защиты растений валовое содержание ТМ в почве опытного учанстка превысило регионально-фоновую концентрацию: Pb и Ni - в 2 раза, Zn - в 3 раза, Cu - в 6 раз. Валовое содержание Cu превысило ОДК (доп. №1 к пер. ПДК и ОДК № 6229-91). Содержание подвижных форм ТМ сонставило: Pb 0,08 0,01; Ni 0,28 0 ,03; Cu 0,56 0,09; Zn 15,03 1,9. На 10% опытных делянок содержание подвижных форм Zn было выше ПДКподв.
С целью изучения воздействия промышленного отвала на загрязнение территорий тяжёлыми металлами нами было проведено определение содержания тяжёлых металлов в серой лесной почве на трех объектах: вблизи промышленного отвала (в населенном пункте Думчино), природоохранной зоне (балка Непрец) и в районе с обычной антропогенной нагрузкой (ВНИИ зернобобовых и крупяных культур).
Эти исследования подтвердили, что приоритетным загрязнителем является свинец (таблица 1). Опасно высокие концентрации никеля (2Е3 ПДК), свинца (3Е7 ПДК), меди (1Е4 ПДК) наблюдались в почвах, прилегающих к отвалу шлаков у насёленного пункта Большое Думчино. Невысокое фоновое содержание тяжёлых металлов (менее 0,5 ПДК) отмечено на территории памятника природы Непрец и ВНИИЗБК, за исключением повышенного содержания свинца (3 ПДК) в почвах последнего.
Сравнение данных по балке Непрец с данными по отвалу показывает относительную чистоту почв памятника природы. Однако следует отметить, что воздействию загрязнителей подвержены почвы даже таких территорий. Это еще раз подчеркивает актуальность изучаемой проблемы.
В 2004...2008 гг. нами был проведён опыт с целью определения влияния минеральных удобрений и мелиорантов на содержание тяжёлых элементов в почве под смородиной чёрной, крыжовником и малиной. Валовое содержание ТМ в почве опытного участка превышает регионально-фоновую концентрацию в 2 раза для Pb и Ni, в 3 раза для Zn, в 6 раз для Cu. Валовое содержание Cu превысило ОДК.
Таблица 1 Ц Валовое содержание тяжёлых металлов в почве на территориях с различной антропогенной нагрузкой
Тип почвы | Пункт отбора проб | Содержание тяжёлых металлов в слое 0Е20 см, мг/кг (размах варьирования/среднее) | |||||
Zn | Ni | Co | Cr | Pb | Cu | ||
Светло-серая лесная | н.п. Большое Думчино | 89...127 108 | 235...258 241 | 25...40 33 | 62...69 65 | 161...283 222 | 208...279 244 |
Тёмно-серая лесная | Балка Непрец | 23...32 27 | 7...33 20 | н/о...11 5 | 47...65 56 | н/о...17 8 | н/о |
Тёмно-серая лесная | ВНИИЗБК | 35...52 41 | 15...30 19 | 0,7...15 5 | 43...70 53 | н/о...128 76 | н/о...129 64 |
Примечание - здесь и далее н/о - не обнаружено
Содержание в почве подвижных форм ТМ уменьшилось под действием цеолита (таблица 2). Причиной уменьшения содержания подвижных ТМ может быть как адсорбция катионов металлов непосредственно цеолитом, так и усиление адсорбционных и катионообменных процессов в результате увеличения суммарной поверхности мелких структурных отдельностей, под влиянием пептизации.
Снижение ТМ в почве отмечено как в слое 0...20 см, так и в слое 20...40 см. Это может быть связано с вертикальным перемещением подвижных соединений ТМ в почвенном профиле, при восходящем движении почвенной воды за счет капиллярных сил.
Уровень снижения ТМ зависит от природы металла, исходного содержания ТМ в почве и от наличия или отсутствия минеральных удобрений.
Таблица 2 Ц Изменение содержания подвижных форм свинца в почве под крыжовником (мг/кг почвы)
Варианты (А) | До внесения цеолита | Годы исследований (В) | Среднее по фактору А НСР05=0,03 | |
2005 | 2006 | |||
слой 0...20 см | ||||
Контроль | 0,14 | 0,15 | 0,19 | 0,17 |
N90Р90К90 | 0,24 | 0,27 | 0,26 | 0,26 |
N90Р90К90+Цеолит 8 т/га | 0,13 | 0,07 | 0,06 | 0,06 |
N90Р90К90+Цеолит 16 т/га | 0,25 | 0,10 | 0,08 | 0,09 |
N90Р90К90+Цеолит 24 т/га | 0,16 | 0,08 | 0,08 | 0,08 |
Среднее по фактору В НСР05=0,03 | 0,13 | 0,13 | ||
слой 20...40 см | Среднее по фактору А НСР05=0,02 | |||
Контроль | 0,25 | 0,23 | 0,23 | 0,23 |
N90Р90К90 | 0,19 | 0,22 | 0,21 | 0,21 |
N90Р90К90+Цеолит 8 т/га | 0,22 | 0,20 | 0,19 | 0,19 |
N90Р90К90+Цеолит 16 т/га | 0,26 | 0,22 | 0,17 | 0,19 |
N90Р90К90+Цеолит 24 т/га | 0,23 | 0,21 | 0,17 | 0,19 |
Среднее по фактору В НСР05=0,03 | 0,21 | 0,19 | 0,20 | |
Аналогичные результаты получены и под другими ягодными кустарниками: смородиной чёрной и малиной.
Таким образом, цеолит способствовал снижению содержания подвижных форм Pb, Cu, Ni, Zn в почве, как в слое 0...20 см, так и в слое 20...40 см. Действие цеолита на содержание подвижных форм ТМ зависело от исходного содержания подвижных форм ТМ в почве, вида металла и внесения минеральных удобрений. Увеличение дозы цеолита свыше 8 т/га не обеспечивало дальнейшего значительного снижения подвижности Pb, Ni, Zn и Cu в почве. На серой лесной почве с высоким содержанием фосфора и калия и слабокислой реакцией среды действие цеолита на подвижность микроэлементов в почве было эффективнее действия извести.
Влияние тяжёлых металлов на рост и развитие изучаемых растений
С целью выявления реакции различных групп растений на загрязнения нами были проведены лабораторные опыты. Данные по энергии прорастания семян сельскохозяйственных культур, выращиваемых на загрязнённых почвах, взятых в районе отвала, показали, что по устойчивости растений к загрязнению они располагаются в следующем порядке: гречиха > просо > пшеница > овёс > горох > сахарная свекла. Следовательно, самыми устойчивыми к загрязнению оказались крупяные и зерновые сельскохозяйственные культуры. Горох относится к среднеустойчивым, а сахарная свекла - к наиболее восприимчивым.
Наши исследования показывают, что реакция растений на загрязнение почв тяжёлыми металлами связана, вероятнее всего, не с общим валовым их содержанием, а определяется наличием подвижных форм и их взаимодействием. Так, например, свинец и цинк, никель и цинк являются антагонистами по отношению друг к другу, и их совместное присутствие может снизить негативное воздействие на растения. Вместе с тем, медь и марганец, медь и никель, никель и марганец являются синергистами и могут усиливать негативное воздействие на растение.
Кроме полевых культур, исследования проводились и на плодовых культурах. На стадии формирования корневой системы семена яблони инкубировали на растворах нитратов Pb и Ni в концентрациях 210-5 М и 410-5 М, что соответствует 1 и 2 ПДК металлов в почвенном растворе. Наблюдали за развитием корня и исследовали микрорельеф поверхности методом сканирующей электронной микроскопии. Свинец и никель оказывают разное токсическое действие на формирующиеся корни яблони. Визуально ионы Pb2+ не задерживают рост корня, ионы Ni2+ в концентрации 210-5 М задерживают рост корней, а в концентрации 410-5 М вызывают их гибель (рисунок 1).
Ni Ц 1 ПДК | Ni Ц 2 ПДК | Pb Ц 2 ПДК | Контроль |
Рисунок 1 Ц Действие различных концентраций тяжёлых металлов на проростки яблони
Детальное исследование различных зон поверхности корня в зоне деления, в зоне роста и в зоне поглощения и начала дифференциации постоянных тканей (з.п.д.) показало существенное изменение микроструктуры поверхности. В з.п.д. на контроле выявлено множественное образование корневых волосков, при концентрации Pb 1 ПДК количество корневых волосков снижается, обнаруживаются выросты, количество которых возрастает с увеличением концентрации Pb до 2 ПДК, при этом единичные корневые волоски истончаются. Содержание ионов Ni в концентрации 1 ПДК вызывает деформацию корневых волосков и образование многочисленных выростов (рисунок 2). Рассмотрение под бльшим увеличением позволяет предположить, что выросты являются деформированными корневыми волосками, развитие которых нарушилось под действием тяжёлых металлов.
Контроль | Pb Ц 1 ПДК | Pb Ц 2 ПДК | Ni Ц 1 ПДК |
Рисунок 2 Ц Изменение ультраструктуры поверхности корней проростков
яблони в з.п.д. под влиянием различных концентраций тяжёлых металлов
В лабораторном опыте по влиянию тяжёлых металлов на метаболитические процессы в клетках проростков полевых культур получены следующие результаты. Активность пероксидазы у гречихи под влиянием загрязнения снижается в 2Е4 раза, а у гороха, имеющего значительно более активную пероксидазу, её активность изменяется в сторону снижения или повышения, независимо от места отбора проб. О-дифенолоксидаза гречихи, напротив, более стабильна, чем у гороха, где наиболее резкое снижение её активности по сравнению с контролем (40,0) наблюдается в районе, ближайшем к отвалу. Повреждение зародыша гороха, выращенного на загрязнённых почвах, связано с тем, что кадмий, медь, свинец приводят к неразвитию первичного корня и вторичных корней или к их недоразвитию, отсутствию эпикотиля или эпикотиля без верхушечной почки, а кадмий ведет также к загниванию семядолей и точки прикрепления оси проростка к семядоли.
К настоящему времени недостаточно исследованными остаются вопросы, связанные с морфологическими изменениями диких видов растений под влиянием тяжёлых металлов, и изменением в них физиологических процессов. Нами было проведено сравнительное изучение морфофизиологических показателей диких растений, произрастающих в зоне действия Думчинского шлакоотвала и на экологически более чистых территориях - балке Непрец и парке ВНИИЗБК - в качестве контроля.
Визуальное наблюдение вблизи отвала показало сильные изменения растительности в дубраве и непосредственной близости от неё. В дубраве у липы сильно редуцированы листья, на молодых деревьях наблюдается отшелушивание коры, отмечается суховершинность дубов, на деревьях отсутствуют лишайники и мох. Листья берёзы мелкие, с сильно изрезанными краями с бурыми пятнами, серым налетом, стволы деревьев искривлены.
