Меркушева М.Г., Убугунов В.Л., Лаврентьева И.Н. Тяжелые металлы в почвах и фитомассе кормовых угодий Западного Забайкалья // Агрохимия. – 2001. – N 8. – С.63-72.

 

УДК 631.81:546.48(571.54)

 

Тяжелые  металлы  в  почвах  и  надземной  и  подземной  фитомассе  кормовых  угодий  Иволгинской  котловины  (Западное  Забайкалье)

 

М.Г. Меркушева, В.Л. Убугунов, И.Н. Лаврентьева*

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия

* Бурятская государственная сельскохозяйственная академия

670024 Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8, Россия

 

Изучено содержание Ni, Pb, и Cd в системе почва – корневая масса – надземная фитомасса в степных и пойменных экосистемах экологического профиля. Выявлена высокая подвижность никелевых соединений в почвах. Определена видовая специфика накопления тяжелых металлов растениями-доминантами. Содержание тяжелых металлов в надземной и корневой фитомассе всех сообществ имело однотипный аккумулятивный ряд: Ni>Pb>Cd.

 

ВВЕДЕНИЕ

Тяжелые металлы входят, наряду с макро- и микроэлементами, в круговорот химических элементов в системе почва-растение. А уровень их накопления в надземной фитомассе определяет кормовую ценность травостоя. Изучение данных показателей имеет особо важное значение для регионов с развитым животноводством. Значительные площади в Иволгинской котловине заняты сенокосами (9877 га) и пастбищами (34299 га). Однако до настоящего времени комплексных исследований по изучению содержания, распределения и накопления тяжелых металлов в системе почва – корневая масса – надземная фитомасса не проводилось.

Изученность данной проблемы в Забайкалье представлена единичными исследованиями как для растений [1,2], так и для почв [3,4].

В данном сообщении приведены результаты изучения содержания, накопления и распределения никеля, свинца и кадмия в системе почва – корневая масса – надземная фитомасса в степных и пойменных фитоценозах экологического профиля, пересекающего центральную часть Иволгинской котловины, а также факторов, влияющих на эти показатели.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы «Биоразнообразие».

 

МЕТОДИКА  ИССЛЕДОВАНИЙ

Работу выполняли в 1997-99 гг. в Иволгинском районе (Республика Бурятия), который входит в сухостепную зону со среднемноголетним количеством осадков 234 мм. 1997 и 1999 гг. по количеству выпавших осадков характеризовались близкими к среднемноголетним значениями. 1998 г. отмечен как влажный, за май – сентябрь выпало на 141 мм осадков больше среднемноголетней нормы. Продолжительность безморозного периода равна 70-100, вегетационного – 140-150 дням. Сумма температур выше 10° составляет 1600-1800°С.

Исследования проводили по экологическому профилю, т.е. смены растительных сообществ в связи с изменением почвенно-экологических условий их произрастания. Начало профиля – верхняя часть склона (высота 580 м над уровнем моря) – гористые сухостепные степи на каштановых почвах. Далее вниз по склону профиль проходил через степные фитоценозы на каштановых и лугово-каштановых почвах, затем через притеррасную часть поймы с болотистыми лугами на аллювиальных болотных почвах, далее по центральной части поймы с настоящими лугами на аллювиальных луговых почвах, через чиевники на гидроморфных солончаках. Окончание профиля – пойменные луга на аллювиальных дерново-луговых почвах в прирусловой части поймы. Направление профиля – с северо-востока на юго-запад, протяженность – 6 км.

Растительные сообщества располагались в следующем порядке:

1.       Лапчатково-мелкозлаковое сообщество на каштановой почве характеризуется незначительным проективным покрытием (40%) и двухярусным сложением. Высота первого яруса составляет 10-13 см и второго – 2-3 см. Общее число видов в данном сообществе равно 11, из них злаки – 5, бобовые – 1, осоки – 1 и разнотравье – 4 вида. Сорные и непоедаемые виды составляют 18% от общего числа видов. Групповой состав (в % от сухой массы): злаки – 36, бобовые – 4, осоки – 14 и разнотравье – 46. Доминантами из злаков являются житняк гребенчатый (Agropyron cristatum) и тонконог гребенчатый (Koeleria cristata), часто встречается и змеевка растопыренная (Cleistogenes squarrosa). Осоковые представлены осокой твердоватой (Carex duriuscula), разнотравье – вероникой седой (Veronica incana), лапчаткой бесстебельной (Potentilla acaulis) и гетеропаппусом татарским (Heteropappus tataricus).

2.       Люцерново-ковыльное сообщество на каштановой почве имеет 80% проективное покрытие и двухъярусное сложение. Высота первого яруса – 40-50, второго – 20-30 см. Общее число видов – 22, из них злаки – 5, бобовые – 3 и разнотравье – 14 видов. Сорные и непоедаемые виды составляют 27% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 44, бобовые 48 и разнотравье – 8. Доминантами из злаков являются ковыль Крылова (Stipa Krylovii) и житняк гребенчатый; из бобовых – люцерна серповидная (Medicago falcata); из разнотравья – лапчатка вильчатая, марь остистая (Chenopodium aristatum), гетеропаппус татарский.

3.       Ковыльно-разнотравное сообщество на луговой каштановой почве имеет значительное проективное покрытие (95%) и двухъярусное сложение. Высота первого яруса составляет 40-60, второго – 20 см. Общее число видов составляет 27, из них злаки – 6, бобовые – 2, осоковые – 1 и разнотравье – 18. Количество сорных и непоедаемых видов составляет 30% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 12, бобовые – 4, осоки – 25 и разнотравье – 59. Доминантами из злаков являются ковыль Крылова, житняк гребенчатый и мятлик оттянутый (Poa attenuata); из бобовых – люцерна серповидная; из осок – осока твердоватая; из разнотравья – гетеропаппус татарский, смолевка ползучая (Silene repens).

4.       Бескильницево-ползунково-осоковое сообщество на аллювиальной болотной почве характеризуется проективным покрытием 90% и двухъярусным сложением. Высота первого яруса 40-60, второго – 15-20 см. Общее число видов составляет 17, из них злаки – 2, осоковые – 3 и разнотравье – 12. Сорные и непоедаемые виды составляют 18% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 9, осоковые – 86 и разнотравье – 5. Доминантами из злаков являются бескильница тонкоцветная (Puccinellia tenuiflora) и ячмень короткоостый (Hordeum brevisubulatum); из осоковых – осока безжилковая (Carex enervis), блимус рыжий (Blymus rufus), ситник солончаковатый ((Juncus salsuginosus); из разнотравья – ползунок солончаковый (Halerpestes salsuginosa), лапчатка гусиная (Potentilla anserina).

5.       Бескильнецево-лапчатковое сообщество на аллювиальной луговой почве имеет проективное покрытие 75% и высоту травостоя 10-30 см. ярусность не выражена. Общее число видов 10, из них злаки – 4 и разнотравье – 6. Количество сорных и непоедаемых видов составляет 33% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 84 и разнотравье – 16. Доминантами из злаков являются бескильница тонкоцветная и пырей ползучий (Elymus repens); из разнотравья – ползунок солончаковый, лапчатка гусиная.

6.       Чиевое сообщество на солончаке луговом гидроморфном с проективным покрытием 50% и двухъярусным сложением. Высота первого яруса 100-130, второго – 10-20 см. Обще число видов 9, из них злаки – 3 и разнотравье – 6. Количество сорных и непоедаемых видов составляет 11% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 99 и разнотравье – 1. Доминанты: чий блестящий (Achnatheum splendens), пырей ползучий, бескильница Гаупта (Puccinellia hauptiana).

7.       Осоково-разнотравное на аллювиальной дерново-луговой почве с проективным покрытием 70% и двухъярусным сложением. Высота первого яруса 50-70, второго – 20-30 см. Общее число видов 24, из них злаки – 4, бобовые – 5, осоковые – 1 и разнотравье – 14. Количество сорных и непоедаемых видов составляет 33% от общего числа видов. Групповой состав травостоя (в % от сухой массы): злаки – 17, бобовые – 1, осоки – 52 и разнотравье – 30. Доминанты: из злаков – полевица гигантская (Agrostis gigantea), пырей ползучий; из бобовых – клевер луговой (Trifolium pratense), клевер ползучий (Trifolium repens); из осоковых – осока вздутая (Carex rostrata); из разнотравья – салат сибирский (Lactuca sibirica).