В 800 м от отвала к югу в дальней лесополосе видимых нарушений нет, отсутствует суховершинность.
Установлено, что наиболее значительно повреждена берёза, являющая индикаторным видом, негативно реагирующая на вредные выбросы. Анатомическая характеристика листьев берёзы и дубов, произрастающих в районе Думчинского отвала, резко отличается от контрольных растений ВНИИЗБК
Площадь листовой пластинки дуба и берёзы в направлении приближения территории отвала снижается, при этом у дуба в большей степени, чем у берёзы.
Толщина листовой пластинки древесных растений, растущих в непосредственной близости к отвалу, снизилась у берёзы на 40,0% и у дуба на 44,0% по сравнению с растениями на железнодорожной станции и на 53% - по сравнению с контролем - ВНИИЗБК.
Наибольшие разрушения в синтезе или разрушении хлорофиллов отмечены в растениях берёзы и дуба, растущих в непосредственной близости к отвалу. Так, содержание хлорофилла в листьях берёзы, растущей в 50 м от отвала по хлорофиллу ла - 2,88 мг/г, по хлорофиллу в - 0,56 мг/г по сравнению с данными, полученными с берёзы, растущей в районе балки Непрец (по хлорофиллу ла - 6,84 мг/г, по хлорофиллу в - 2,12 мг/г). В листьях дуба тех же вариантов: в 50 м от отвала по хлорофиллу ла - 3,49 мг/г, по хлорофиллу в - 1,23 мг/г в сравнении с контролем Непрец (по хлорофиллу ла - 5,43 мг/г, по хлорофиллу в - 3,21 мг/г).
С удалением на юг от отвала количество хлорофиллов в листьях берёзы увеличивается на 50 мг/г, в листьях дуба - на 0,2Е0,9 мг/г. Растения берёзы и дуба, растущие на значительном удалении от отвала, по содержанию хлорофиллов приближаются к контрольным растениям.
В контрольных листьях берёзы и дуба, растущих в лесопарке ВНИИЗБК, активность пероксидазы очень высокая (51,4Е25,0 усл. ед.), что свидетельствует о высоком уровне метаболических процессов.
В районе отвала уровень активности пероксидазы в листьях берёзы зависит от места произрастания. Повреждения заметно сказываются на патологическом возрастании её активности от 4,0 в районе железнодорожной станции до 13,3Е20,0 усл.ед. в зависимости от расстояния от отвала. Чем ближе к отвалу, тем больше возрастает активность пероксидазы.
У дуба реакция пероксидазы на воздействие среды не столь заметна и прямо противоположна. Наиболее резкое снижение активности пероксидазы отмечено в непосредственной близости к отвалу (до 2,1Е3,5 усл. ед.). Видимо, защитные механизмы у дуба связаны с пероксидазой в меньшей степени, чем у берёзы.
По данным сравнительных исследований интенсивности дыхания листьев яблони, наибольшее снижение выделения листьями углекислого газа отмечено в точках с удалением от источника загрязнения: 0,8 и 1,6 км (соответственно, что в 4 и в 1,5 раза выше по сравнению с вариантом удалённости 6 км). Полученные данные по снижению интенсивности дыхания в зависимости от уровня техногенного загрязнения согласуются с установленным фактом ингибирования тяжёлыми металлами активности ферментных систем цикла Кребса (Кузнецов, Дмитриева, 2005). Оптимальным удалением от Думчинского отвала, достоверно не влияющим на процесс дыхания, оказалась точка - 3 км. Снижение интенсивности дыхания листьев на 24,6% в точке 6 км, возможно, связано с близким расположением автотрассы Москва - Симферополь - значительного источника загазованности и загрязнения ТМ.
Таким образом, можно полагать, что растения яблони, близко расположенные к источнику загрязнения, будут испытывать недостаток энергетических и пластических эквивалентов в результате ингибирования процесса дыхания.
В условиях действия неблагоприятных факторов среды в кислородпотребляющих биологических системах, как правило, усиливается образование свободных радикалов, что приводит к интенсификации процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) мембран и нарушению целостности структурно-функционального состояния клеток. Поэтому нами был проведён опыт с целью выявления специфики изменений гормональной и антиоксидантной системы листьев яблони в ответ на действие техногенного загрязнения.
Проведённые исследования показали, что под воздействием техногенного загрязнения в точке, удалённой от источника интоксикации на 100 м, резко (в 7,6 раза относительно контроля) снижается содержание ИУК в листьях яблони и в 3,5 раза возрастает количество АБК (рисунок 3). При удалении от источника загрязнения на 3000 м содержание ИУК в листьях снизилось в 3,3 раза относительно контроля, и в 2 раза возрос уровень абсцизовой кислоты, что свидетельствует о снижении техногенной нагрузки на исследуемые растения.
1 Ц контроль, 2 Ц 100 м, 3 Ц 3000 м
Рисунок 3 Ц Содержание индолилуксусной и абсцизовой кислот в листьях яблони в зависимости от удаления от источника техногенного загрязнения
На фоне резкого возрастания АБК и значительного снижения ИУК в листьях яблони в точке 100 м активность суммарной пероксидазы на 50,7% была ниже контроля. Однако резкий дисбаланс исследуемых нами фитогормонов, вероятно, приводит к ингибированию антиокислительных процессов. Поэтому на фоне снижения разбалансировки между ИУК и АБК в точке, удалённой от источника загрязнения на 3000 м, активность пероксидазы была ниже контроля на 19%.
Изменения в гормональном статусе и активности антиоксидантного фермента пероксидазы, вызванные разной интоксикационной нагрузкой техногенного загрязнения, в конечном итоге, сказались и на интенсивности перекисного окисления липидов мембран.
В 100 м от шлакоотвала содержание МДА в листьях растений на 73% было выше контроля (рисунок 4). При удалении на 3000 м, интенсивность процессов ПОЛ превысила этот показатель у контрольных растений на 48% на фоне увеличения активности пероксидазы (по сравнению с точкой 100 м) и меньшего дисбаланса между ИУК и АБК.
1 Ц контроль, 2 Ц 100 м, 3 Ц 3000 м
Рисунок 4 Ц Содержание малонового диальдегида в листьях яблони в зависимости от удаления от источника техногенного загрязнения
Таким образом, в результате проведённых исследований было показано, что в зависимости от разной степени удалённости растений яблони от источника техногенного загрязнения наблюдается изменение активности антиоксидантного фермента и интенсификации процессов липопероксидации биомембран на фоне нарушения баланса фитогормонов.
Оценка стабильности развития растений по показателям флуктуирующей асимметрии в условиях длительного загрязнения почв тяжёлыми металлами
Ухудшение экологической ситуации стимулирует исследователей к поиску методик, способных дать надёжную интегральную оценку качественного состояния окружающей природной среды.
Стабильность развития живых организмов является одним из перспективных показателей для оценки состояния окружающей природной среды. При этом в качестве изучаемого параметра выступает величина флуктуирующей асимметрии морфометрических признаков (доступных измерению) живых организмов.
Для определения показателей стабильности развития берёзы повислой сбор листьев выполняли в период завершения формирования листовой пластинки в десяти пунктах, на расстоянии от 10 до 2880 м от шлакоотвала. Пункты отбора проб привязывались на местности при помощи спутникового навигатора GPS Magellan eXplorist 100 в системе координат WGS-84.
Приведённые в таблице 3 сводные данные свидетельствуют о том, что по мере удаления от отвала наблюдалась тенденция повышения стабильности развития берёзы повислой по показателям флуктуирующей асимметрии.
Таблица 3 Ц Сводные результаты статистической обработки величины флуктуирующей асимметрии листьев берёзы повислой (со 100 учётных деревьев в районе шлакоотвала Думчинский)
№ пункта | N*, шт. | Mx mMx | x | Cx, % | Px, % |
1 | 160 | 0,0495 0,0019 | 0,0242 | 48,87 | 3,86 |
2 | 159 | 0,0451 0,0016 | 0,0206 | 45,75 | 3,63 |
3 | 160 | 0,0452 0,0017 | 0,0210 | 46,52 | 3,68 |
4 | 160 | 0,0444 0,0016 | 0,0203 | 45,82 | 3,62 |
5 | 160 | 0,0500 0,0018 | 0,0227 | 45,36 | 3,59 |
6 | 160 | 0,0478 0,0018 | 0,0222 | 46,46 | 3,67 |
7 | 160 | 0,0447 0,0017 | 0,0211 | 47,08 | 3,72 |
8 | 160 | 0,0495 0,0019 | 0,0242 | 48,82 | 3,86 |
9 | 160 | 0,0435 0,0016 | 0,0201 | 46,19 | 3,65 |
10 | 157 | 0,0448 0,0016 | 0,0200 | 44,67 | 3,56 |
Все | 1596 | 0,0464 0,0005 | 0,0218 | 46,84 | 1,17 |
*Здесь и далее: N - количество листьев в выборках; Mx mMx - среднеарифметическая величина с основной ошибкой; x m - стандартное отклонение; Cx - коэффициент изменчивости; Px - точность опыта.
Регрессионный анализ влияния на величину флуктуирующей асимметрии листьев берёзы повислой содержания в них металлов выполнен средствами MSExcel. В результате анализа переменных регрессионной модели установлено, что содержание свинца возрастает по мере удаления от отвала - по направлению к автомобильной трассе Орёл - Болхов (явное влияние автодороги), поэтому данный фактор исключен из модели. Исключены также следующие факторы: содержание в листьях цинка, меди и кобальта (значения коэффициентов указанных факторов в регрессионной модели оказались меньше стандартных ошибок их определения).
Установлена весьма высокая (по Чеддоку) тесная связь между величиной показателя стабильности развития берёзы повислой в районе шлакоотвала Думчинский и содержанием в листьях никеля, железа, мышьяка, марганца и хрома (в мг/100 г листьев). Показатель множественного коэффициента корреляции близок к единице (R = 0,99); коэффициент детерминации R2 = 0,98. Это свидетельствует, что более 98% общей вариации результативного признака (величины показателя стабильности развития берёзы повислой) объясняется вариацией факторных признаков (содержание в листьях указанных металлов). Можно предположить, что анализируемые факторы существенно влияют на величину показателя стабильности развития берёзы повислой, что подтверждает правильность их включения в построенную модель.
Рассчитанный уровень значимости F = 0,0017 < 0,05 подтверждает значимость полученного коэффициента детерминации.
Другим подходом к проверке значимости коэффициента детерминации является попадание расчётного критерия Фишера (F) в критическую область (F+). В нашем случае левая граница правостороннего критического значения Fсоставляет 6,3 для 95%-го уровня значимости и 15,5 для 99%-го уровня значимости. Так как F = 39,3 попадает в критический интервал (15,5; +), то нулевая гипотеза (Н0: R2 = 0) отвергается, то есть коэффициент детерминации R2 признается значимым при = 0,01.
Получено следующее уравнение регрессии:
где: ФА - показатель стабильности развития берёзы повислой (рассчитан по величине флуктуирующей асимметрии листьев); Ni, Fe, As, Mn и Cr, соответственно, содержание указанных металлов в мг/100 г листьев.
Основная (стандартная) ошибка полученного уравнения регрессии составляет 0,0005 - что на два порядка меньше критических значений оценочной шкалы. Визуальное сравнение фактических и эмпирических данных (рисунок 5) свидетельствует о достаточной адекватности модели.
Рисунок 5 Ц Сравнение наблюдаемых и теоретических значений показателей
стабильности развития берёзы повислой в районе шлакоотвала
Анализ изменений величины показателя стабильности развития берёзы повислой по мере удаления от отвала (рисунок 6) выявил тенденцию улучшения экологического состояния окружающей природной среды (наиболее заметны изменения на расстоянии до 0,5 км). Вероятно, по мере дальнейшего удаления от шлакоотвала постепенно увеличивается влияние других факторов (например, автотрассы).
Таким образом, установлена весьма высокая тесная связь между величиной показателя стабильности развития берёзы повислой в районе шлакоотвала Думчинский и содержанием в листьях никеля, железа, мышьяка, марганца и хрома (в мг/100 г листьев). Определены параметры регрессионной модели.
Рисунок 6 Ц Тенденция улучшения экологического состояния окружающей
природной среды по мере удаления от шлакоотвала
Полученные значения показателей стабильности развития берёзы повислой позволили выполнить зонирование территорий, прилегающих к шлакоотвалу: предкризисное состояние экосистем отмечается на расстоянии до 500 м; лудовлетворительное состояние сменяется хорошим на расстоянии более 1 км от отвала.
Кроме деревьев, расположенных в зоне особо сильного техногенного загрязнения, каким является Думчинский отвал, нами проводились исследования листьев берёзы повислой на территории ВНИИСПК. При этом данный тур исследований включал также и яблоню, произрастающую в окрестности Думчино, а также во ВНИИСПК
По абсолютным величинам показатель ФА у яблони оказался выше, чем у берёзы (таблица 4).
Таблица 4 Ц Распределение коэффициентов флуктуирующей асимметрии листьев яблони в зависимости от сорта (садовый массив ВНИИСПК)
Сорта | Mx mMx | x | Cx, % | Px, % |
Пепин шафранный | 0,1016 ± 0,0056 | 0,0457 | 44,96 | 5,49 |
Штрифлинг | 0,1000 ± 0,0071 | 0,0440 | 44,07 | 7,15 |
Антоновка обыкновенная | 0,1171 ± 0,0054 | 0,04664 | 39,62 | 4,61 |
Солнышко | 0,1078 ± 0,0064 | 0,0418 | 39,74 | 5,98 |
Осеннее полосатое | 0,1132 ± 0,0049 | 0,0468 | 46,42 | 4,81 |
Память воину | 0,1054 ± 0,0053 | 0,0504 | 47,75 | 5,01 |
Синап орловский | 0,0929 ± 0,0042 | 0,0414 | 44,53 | 4,50 |
Синап северный | 0,1030 ± 0,0044 | 0,0436 | 42,37 | 4,32 |
Орловское полосатое | 0,1084 ± 0,0052 | 0,0503 | 46,42 | 4,81 |
Орлик | 0,1080 ± 0,0046 | 0,0462 | 42,80 | 4,30 |
Распределение значений ФА листьев различных сортов яблони по кварталам, носит сглаженный, практически равномерный характер, что говорит о незначительном расхождении значений ФА в рассматриваемом районе. Видимо, сортовая специфика яблони по данным ФА-анализа не отражается на различиях в оценке стабильности развития рассматриваемых растений в данных экологических условиях.
В садовых насаждениях ВНИИСПК значения флуктуирующей асимметрии располагаются в диапазоне 0,0946...0,1163, что соответствует I...II баллам величины показателя стабильности развития растений, её связи с учитываемыми действующими стрессовыми факторами. Распределение ФА листьев изученных сортов яблони также носит сглаженный характер, что свидетельствует о незначительных изменениях коэффициентов ФА внутри сортового набора.
График изучения распределения значений ФА листьев указанных сортов яблони отражает незначительное изменение этого экологического параметра, как в сортовом, так и климатическом отношениях (рисунок 7).
1 | Пепин шафранный | |
2 | Штрифлинг | |
3 | Антоновка обыкновенная | |
4 | Солнышко | |
5 | Осеннее полосатое | |
6 | Память воину | |
7 | Синап орловский | |
8 | Синап северный | |
9 | Орловское полосатое | |
10 | Орлик |
Рисунок 7 Ц Изменение значений флуктуирующей асимметрии листьев сортов яблони
Как показали результаты двухфакторного дисперсионного анализа, ни сортовая специфика (F = 1,69 < F' = 3,15) (фактор 1), ни климатические условия двух контрастных лет исследования (F = 1,29 < F' = 5,12) (фактор 2) не оказывают достоверного влияния на значения коэффициентов ФА (таблица 5). В данном случае, несмотря на разницу условий онтогенеза, а также на достаточно широкий набор сортов яблони (N = 10), мы имеем дело с интегральным (всеобщим) характером проявления результатов ФА-анализа.
Таблица 5 Ц Коэффициенты флуктуирующей асимметрии в листьях яблони в зависимости от удалённости растений от отвала
Удаление от шлакоотвала | Mx mMx | x | Cx, % | Px, % |
100 м | 0,1412 ± 0,0090 | 0,0082 | 69,50 | 6,40 |
500 м | 0,1156 ± 0,0060 | 0,0581 | 50,55 | 5,18 |
3000 м | 0,1198 ± 0,0057 | 0,0557 | 46,56 | 4,78 |
3500 м | 0,1538 ± 0,0098 | 0,0983 | 63,85 | 6,40 |
5000 м | 0,1349 ± 0,0082 | 0,0868 | 64,35 | 6,11 |
На основании полученных расчётных значений ФА листовых пластинок яблони в зонах ГНУ ВНИИСПК и н.п. Б. Думчино создана практическая шкала балльных интервалов, отражающих нарушения стабильности развития растений при интегральном действии экологических стрессоров антропогенного происхождения. Криволинейное распределение значений ФА дает основание считать, что разбивка вариационного ряда также должна носить нелинейный характер. Диапазон расчётных данных (min = 0,0929; max = 0,1538) для удобства делили на пять равных частей, и согласно интегральной функции распределения вероятности значений коэффициентов ФА на основе способа расчёта процентилей получили границы баллов (рисунок 8).
Рисунок 8 Ц Интегральная функция распределения значений ФА яблони
и границы баллов
Градация величины интегрального показателя стабильности развития для данной культуры представлена в таблице 6.
В целом, настоящий подход по результатам нашей работы может использоваться для оценки состояния популяций отдельных видов растений, а также для определения качества окружающей среды. Сравнение шкал балльной оценки берёзы и яблони показало разницу в величинах числовых значений коэффициентов ФА. Если для первого вида диапазон составляет
< 0,040 ... > 0,054, то для второго - < 0,100 ... > 0,159. Заметно, что числовые значения разнятся практически в 2...3 раза. Возможно, это связано с различным уровнем эколого-генетической устойчивости дикорастущего и окультуренного видов. Снижение устойчивости культурных растений к экологическим стрессам, видимо, может способствовать более пластичному изменению морфологических параметров листа, т.е. повышать значения коэффициентов флуктуирующей асимметрии. Это соответствует фундаментальным положениям экологической генетики (Жученко, 1988, 2004).
Таким образом, сравнительный анализ данных, полученных методом определения флуктуирующей асимметрии листьев берёзы повислой, показал различие коэффициентов ФА в зонах садового массива ГНУ ВНИИСПК и н.п. Б. Думчино. Значение среднего коэффициента флуктуирующей асимметрии листа берёзы повислой ниже для садового массива ГНУ ВНИИСПК относительно окрестностей н.п. Б. Думчино (антропогенное неблагополучие).
Таблица 6 Ц Пятибалльная шкала оценки стабильности развития яблони
Балл | Величина показателя стабильности развития (ФА) | Связь ФА с действующими стрессовыми факторами |
I | < 0,100 | Норма |
II | 0,100 ... 0,119 | Переход от нормы к загрязнению |
III | 0,120 ... 0,139 | Загрязнение |
IV | 0,140 ... 0,159 | Сильное загрязнение |
V | > 0,159 | Критическое загрязнение |
На основании интегральной функции распределения коэффициентов флуктуирующей асимметрии листовых пластинок яблони десяти сортов различных зон произрастания построена пятибалльная шкала оценки стабильности развития этой культуры с отражением разной степени благополучия окружающей среды.
ФА-анализ листьев яблони показал индифферентность сортового состава к значениям коэффициентов флуктуирующей асимметрии.
Установлено падение значений коэффициентов флуктуирующей асимметрии листа яблони по мере удаления от шлакоотвала.
Анализ флуктуирующей асимметрии листьев яблони показал вероятность наличия двух различных источников экологического неблагополучия в окрестностях н.п. Б. Думчино. Один из них может быть непосредственно связан с шлакоотвалом отходов алюминиевого производства, другой - с автодорогой федерального значения Москва - Симферополь.
В целом, проведённое исследование позволяет считать яблоню индикаторной культурой для биомониторинга - системы наблюдений, оценки и прогнозирования изменения состояния популяций отдельных видов дикорастущих и культурных растений под влиянием антропогенных факторов воздействия.
Явление флуктуирующей асимметрии листа яблони в рассмотренных условиях математически достоверным образом прямо зависит от содержания меди в почве, наличия свинца в тканях листьев, а также от содержания в них абсцизовой кислоты и малонового диальдегида. Данные нашего исследования принципиально подтверждают схему связи тяжёлых металлов с флуктуирующей асимметрией листьев яблони через физиологический ферментативно-гормональный комплекс управления растительным морфогенезом.
Характеристика фитоценотических изменений в зонах техногенного
загрязнения (на примере Думчинского шлакоотвала)
Как один из методов фитоиндикации антропогенного воздействия на экосистемы используется изучение радиального прироста в древостоях.
Шлакоотвал функционирует с 1963 г., поэтому нами проведён анализ радиального прироста дуба черешчатого за 43-летний период - 1964...2007 годы.