Продуктивность надземной и подземной фитомасс определяли в 1-ю декаду августа. На это время приходится максимум запасов корневой массы и наибольшая урожайности трав. Надземную массу определяли укосным методом. Травостой срезали у самой поверхности почвы с площадок 50х50 см в 10-кратной повторности. Запасы подземной фитомассы в сообществах изучали методом монолитов с последующей отмывкой на почвенных ситах. В каждом сообществе почвенные монолиты отбирали с 3-х площадок размером 25х25 см послойно через 5 см до глубины 20 см, затем до 50 см. Отмытые корни высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали. Данные по запасам надземной и подземной фитомасс были обработаны методами статистики.

Валовое содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах после разложения концентрированными кислотами определяли атомно-абсорбционным методом. Подвижный никель извлекали ацетатно-аммонийным буфером, рН 4,8. Количество никеля, свинца и кадмия в растительных образцах после сухого озоления определяли также атомно-абсорбционным методом. Содержание тяжелых металлов в надземной и корневой фитомассах было обработано методами статистика по Доспехову. Ошибка средней содержания тяжелых металлов в среднем за три года составила для степных сообществ 3,8-7,9%, для пойменных – 2,4-5,8%.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ  И  ИХ  ОБСУЖДЕНИЕ

Растительные сообщества экологического профиля в центральной части Иволгинской котловины различаются между собой видовым и биоморфологическим составами,  проективным покрытием м ярусным сложением травостоев, что обусловлено разными условиями произрастания и характером использования. однако общим для всех изученных фитоценозов является многократное превышение подземной массы над надземной (табл.1). Подземная масса составляет 82-97 % от общих запасов и сосредоточена в приповерхностных слоях почв. Другим общим показателем растительного покрова котловины является небольшое число видов и относительно высокое содержание сорных и непоедаемых видов растений. Это результат нерационального использования кормовых угодий: интенсивные пастбищные нагрузки, не учитывающие запасы зеленой фитомассы, и перевод в последние годы части сенокосов под выпас. наиболее характерным примером нарушенности может служить бскильницево-лапчатковое сообщество настоящего луга (всего 10 видов растений).

По уровню биологической продуктивности, согласно десятибалльной шкале Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина [5], изученные фитоценозы можно отнести к двум группам: малопродуктивные (51-250 ц/га сухой массы) и среднепродуктивные (251-3000 ц/га). К первой группе с индексом 3-4 балла относятся сообщества, произрастающие на каштановых почвах, бескильницево-лапчатковое и чиевое. Во вторую группу, с индексом 5-6 баллов, входят ковыльно-разнотравное, бескильницево-ползунково-осоковое и осоково-разнотравное сообщества (табл. 1).

Основными факторами, определяющими содержание химического элемента в растениях являются его содержание в почве, количество подвижной формы, усвояемой растениями, тип почвы и вид растений [6, 7].

Анализ отечественной и зарубежной литературы по содержанию никеля [8], свинца [9] и кадмия [10, 11] в почве показал, что уровень их токсичности зависит от гранулометрического состава, рН, количества гумуса, влажности почвы, емкости поглощения и т.д. В нормальных (незагрязненных) почвах общее среднее содержание Ni составляет 20, Pb – 25 и Cd – 1,1 мг/кг [12].

Почвенный покров изученного экологического профиля представлен каштановыми, лугово-каштановыми и комплексом почв гидроморфного ряда – аллювиальными болотными, луговыми, солончаками и дерново-луговыми почвами, различными по свойствам и по валовому содержанию в них тяжелых металлов (табл.2). Так, концентрации тяжелых металлов в поверхностном слое 0-25 см почв были равными (мг/кг): Ni – 20,2-26,5, кроме аллювиальной луговой, где его количество составляло 34,3 мг/кг, что обусловлено сочетанием среднесуглинистого состава с повышенным содержанием органического вещества в верхней части профиля; Pb – 2,6-11,6;  Cd – 0,08-0,34.

Распределение тяжелых металлов по профилю почв неравномерное (рис.1-3).

Содержание подвижной формы Ni было значительным, больше ПДК (