Дендрохронологический анализ позволил выявить в ретроспективе периоды начала отрицательного воздействия на дубовые насаждения комплекса факторов, связанных со шлакоотвалом.
Существенное влияние на динамику радиального прироста дуба черешчатого комплекса факторов, в т.ч. хронического загрязнения лесных насаждений тяжёлыми металлами из шлакоотвала, установлено на расстояние до 200 м.
Анализ динамики среднего периодического радиального прироста в пятилетиях показал, что шлакоотвал по уровню воздействия достиг опасного порога в 1983...1987 гг., спустя 20 лет после создания и стал оказывать отрицательное воздействие на рост деревьев дуба черешчатого в толщину, что вызвало нарушение биологической устойчивости насаждений.
Парадоксальное усиление радиального прироста у модельных деревьев дуба черешчатого на расстоянии 10 м от шлакоотвала в последние 20 лет (1988...2007 гг.) можно объяснить деструктивными процессами в древостоях. Отпад деревьев, разреживание древесного яруса улучшили световой режим для оставшихся деревьев, что привело к повышению интенсивности фотосинтеза у них и, как следствие - к усилению роста в толщину.
Наиболее низкий уровень изменчивости текущего радиального прироста деревьев дуба черешчатого установлен на расстоянии до 200 м от шлакоотвала в последние 20 лет (1988...2007 гг.). Происходит выравнивание популяции по интенсивности роста деревьев в толщину за счет воздействия мощного фактора неклиматической природы.
Дендрохронологический анализ, в основном, применяется в лесоводственных исследованиях при изучении роста лесообразующих древесных растений (сосны, ели, дуба, лиственницы и других), имеющих значительную продолжительность жизни (более 100 лет). Использован дендрохронологический метод для изучения динамики роста в толщину яблони домашней. У яблони рассеяннососудистая древесина, переход от ранней древесины к поздней постепенный. Граница годичного слоя выражена и составлена из узкой полоски сплюснутых в радиальном направлении волокнистых трахеид, поэтому годичные слои видны на поперечном срезе.
На шести учётных пунктах, расположенных на различном удалении от шлакоотвала, в октябре 2007 г. возрастным буравом Пресслера были взяты керны древесины ствола на высоте 1,3 м у пятнадцати модельных деревьев (по пять у каждого из трех сортов: Антоновка обыкновенная, Осеннее полосатое, Пепин шафранный). Ближайший к шлакоотвалу учётный пункт расположен на расстоянии около 1 км. Количество годичных колец в кернах древесины варьирует от 30 до 40, поэтому анализ текущего радиального прироста проведён за 30-летний период (1978...2007 гг.). Использование дендрохронологического метода не позволило установить достоверного влияния хронического загрязнения садовых насаждений тяжёлыми металлами шлакоотвала на динамику радиального прироста изученных сортов яблони на расстоянии более 1 км от источника выбросов. Среди причин этого: ярко выраженный возрастной тренд, периодичность плодоношения, агротехнические уходы и уход за кронами деревьев.
Установлена лишь тенденция увеличения интенсивности роста по радиусу ствола у яблони домашней в последние 10 лет (1998...2007 гг.) по мере удаления от шлакоотвала.
Разные сорта яблони имеют различную устойчивость к хроническому загрязнению тяжёлыми металлами. Наименьшей устойчивостью характеризуется сорт Антоновка обыкновенная, у которого зафиксирована тесная отрицательная связь минимумов годичного прироста в исследованном 30-летнем периоде (1978...2007 гг.) с удалённостью от шлакоотвала.
По мере приближения к шлакоотвалу увеличивается амплитуда колебания радиального прироста у изученных сортов яблони по годам в исследованном 30-летнем периоде (1978...2007 гг.), что проявляется в увеличении соотношения между максимальными и минимальными величинами годичного прироста на учётных пунктах.
Фитоиндикация, т.е. использование растительности как индикатора условий среды, выгодно отличается сравнительно быстрым получением информации по признакам растения.
Выявление флористического видового состава - основа всех ботанических исследований. Изучение флористического состава проводилось на стационарных пробных площадях размером 30 × 30 м.
Фитоиндикационные исследования проведены на стационарных пробных площадях. Растительные сообщества в лесном массиве в районе шлакоотвала относительно однородны, представлены ассоциациями класса Querco-Fagetea (мезофитные и мезоксерофитные широколиственные листопадные леса на богатых почвах в зоне умеренного климата), порядка Fagetalia sylvaticae (европейские мезофитные широколиственные леса). Данные ассоциации относятся к дубнякам снытевым. Это позволяет выявить изменение видового состава травяно-кустарничкового яруса фитоценозов под влиянием хронического загрязнения тяжёлыми металлами.
Характерными являются 9...14 неморальных видов, отличающихся V классом постоянства - встречаемость 81...100% (осока волосистая, яснотка пятнистая, гравилат городской), IV классом постоянства - встречаемость 61...80% (сныть обыкновенная, пролесник многолетний, копытень европейский, медуница неясная, будра плющевидная, чина весенняя, щитовник мужской, купена лекарственная), III классом постоянства - встречаемость 41...60% (звездчатка жестколистная, щитовник Картузиса, лютик кашубский, чистец лесной).
На расстоянии до 300 м от шлакоотвала наблюдается сукцессия живого напочвенного покрова: к характерным неморальным видам добавляются луговые (злаки) и рудеральные виды (малина, ежевика сизая, крапива двудомная), поэтому видовое разнообразие возрастает до 20...25 видов. При этом в целом сокращается обилие и проективное покрытие всех видов, включая доминантные характерные неморальные виды (например, осока волосистая). Происходит даже выпадение некоторых характерных видов: так, лютик кашубский не зафиксирован на расстоянии до 0,7 км от шлакоотвала.
В зоне 300 м от шлакоотвала отмечено почти двойное увеличение видового разнообразия травяно-кустарничкового яруса - от 20 видов (0,1 км) до 25 (0,3 км) по сравнению с ненарушенными растительными сообществами - от 9 видов (0,7 км) до 14 видов (1,2 км). Однако при этом сократилось проективное покрытие, которое определяли расчётным способом с использованием шкалы Ж. Браун-Бланке и переводных коэффициентов (в %) к ней.
Наименьшее проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса зафиксировано на самых близких к шлакоотвалу участках (0,15 км) - 3,2% и 0,1 км - 10,7%. Несколько выше оно на расстоянии 0,3 км - 20,2%, но при этом снижено, более чем в 2 раза по сравнению с ненарушенными насаждениями. Косвенно проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса связано с продуктивностью. Поэтому можно сделать вывод о снижении продуктивности травяно-кустарничкового яруса в дубравах на расстоянии до 300 м при хроническом загрязнении почвы тяжёлыми металлами.
Итак, фитоиндикационные методы позволяют оценить влияние хронического загрязнения почвы тяжёлыми металлами на лесные экосистемы.
На расстоянии до 300 м от шлакоотвала закономерно уменьшается проективное покрытие и, как следствие, биологическая продуктивность травяно-кустарничкового яруса. На этом фоне активизируются сукцессионные процессы, идёт увеличение видового разнообразия за счет нехарактерных луговых и рудеральных видов, выпадение характерных неморальных видов в связи с изменением светового режима в растительных сообществах из-за деструкции древесного яруса дубняков.
ютик кашубский (Ranunculus cassubicus) можно считать видом-индикатором деструкции дубравных экосистем под действием комплекса антропогенных факторов, в т.ч. хронического загрязнения тяжёлыми металлами. Он имеет наименьшую устойчивость к изменению светового режима в насаждениях вследствие более высокой чувствительности к этому фактору.
Метод лихеноиндикации отличается высокой чувствительностью к околофоновым уровням загрязнения атмосферы, позволяя довольно точно определять границы распространения промышленных выбросов. Применение метода в комплексе с параметрами других компонентов биогеоценоза позволяет дать оценку состояния окружающей среды вблизи источников техногенного загрязнения.
Хроническое загрязнение тяжёлыми металлами растительных сообществ широколиственных листопадных лесов оказало существенное влияние на травяно-кустарниковый ярус на расстоянии до 300 м от объекта воздействия - шлакоотвала.
Методы лихеноиндикаци позволили выявить значительное аэротехногенное воздействие на элементы биогеоценозов урочища. Детальное обследование видового состава и распространения эпифитных лихеносинузий на стволах деревьев позволило провести зонирование территории (таблица 7).
Как видно из таблицы, по мере удаления от шлакоотвала изменяются показатели состояния лихеносинузий в сторону увеличения. Встречаемость накипных форм лишайников возрастает от 28% в 300 м от объекта, до 88% на самом удалённом участке (1,9 км). Средняя длина района поселения также увеличивается, в среднем от 0,9 до 2,5 м. Однако следует отметить, что эти показатели получены как средние для липы и дуба. Встречаемость, средняя протяженность по стволу и проективное покрытие лишайниками на высоте 1,3 м у липы значительно выше, чем у дуба. Поэтому зону сильного воздействия можно назвать лишайниковой пустыней. На расстоянии 500...700 м существенно возрастают встречаемость лишайников - до 60...72%, протяженность по стволу - до 1,5 м, проективное покрытие - до 12%, в среднем 4,5...6,3%. На расстоянии 900 м и более все показатели значительно возрастают, особенно проективное покрытие - до 22,5%. Для сравнения, в контроле все основные показатели оказались выше, чем в зоне слабого воздействия.
Таблица 7 Ц Характеристика лишайниковых синузий в районе исследований
№ ПП | Квартал Выдел | Расстояние до объекта воздействия, м | Встреча-емость, % | Средняя длина района поселения, м | Среднее покрытие на высоте 1,3 м накипных лишайников, % | ||||
север | восток | запад | юг | среднее | |||||
Зона сильного воздействия (I) | |||||||||
5 | 6 1 | 100 | 40 | 0,9 0,3...1,2 | - | - | - | - | - |
1 | 6 2 | 150 | 36 | 1,0 0,4...1,6 | 2 | 1 | - | - | 0,75 |
4 | 4 19 | 300 | 28 | 0,8 0,3...1,1 | - | - | - | - | - |
Зона среднего воздействия (II) | |||||||||
3 | 4 20 | 700 | 60 | 1,4 0,5Ц2,2 | 8 | 3 | 5 | 2 | 4,5 |
6 | 6 10 | 900 | 72 | 1,5 0,4Ц2,4 | 12 | 3 | 6 | 4 | 6,3 |
Зона слабого воздействия (III) | |||||||||
2 | 4 17 | 1000 | 80 | 2,1 0,6Ц3,5 | 17 | 10 | 17 | 22 | 16,5 |
9 | 7 12 | 1900 | 92 | 2,2 0,5Ц3,3 | 12 | 17 | 15 | 8 | 13,0 |
7 | 5 13 | 1200 | 84 | 2,1 0,6Ц3,5 | 34 | 23 | 19 | 14 | 22,5 |
8 | 7 7 | 1300 | 88 | 2,5 0,5Ц3,7 | 20 | 10 | 28 | 16 | 18,5 |
Контроль | |||||||||
10 | 26 12 | 30 км | 96 | 3,3 0,5Ц4,5 | 32 | 22 | 50 | 26 | 32,5 |
Таким образом, состояние эпифитных лихеносинузий позволяет провести зонирование территории урочища. При этом возможно выделение трех зон: зона сильного воздействия; зона среднего воздействия и зона слабого воздействия.
В условиях длительного техногенного воздействия остро встаёт вопрос о сукцессионных процессах в лесных сообществах. Поэтому влияние шлакоотвала на естественное возобновление древесных пород представляет особый интерес.
Анализ распределения густоты подроста (рисунок 9) показал, что естественное возобновление тем лучше, чем дальше древостой произрастает от шлакоотвала. Эта зависимость выражена уравнением прямой y = 6,7209x - 725,88 с точностью R2 = 0,7357.
Рисунок 9 Ц Изменение густоты подроста в зависимости от удаления от шлакоотвала
Густота подлеска (рисунок 10) уменьшается по мере удаления от шлакоотвала и описывается уравнением параболы y = -4E - 06x3 + 0,0196x2 - 32,53x + 17434 с точностью R2 = 0,9564
Рисунок 10 Ц Изменение густоты подлеска в зависимости от удаления от шлакоотваа
В подросте на территории исследуемого объекта произрастают ясень, клен, липа, которые в целом возобновляются успешно. Дуб в данных условиях семенным путём не возобновляется. Это, отчасти, можно объяснить тем, что под влиянием компонентов шлакоотвала, сформировалась почвенная среда, которая препятствует возобновлению дуба.
Отмечено отрицательное влияние шлакоотвала на естественное лесовозобновление: на удалении до 300 м оно отсутствует полностью; на расстоянии около 500 м происходит постепенное увеличение густоты подроста. Зависимость увеличения густоты подроста по мере удаления от шлакоотвала можно выразить уравнением прямой y = 6,7209x - 725,88 с коэффициентом аппроксимации R2 = 0,7357. Густота подлеска, наоборот, снижается по мере удаления от шлакоотвала, т.к. более здоровый древостой и подрост являются мощным конкурентом подлеска. Эту зависимость можно выразить уравнением параболы: y = -4E - 06x3 + 0,0196x2 - 32,53x + 17434 с коэффициентом аппроксимации R2 = 0,9564.
Сравнение полученных данных с результатами исследования 1999 г. показало, что на ПП, расположенных в зоне до 300 м от шлакоотвала, увеличилась густота подлеска, а на ПП далее 300 м улучшилось состояние подроста и увеличилась его густота, что объясняется ослаблением корневой конкуренции в связи повышенным отпадом деревьев основного полога.
Анализ естественного возобновления показывает сукцессию дубовых насаждений на липово-кленово-ясеневые, что с одной стороны, повышает биоразнообразие урочища и его устойчивость к воздействию шлакоотвала и других техногенных факторов, с другой - снижает его лесоводственно-экономическую значимость.
Содержание тяжёлых металлов в растениях и некоторые приемы
повышения экологической безопасности плодов и ягод
При попадании в почву металлы интенсивно поглощаются растениями, что показывают результаты анализа образцов древесины дуба черешчатого, ясеня обыкновенного и берёзы повислой, взятых на различном удалении (50 и 1000 м) в восточном направлении от шлакоотвала. Исследовались также листья дуба черешчатого, взятые с модельных деревьев, расположенных в 20 - 70 м на юго-восток от шлакоотвала (рисунок 11).
Рисунок 11 Ц Относительное изменение содержания металлов в древесине основных лесообразующих пород на расстоянии 1000 м от шлакоотвала
(за 100% взято содержание тяжёлых металлов на расстоянии 50 м)
Сравнительный анализ содержания металлов в древесине перечисленных видов показывает снижение их содержания на удалении 1000 м от шлакоотвала по сравнению с 50-метровой зоной в среднем, на 24,7 % для дуба, на 52,9 % для ясеня и на 56,6 % для берёзы.
Наличие разнообразных путей поступления тяжёлых металлов в растение предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого фактора меняется в зависимости от изменений условий среды. Наши исследования показали значительное влияние экологического и генетического факторов на содержание микроэлементов в плодах и листьях ягодных растений.
истья смородины чёрной содержат в несколько раз больше Pb, Ni, Zn, Fe и Cu по сравнению с листьями малины и крыжовника (таблица 8). При этом содержание микроэлементов в листьях ягодных культур зависело от агрофона. Отмечено статистически достоверное влияние минеральных удобрений на накопление в листьях смородины чёрной Pb, Ni, Zn и Fe, и на накопление в листьях малины Ni и Zn.
Таблица 8 Ц Содержание микроэлементов в листьях ягодных культур (средние данные за 2005Е2008 гг.).
Культура | Вариант | Содержание микроэлементов в листьях, мг/кг сырой массы. | ||||
Pb | Ni | Zn | Cu | Fe | ||
Смородина чёрная | Контроль | 2,95 | 8,46 | 9,06 | 17,72 | 14,10 |
N90Р90К90 | 3,26 | 6,09 | 10,85 | 16,70 | 39,84 | |
Малина | Контроль | 0,68 | 1,55 | 5,96 | 3,21 | 3,36 |
N90Р90К90 | 0,83 | 4,49 | 3,98 | 0,93 | 0,93 | |
Крыжовник ЭЛС 24-15-21 | Контроль | 0,74 | 1,01 | 3,64 | 1,16 | 3,04 |
N90Р90К90 | 0,71 | 1,08 | 4,22 | 1,00 | 3,06 | |
Крыжовник ЭЛС 24-15-2 | Контроль | 0,9 | 0,83 | 3,42 | 1,2 | 1,02 |
N90Р90К90 | 1,04 | 0,76 | 5,66 | 1,29 | 3,78 | |
Внесение цеолита в возрастающих дозах приводило к достоверно более низкому содержанию Pb и Ni в листьях смородины чёрной (рисунок 12), малины и крыжовника. Эти токсичные элементы поступают в растения преимущественно пассивным путём, и у всех изучаемых культур содержание Pb и Ni в листьях изменяется в соответствии с содержанием доступных форм в почве. Коэффициенты корреляции между содержанием Ni в листьях и подвижных форм Ni в почве были: для смородины - 0,7, для малины - 0,9, для крыжовника - 0,5. Корреляция между содержанием Pb в листьях и в почве: для малины r = 0,5, для крыжовника r = 0,82.
Рисунок 12 Ц Содержание Pb и Ni в листьях смородины чёрной
(мг/кг сырой массы) при внесении возрастающих доз цеолита.
Накопление биогенных элементов Zn и Cu в листьях ягодных культур при снижении содержания в почве доступных форм этих элементов при внесении возрастающих доз цеолита было специфичным для каждой культуры (рисунок 13). Увеличение содержания в листьях ягодных культур биогенных микроэлементов при снижении содержания в почве их доступных соединений может свидетельствовать о задействовании механизмов активного метаболического поглощения.
Таким образом, содержание токсичных микроэлементов в листьях ягодных культур определяется преимущественно экологическим фактором - содержанием в почве доступных форм этих элементов, а в поступлении в листья ягодных растений биогенных микроэлементов значимую роль играет генетический фактор.
Конечной целью исследований является оптимизация микроэлементного состава ягодной продукции. В таблице 9 приведены данные о содержании микроэлементов в плодах ягодных культур в условиях опыта, а также ПДК микроэлементов в плодах и ягодах и средние фоновые значения содержания микроэлементов в изучаемых культурах. Хотя содержание исследуемых металлов в плодах не превышает ПДК, присутствие Ni и Pb, изменение доли Zn, Cu и Fe по сравнению со средним фоновым уровнем свидетельствует о влиянии на минеральный состав внешних техногенных и агрогенных факторов и необходимости контроля за содержанием токсичных элементов.
Наибольшее содержание Pb отмечено в плодах крыжовника, Ni - в плодах малины. В то же время, малина характеризуется и наибольшим содержанием ценных биогенных микроэлементов - Fe и Zn.(Таблица 9).
А Б
В Г
Д Е
А, Б Ц смородина чёрная; В, Г Ц малина;
Д, Е Ц крыжовник (форма ЭЛС 24-15-21 форма ЭЛС 24-15-2 )
Рисунок 13 Ц Содержание Zn и Cu в листьях ягодных культур
при внесении возрастающих доз цеолита (мг/кг сырой массы);
Таблица 9 Ц Содержание микроэлементов в плодах ягодных культур
(средние данные за 2005Е2008 гг.).
Культура | Вариант | Содержание микроэлементов в плодах, мг/кг сырой массы. | ||||
Pb | Ni | Zn | Cu | Fe | ||
Смородина чёрная | Контроль | 0,025 | 0,15 | 0,48 | 0,26 | 0,32 |
N90Р90К90 | 0,025 | 0,20 | 0,58 | 0,35 | 0,63 | |
Средние фоновые | - | - | 0,8 | 0,8 | 8,4 | |
Малина | Контроль | 0,016 | 0,354 | 1,845 | 0,259 | 3,77 |
N90Р90К90 | 0,014 | 0,342 | 1,353 | 0,243 | 3,93 | |
Средние фоновые | - | 0,06 | 2,0 | 1,7 | 12,0 | |
Крыжовник ЭЛС 24-15-21 | Контроль | 0,053 | 0,101 | 0,845 | 0,160 | 0,489 |
N90Р90К90 | 0,041 | 0,146 | 0,802 | 0,131 | 0,421 | |
Крыжовник ЭЛС 24-15-2 | Контроль | 0,058 | 0,164 | 0,891 | 0,147 | 0,403 |
N90Р90К90 | 0,045 | 0,206 | 0,856 | 0,123 | 0,450 | |
Средние фоновые | - | - | 0,9 | 1,3 | 8,0 | |
ПДК для плодов и ягод | 0,4 | 0,5 | 10,0 | 5,0 | 50,0 | |
Суммарный показатель накопления Pb, Ni, Zn и Cu составил 0,915 - для смородины чёрной, 2,47 - для малины, 1,16 и 1,26 - соответственно, для форм крыжовника ЭЛС 24-15-21 и ЭЛС 24-15-2. Таким образом, в условиях наших опытов малина имеет наибольший экологический риск накопления ТМ в продукции.
Действие физиологических барьеров, препятствующих поступлению ТМ в генеративные органы, у разных культур проявляется неодинаково. Так смородина, имевшая самое высокое содержание ТМ в листьях (Таблица 8), содержала ТМ в ягодах в 30Е50 раз меньше. Содержание Pb в плодах малины было в 44 раза меньше, чем в листьях. Содержание Ni, Zn и Cu - соответственно в 4, 3 и 12 раз меньше. В то же время, плоды и листья малины содержали почти одинаковое количество железа. (Таблицы 8 и 9).
Закономерности поступления Pb и Ni в плоды ягодных культур сходны с поступлением этих элементов в листья. Отмечена достоверная корреляция между содержанием Pb и Ni в плодах и листьях малины (rPb = 0,83 и
rNi = 0,76), крыжовника (rPb = 0,96 и rNi = 0,94), смородины чёрной (rNi= 0,77). Содержание Pb и Ni в плодах при внесении цеолита снижалось на 20Е70% в зависимости от культуры.
Изменение содержания Zn и Cu в плодах при внесении возрастающих доз цеолита было специфичным для каждой культуры (таблицы 10 и 11).
Закономерности поступления Zn и Cu в ягоды смородины чёрной сходны с поступлением Zn и Cu в листья, что подтверждается корреляцией между содержанием микроэлементов в листьях и ягодах: rCu =0,8; rZn =0,5. Содержание Zn и Cu в ягодах смородины чёрной было связано и с содержанием подвижных форм ТМ в почве. Достоверные коэффициенты корреляции между содержанием этих элементов в почве и в ягодах составили: rCu =0,78;
rZn = 0,73. Таким образом, накопление Zn и Cu в ягодах смородины чёрной происходит при участии как генетического, так и экологического факторов.
В плодах малины минимальное содержание Zn и Cu отмечено в варианте с внесением 10 т/га цеолита на фоне N90Р90К90. (Таблица 10).
Таблица 10 Ц Содержание Zn и Cu в плодах смородины чёрной и малины
(мг/кг сырой массы).
Смородина чёрная | Малина | ||||
Вариант | Zn | Cu | Вариант | Zn | Cu |
Контроль | 0,48 | 0,26 | Контроль | 1,854 | 0,259 |
N90Р90К90 | 0,58 | 0,35 | N90Р90К90 | 1,353 | 0,243 |
N90Р90К90+ Цеолит 3 т/га | 0,15 | 0,18 | N90Р90К90+ Цеолит 2 т/га | 1,491 | 0,192 |
N90Р90К90+ Цеолит 8 т/га | 0,23 | 0,20 | N90Р90К90+ Цеолит 10 т/га | 1,073 | 0,167 |
N90Р90К90+ Цеолит 16 т/га | 0,34 | 0,25 | N90Р90К90+ Цеолит 20 т/га | 1,230 | 0,176 |
N90Р90К90+ Цеолит 24 т/га | 0,39 | 0,40 | N90Р90К90+ Цеолит 30 т/га | 1,641 | 0,174 |
НСР 0,05 | 0,09 | 0,10 | НСР 0,05 | 0,110 | 0,030 |
Плоды крыжовника в вариантах с внесением цеолита содержали Zn достоверно меньше, чем в контрольном варианте (таблица 11). Отмечена высокая положительная корреляция (r = 0,91Е0,94) между содержанием подвижных форм Zn в слое почвы 20Е40 см и содержанием этого элемента в плодах обеих изучаемых форм.
Таблица 11 Ц Содержание Zn и Cu в плодах крыжовника (мг/кг сырой массы).
ЭЛС 24-15-21 | ЭЛС 24-15-2 | ||||
Вариант | Zn | Cu | Вариант | Zn | Cu |
Контроль | 0,845 | 0,160 | Контроль | 0,891 | 0,147 |
N90Р90К90 | 0,802 | 0,131 | N90Р90К90 | 0,856 | 0,123 |
N90Р90К90+ Цеолит 8 т/га | 0,211 | 0,081 | N90Р90К90+ Цеолит 8 т/га | 0,243 | 0,153 |
N90Р90К90+ Цеолит 16 т/га | 0,187 | 0,259 | N90Р90К90+ Цеолит 16 т/га | 0,306 | 0,214 |
N90Р90К90+ Цеолит 24 т/га | 0,048 | 0,128 | N90Р90К90+ Цеолит 24 т/га | 0,064 | 0,155 |
НСР 0,05 | 0,130 | 0,080 | НСР 0,05 | 0,080 | 0,010 |
Внесение 16 т/га цеолита на фоне N90Р90К90 способствовало достоверно более высокому содержанию Cu в плодах крыжовника по сравнению с фоном. Имела место отрицательная корреляция (r = -0,9) между содержанием Cu в плодах крыжовника и содержанием подвижных форм Cu в слое почвы 20Е40 см. Всё это свидетельствует о преимущественно генетическом контроле поступления Cu в плоды крыжовника в экологических условиях опытного участка.
Под влиянием цеолита изменилось соотношение микроэлементов в плодах - суммарная доля токсичных элементов свинца и никеля снизилась на 20Е50% в зависимости от культуры. Суммарная доля биогенных элементов в ягодах смородины чёрной возросла в основном за счет увеличения содержания важного в биологическом и пищевом плане железа. В плодах крыжовника суммарная доля биогенных элементов возросла за счёт железа и меди.
Минимальные значения суммарного показателя накопления (СПН) Pb, Ni, Zn и Cu в плодах ягодных культур отмечены в следующих вариантах: в опыте со смородиной чёрной - при внесении 3 т/га цеолита на фоне N90Р90К90, в опыте с малиной - при внесении 10 т/га цеолита на фоне N90Р90К90, в опыте с крыжовником - при внесении 24 т/га цеолита на фоне N90Р90К90.
Анализ содержания фитогормонов в листьях смородины чёрной сорта Кипиана на территории ВНИИСПК показал, что внесение под эту культуру N90Р90К90 существенно (в 4 раза) увеличивает содержание ИУК на фоне повышения соотношения ИУК/АБК (6,80 против 1,86 на контроле). В варианте с совместным применением N90Р90К90 и цеолита, несмотря на максимальное содержание ИУК, соотношение ИУК/АБК было на уровне контроля (2,14 относительно 1,86 в контроле). В условиях техногенного загрязнения в варианте N90Р90К90 + цеолит отмечено меньшее снижение ИУК (в 1,36 раза), чем в варианте с N90Р90К90 без цеолита (в 3,5 раза) по сравнению с их бесстрессовыми вариантами. В варианте с цеолитом количество АБК в листьях снизилось на 27%. В результате соотношение ИУК/АБК в растениях, произрастающих на территории техногенного загрязнения, при совместном внесении под культуру N90Р90К90 + цеолит было на уровне такового соотношения фитогормонов в варианте N90Р90К90 + цеолит на территории ВНИИСПК. Аналогичные данные в условиях стресса получены и по гибберелловой кислоте (ГА3). Возделывание растений на фоне совместного внесения в почву N90Р90К90 + цеолит в условиях интоксикации ТМ не повлияло на уровень ГА3, тогда как в варианте с N90Р90К90 количество данного гормона снизилось на 26%.
Таким образом, проведённый анализ показал, что в условиях интоксикации ТМ в варианте N90Р90К90 + цеолит гомеостаз фитогормонов был на относительно постоянном уровне, что может служить указанием на протекторное влияние используемого мелиоранта.
Биологически активные вещества могут изменять реакцию растений на стрессоры. В связи с этим особый интерес вызывает циркон - природный регулятор эндогенного фенольного действия, на основе гидроксикоричных кислот. По рекомендациям производителей циркон считается корнеобразователем и индуктором цветения, способствует формированию устойчивости к ряду грибных заболеваний. В связи с этим представляло интерес изучить возможность протекторного воздействия циркона на процесс липопероксидации при интоксикации растений земляники (сорт Рубиновый кулон) ионами меди.
Проведённые анализы показали, что внесение в почву 2 ПДК меди в 2,7 раза увеличило содержание исследуемого металла в листьях земляники по отношению к контрольным растениям. На фоне интоксикации растений медью обработка цирконом несколько снизила накопление исследуемого металла. Содержание ионов меди в данном варианте только в 2 раза превышало контроль.
Значительное накопление меди в растениях в варианте с 2 ПДК на 32,2 % повысило активность пероксидазы в листьях. По-видимому, увеличение активности фермента связано с наличием высокого уровня гидроперекисей (содержание последних на 50,3 % выше контроля). При этом коэффициент корреляции между активностью фермента и содержанием гидроперекисей составил 0,92.
На фоне двукратного увеличения содержания меди в листьях земляники обработка растений цирконом в варианте 2 ПДК меди + циркон на 30,8 % вызвала повышение активности пероксидазы по отношению к контролю, что практически не составляло отличия от увеличения активности фермента в варианте с 2 ПДК токсиканта. Однако образование гидроперекисей в данном варианте было несколько ниже, чем в варианте с чистым токсикантом (38 % против 50,3 %, соответственно, относительно контроля). Более низкое содержание гидроперекисей в варианте 2 ПДК меди + циркон, возможно, связано с активацией гидроксикоричными кислотами другого антиоксидантного фермента - супероксиддисмутазы (СОД). Известно, что в результате взаимодействия СОД с О2- происходит образование перекисей (Mitteler, 2002). Дальнейшая реутилизация перекисей идет с участием каталазно-пероксидазной системы. Следует отметить, что обработка цирконом растений земляники, растущей на почве без внесения меди, достоверно не повлияла ни на активность фермента, ни на образование гидроперекисей.
Вызванные изменения в содержании катионов меди, гидроперекисей и активности антиоксидантного фермента в листьях растений, в конечном итоге сказались и на интенсивности перекисного окисления липидов мембран. Содержание малонового диальдегида при интоксикации земляники ионами меди было на 63,84 % выше контроля. Обработка растений цирконом не только несколько снижала накопление ионов меди и образование гидроперекисей в варианте 2 ПДК меди + циркон, но и препятствовала интенсификации ПОЛ. Так, количество конечного продукта липопероксидации - МДА в данном варианте было выше контроля только на 45,2 %.
Таким образом, используемый регулятор роста циркон сдерживал накопление ионов меди в листьях земляники при её токсичном содержании в почве и регулировал перекисный гомеостаз растений.
Выводы
- Негативные последствия загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами представляют реальную угрозу для биосферы. Из-за недооценки этого фактора агроландшафтные системы Центральной России подвержены значительному загрязнению тяжёлыми металлами. Наиболее существенное повышение их содержания в почве отмечается вокруг локальных загрязнителей: промышленных отвалов, автомагистралей, а также на землях длительного интенсивного сельскохозяйственного использования. Так, по полученным нами данным в результате пятидесятилетнего интенсивного применения средств защиты растений в садовых агроценозах ВНИИ селекции плодовых культур валовое содержание тяжёлых металлов в почве на многих участках превышает регионально-фоновую концентрацию: Pb и Ni - в 2 раза, Zn - в 3 раза, а валовое содержание Cu превысило ОДК. Содержание подвижных форм ТМ сонставило: Pb 0,08 0,01; Ni 0,28 0 ,03; Cu 0,56 0,09; Zn 15,03 1,9. Тенденция загрязняющего воздействия проявляется даже на почвах памятников природы.
- Анализ фонового содержания тяжёлых металлов в различных типах почв выявил существенные различия. Содержание свинца было наибольшим в серой лесной почве (от 13 до 89 мг/кг со средним значением 41,48 мг/кг.), а в дерново-подзолистой почве наименьшим - (на уровне 11,5 мг/кг). Содержание цинка, кобальта и меди в почве оказалось связанным с её плодородием: в более плодородных почвах содержание этих элементов оказалось выше. Содержание никеля было наибольшим в выщелоченном чернозёме (42,6 мг/кг), затем в серой лесной (40 мг/кг) почвах. Меньше всего содержалось этого микроэлемента в дерново-подзолистой почве. По содержанию марганца различия были незначительными. Чернозём выщелоченный и тёмно-серые лесные почвы отличались большим содержанием хрома.
- В зонах интенсивного техногенного загрязнения сукцессионные изменения растительности носят явно выраженный характер: по мере удаления от источника загрязнения жизнеспособной остается вначале лишь специфичная травянистая растительность, затем добавляются (на расстоянии около 300 м) злаки и рудеральные виды (малина, ежевика, крапива двудомная и др.). При этом в целом сокращается обилие всех видов, включая доминантные. Наиболее чувствительным к загрязнению в зоне исследования оказался представитель травянистой флоры - лютик кашубский, который можно рассматривать как вид - индикатор загрязнения.
- Адаптивные реакции сельскохозяйственных полевых культур на загрязнение тяжёлыми металлами имеют существенные различия. По степени снижения устойчивости к этому виду загрязнения они располагаются в следующем порядке: крупяные, зерновые, зернобобовые, сахарная свекла. Действие тяжёлых металлов у них проявляется через угнетение активности клеточных ферментов, снижение активности антиоксидантного фермента, интенсификацию процессов липидопероксидации биомембран на фоне нарушения баланса фитогормона, аномалии в развитии корневой системы проростков (в том числе, неразвитие первичного корня или вторичных корней, отсутствие эпикотиля, формирование эпикотиля без верхушечной почки). Под действием тяжёлых металлов происходят негативные изменения также в росте и развитии корней плодовых культур. При этом никель оказывает наибольшее токсическое действие (деформируются корневые волоски, клетки поверхности зоны проведения корня не имеют четких контуров).
- Дикие виды древесных растений на загрязнённых территориях формируют листовую пластинку меньшей площади, большей толщины, с меньшим содержанием хлорофиллов, кратно снижается в них активность клеточных ферментов. Установлена высокая тесная связь между величиной показателя стабильности развития берёзы повислой, определяемого по величине флуктуирующей асимметрии листа, и содержанием в листьях тяжёлых металлов (R2 = 0,98), что позволило провести зонирование территории по данному показателю. Кризисное и предкризисное состояние экосистем прогнозируется на расстоянии до 500 м, удовлетворительное состояние сменяется хорошим на расстоянии более 1000 м от промышленного отвала. Изменения в составе лишайников на загрязнённой территории позволили провести её зонирование по данным лихеноиндикации. При этом выделено 3 зоны: зона сильного воздействия, зона среднего воздействия и зона слабого воздействия источника загрязнения.
- Математически достоверной оказалась связь флуктуирующей асимметрии и содержания тяжёлых металлов в листьях яблони домашней (R2= 0,98). Разработана шкала оценки стабильности развития этой культуры по показателям флуктуирующей асимметрии. На основе полученных достоверных связей разработана методика использования яблони в качестве индикаторного растения для биомониторинга стрессового воздействия среды на растения в садовых агроценозах.
- Четко выраженный характер действия источника промышленного загрязнения приводит к формированию зон древесной растительности с различной интенсивностью радиального прироста, что позволило выявить в ретроспективе периоды начала отрицательного действия изучаемого шлакоотвала на дубовые насаждения. По мере удаления от отвала отмечена сукцессия дубовых ценозов на липово-кленово-ясеневые. Выявлено, что зависимость густоты подроста по мере удаления от шлакоотвала носит линейный характер (при R2 = 0,9564).
- Использование дендрологического метода при изучении радиального прироста яблони домашней показало неодинаковую устойчивость различных сортов этой культуры к хроническому загрязнению тяжёлыми металлами. Наименьшая устойчивость к данному фактору оказалась у сорта Антоновка обыкновенная (что может быть связано с более благоприятными экологическими условиями в период выведения этого сорта).
- Накопление тяжёлых металлов в различных частях растений неодинаково. Оно выше в листьях, ниже - в плодах. При оценке влияния агроприемов на экологическую безопасность плодово-ягодной продукции необходимо учитывать содержание микроэлементов в листьях и плодах, использовать системные показатели, такие как коэффициент накопления (Кн) и суммарный показатель накопления (СПН). Элементы располагаются в порядке убывания их количества в ягодах смородины чёрной следующим образом: цинк, железо, медь, никель, свинец; крыжовника и малины - цинк, железо, никель, медь, свинец.
- Перспективным способом снижения подвижности тяжёлых металлов в почве и содержания тяжёлых металлов в растениях и плодовой продукции является использование мелиорантов, в том числе, нанопористого природного минерала цеолита. Экономически обоснованными дозами при выращивании ягодных культур являются: для смородины чёрной - 3 т/га; для малины - 10 т/га; для крыжовника - 8 т/га. При этом рентабельность производства повысилась на 40, 24 и 19% соответственно.
Применение регуляторов роста, в том числе - препарата циркон, использование которого в дозе 10 мкг/л (110-6 %) сдерживало накопление ионов меди в листьях земляники при её высоком содержании в почве и регулировало перекисный гомеостаз растений.
Предложения по практическому использованию
результатов исследований
- Органам государственной власти и управления в сфере регулирования природопользования принять соответствующие нормативно-законодательные акты по запрещению размещения промышленных токсичных отходов открытым способом; разработать и утвердить государственную программу по утилизации и захоронению действующих отвалов, терриконов, хвостохранилищ и других объектов хранения отходов.
- Госстрою РФ и его территориальным органам при проведении государственной экспертизы проектов строительства промышленных предприятий не допускать согласований на размещение отходов в агроландшафтах открытым способом. Рекомендовать предприятиям использовать зарубежный передовой опыт по глубокой переработке и нейтрализации их токсичности, утилизации и захоронению отходов.
- Руководителям промышленных предприятий, в собственности которых находятся шлакоотвалы и другие аналогичные объекты хранения отходов производства, реализовать проекты по предотвращению дальнейшего загрязнения территорий данными объектами.
- Сельскохозяйственным организациям, на землях которых размещены отвалы, терриконы, хвостохранилища в структуре посевных площадей на загрязнённых вышеуказанными объектами землях, предусматривать разработку и освоение систем земледелия, основу которых будут составлять севообороты с более толерантными к загрязнению культурами.
- Для снижения поступления тяжёлых металлов в ягодную продукцию использовать в качестве мелиоранта нанопористый природный минерал - цеолит Хотынецкого месторождения при выращивании смородины чёрной - 3 т\га, малины - 10 т/га и крыжовника - 8 т/га.
- При подготовке специалистов в области экологии, лесомелиорации, земледелия, агрохимии и другим специальностям использовать методические рекомендации по флуктуирующей асимметрии листовой пластинки, определению свинца и никеля в органах растений и подвижных форм меди в почве.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
- Кузнецов, М. Н. Оценка экологического состояния окружающей природной среды в районе складирования отходов алюминиевого производства / М. Н. Кузнецов, С. И. Марченко, И. Н. Глазун, Л. М. Соболева // Вестник МАНЭБ. - 2008. - Т. 13. - № 3. - С. 10-18.
- Кузнецов, М. Н. Накопление тяжёлых металлов в плодах и почве в зоне техногенного загрязнения / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва // Вестник РАСХН. - 2008. - 4. - С. 80-82.
- Кузнецов, М. Н. Сравнительная характеристика особенностей флуктуирующей асимметрии листьев яблони в разных экологических условиях. / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин // Сельскохозяйственная биология. Сер. Биология. - 2008. - № 3. - С. 72-77.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолита на содержание свинца и никеля в ягодах чёрной смородины и крыжовника. / М. Н. Кузнецов, Т. А. Роева, Л. И. Леонтьева // Садоводство и виноградарство. - 2008. - № 6. - С. 15-16.
- Кузнецов, М. Н. Оценка количественных возможностей использования цеолитсодержащих пород для снижения поступления тяжёлых металлов в ягоды чёрной смородины. / М. Н. Кузнецов, Е. В. Леоничева, Т. А. Роева // Аграрный вестник Урала. - 2009. - № 5 (59). - С. 92-94.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолитизации на содержание тяжёлых металлов в светло-серой лесной почве в условиях техногенного загрязнения / М. Н. Кузнецов, Е. В. Леоничева, С. М. Мотылёва, Т. П. Уколова, М. Е. Мертвищева, О. А. Подушнова // Доклады РАСХН. - 2009. - № 3. - С. 38-41.
- Кузнецов, М. Н. Влияние свинца и никеля на зародышевые корни яблони. / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва // Садоводство и виноградарство. - 2009. - № 4. - С. 17-22.
- Кузнецов, М. Н. Особенности влияния техногенного загрязнения на интенсивность протекания перекисного окисления липидов мембран в листьях яблони. / М. Н. Кузнецов, П. С. Прудников // Сельскохозяйственная биология. Сер. Биология растений. - 2009. - № 5. - С. 26-28.
Монографии, брошюры и рекомендации
- Кузнецов, М. Н. Тяжёлые металлы и продуктивность агроэкосистем: монография / Р. Н. Ляшук, М. Н. Кузнецов, А. Г. Гурин. - Орёл, 2007. - 196 с.
- Кузнецов, М. Н. Методические указания по определению величины флуктуирующей асимметрии листа яблони / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин, Е. А. Долматова - Орёл, 2009. - 18 с.
- Кузнецов, М. Н. Методические рекомендации по определению подвижных форм Cu методом жидкостной хроматографии / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва, Л. И. Леонтьева, М. Е. Мертвищева - Орёл, 2009. - 23 с.
- Кузнецов, М. Н. Методические рекомендации по определению Pb и Ni в органах плодовых и ягодных растений / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва - Орёл, 2009. - 23 с.
Статьи в сборниках научных трудов и материалы конференций
- Кузнецов, М. Н. Об агроэкологических последствиях техногенного загрязнения. / М. Н. Кузнецов // Достижения аграрной науки в решении экологических проблем Центральной России: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орёл, 1999. - С. 93-101.
- Кузнецов, М. Н. К методологии расчёта экономического ущерба от загрязнения земель. / М. Н. Кузнецов // Современные проблемы рационального использования ресурсов в АПК: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орёл, 2000. - С 117-121.
- Кузнецов, М. Н. Состояние естественных фитоценозов как индикатор загрязняющего действия шлакоотвалов / М. Н. Кузнецов // Современные проблемы рационального использования ресурсов в АПК: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орёл, 2000 . - С 18-22.
- Кузнецов, М. Н. Влияние эмиссий шлакоотвала (Думчинский) на санитарно-патологическое состояние дубовых биогеоценозов / М. Н. Кузнецов, В. П. Шелухо // Вопросы лесоведения и лесоводства. - Брянск, 2000. - С 48-57.
- Кузнецов, М. Н. Влияние комплекса техногенных факторов шлакоотвала алюминиевого производства на радиальный прирост дуба черешчатого / М. Н. Кузнецов, И. Н. Глазун, Д. И. Нартов // Вопросы лесоведения и лесоводства. - Брянск, 2000. - С. 64-77.
- Кузнецов, М. Н. Последствия загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами в зонах техногенного воздействия (на примере Думчинского отвала Орловской области): автореферат диссертации кандидата сельскохозяйственных наук / Кузнецов Михаил Николаевич. - Орёл, 2000. - С. 21.
- Кузнецов, М. Н. Почвоутомление в яблоневом саду / М. Н. Кузнецов, Т. П. Уколова, Т. А. Роева // Роль интенсивных технологий в интенсивном садоводстве: Материалы международной научно-методической конференции, Россия, Орёл 28-31 июля, 2003. - Орёл, 2003. - С. 187-190.
- Кузнецов, М. Н. Основные результаты научной деятельности ВНИИСПК в 2003 году / М. Н. Кузнецов, Л. А. Грюнер // Селекция и сортовая агротехника плодовых культур. - Орёл, 2004. - С. 3-13.
- Кузнецов, М. Н. Влияние многолетних трав на почву после раскорчевки сада / М. Н. Кузнецов, Т. П. Уколова, Т. А. Роева, Л. И. Леонтьева // Селекция и сортовая агротехника плодовых культур. - Орёл, 2004. - С. 101-107.
- Кузнецов, М. Н. Особенности накопления тяжёлых металлов в яблоках в зависимости от условий выращивания / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва, М. В. Соснина, Т. П. Уколова // Агроэкология: Сборник научных трудов Экологические основы плодовощеводства - Горки: 2005. - С. 48-53.
- Кузнецов, М. Н. Влияние минеральных удобрений и мелиорантов на физиологические показатели растений / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва, О. В. Тарасова // Состояние и перспективы селекции и сорторазведения плодовых культур: материалы международной научно-методической конференции, Россия, Орёл, 12-15 июля, 2005. - Орёл, 2005. - С. 216-225.
- Кузнецов, М. Н. Всероссийскому НИИ селекции плодовых культур 160 лет (исторические вехи, направления деятельности, достижения, ведущие ученые) / М. Н. Кузнецов, Л. А. Грюнер // Состояние и перспективы селекции и сорторазведения плодовых культур: материалы международной научно-методической конференции, Россия, Орёл, 12-15 июля, 2005. - Орёл, 2005. - С 3-13.
- Кузнецов, М. Н. История и основные направления научной деятельности лаборатории агроэкологии / М. Н. Кузнецов, Т. П. Уколова, Е. В. Леоничева // Состояние и перспективы селекции и сорторазведения плодовых культур: материалы международной научно-методической конференции, Россия, Орёл, 12-15 июля, 2005. - Орёл, 2005. - С. 209-225.
- Кузнецов, М. Н. Адаптивный ответ устьичного аппарата листа чёрной смородины на загрязнение тяжёлыми металлами / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин // Состояние и перспективы развития ягодоводства России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 19-22 июня, 2006 г. - Орёл, 2006. - С. 156-161.
- Кузнецов, М. Н. Анализ системы хозяин - патоген для земляники в условиях интоксикации тяжёлыми металлами / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин, Г. П. Жук // Состояние и перспективы развития ягодоводства России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 19-22 июня, 2006 г. - Орёл, 2006. - С. 161-165.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолита и извести на влажность почвы и показатели водного режима чёрной смородины / М. Н. Кузнецов, Т. А. Роева, Е. В. Леоничева // Состояние и перспективы развития ягодоводства России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 19-22 июня, 2006 г. - Орёл, 2006. - С. 249-252.
- Кузнецов, М. Н. Влияние мелиорантов на изменение активности каталазы и хлорофилла в листьях земляники / М. Н. Кузнецов, О. В. Тарасова // Состояние и перспективы развития ягодоводства России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 19-22 июня, 2006 г. - Орёл, 2006. - С. 283-287.
- Кузнецов, М. Н. Адаптивно-протекционная реакция устьичного аппарата листа чёрной смородины на загрязнение тяжёлыми металлами // М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин // Проблемы биологии, экологии и образования: История и современность: материалы международной научной конференции, Россия, С.-Петербург, 22-24 мая, 2006. - СПб, 2006. - С. 17-24.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолита на показатели водного режима земляники / М. Н. Кузнецов, О. В. Тарасов, И. В. Семин, М. Е. Мертвищева // Вторые чтения, посвященные памяти Ефима Степановича Иванова: материалы региональной конференции, Россия, Орёл, 25-27 сентября, 2006. - Орёл, 2006. С. - 18-22.
- Кузнецов, М. Н. Зимостойкость яблони в условиях техногенного загрязнения окружающей среды свинцом и медью / М. Н. Кузнецов, С. В. Резвякова, С. М. Мотылёва // Современные проблемы экологии: доклады Всероссийской научно-технической конференции, Россия, Тула. - Тула, 2006. - С. 108-111.
- Кузнецов, М. Н. Результаты перезимовки земляники в зиму 2005 - 2006 года / М. Н. Кузнецов, С. В. Резвякова, О. В. Тарасова // Современные проблемы экологии: доклады Всероссийской научно-технической конференции, Россия, Москва - Тула. - Тула, 2006. - С. 112-115.
- Кузнецов, М. Н. Влияние Хотынецкого цеолита на агроэкологические показатели почвы и физиолого-биохимические характеристики ягодных культур / М. Н. Кузнецов, Т. А. Роева, Л. И. Леонтьева, С. М. Мотылёва // Современные проблемы экологии: доклады Всероссийской научно-технической конференции, Россия, Москва - Тула. - Тула, 2006. - С. 127-129.
- Кузнецов, М. Н. Экологические последствия загрязнения почвы и растительности тяжёлыми металлами в зоне техногенного воздействия (на примере Думчинского отвала Орловской области) / М. Н. Кузнецов, // Современные проблемы экологии: доклады Всероссийской научно-технической конференции, Россия, Москва - Тула. - Тула, 2006. - С. 123-125.
- Кузнецов, М. Н. Адаптивная реакция анатомо-цитологических параметров листа и пыльцы яблони (Malus domestika L.) в ареале загрязнения тяжёлыми металлами / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин, С. М. Мотылёва, Л. В. Голышкина // XI Красносельские чтения: Вузовская наука качества жизни человека: материалы Международной научной конференции, Россия, С-Петербург, 24-25 апреля, 2007 г. - СПб, 2007. - С. 84.
- Кузнецов, М. Н. Основные результаты научной деятельности всероссийского НИИ селекции плодовых культур за 2006 и 2002 - 2006 гг. / М. Н. Кузнецов, Л. А. Грюнер, Е. А. Долматов, А. Л. Никитин // Селекция и сорторазведение садовых культур: сборник научных трудов. - Орёл, 2007. - С. 5-29.
- Кузнецов, М. Н. Определение ответной реакции структуры листового аппарата некоторых ягодных культур на вносимые в почву химические вещества и комплексы в качестве мелиорантов / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин // Селекция и сорторазведение садовых культур: сборник научных трудов. - Орёл, 2007. - С. 111-119.
- Кузнецов, М. Н. Некоторые агроэкологические аспекты использования цеолита Хотынецкого месторождения на землянике / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва, С. В. Резвякова // Фундаментальные и прикладные исследования на современном этапе развития химии: материалы I международной Интернет-конференции, Россия, Орёл, 2008. - С. 103-108.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолита на содержание микроэлементов в листьях ягодных культур / М. Н. Кузнецов, С. М. Мотылёва, Т. А. Роева, Л. И. Леонтьева // Фундаментальные и прикладные исследования на современном этапе развития химии: материалы I международной Интернет-конференции, Россия, Орёл, 2008. - С. 108-112.
- Кузнецов, М. Н. Особенности флуктуирующей асимметрии листовых пластинок яблони как мониторингового объекта-индикатора в связи с проблемой интегральной оценки стабильности развития растений и состояния окружающей среды. / М. Н. Кузнецов, Л. В. Голышкин // Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 1-4 июля 2008 г. - Орёл, 2008. - С. 144-151.
- Кузнецов, М. Н. Влияние цеолита на агроэкологические свойства серой лесной почвы ягодного агроценоза / М. Н. Кузнецов, Е. В. Леоничева, Т. А. Роева, Л. И. Леонтьева, О. А. Ветрова // Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 1-4 июля 2008 г. - Орёл, 2008. - С. 151-158.
- Кузнецов, М. Н. Влияние разных доз цеолита на водный режим в системе почва - растение. / М. Н. Кузнецов, С. В. Резвякова, Т. А. Роева // Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Россия, Орёл, 1-4 июля 2008 г. - Орёл, 2008. - С. 158-162.
- Кузнецов, М. Н. Влияние мелиорантов на миграцию и трансформацию тяжёлых металлов в ягодном агроценозе / М. Н. Кузнецов // Проблемы почвенного мониторинга в аграрном секторе: материалы конференции памяти д.с.-х.н. С. Ф. Неговелова. К 105-летию со дня рождения. - Краснодар, 2008. - С. 93-101.
- Кузнецов, М. Н. Об основных итогах научной и производственной деятельности ГНУ ВНИИСПК Россельхозакадемии за 2008 г. Состояние и продуктивность плодовых ягодных растений. / М. Н. Кузнецов, Л. А. Грюнер, Е. А. Долматова, А. Л. Никитин // Сборник научных трудов ВСТИСП. - 2009. - С. 53-70.
123131
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии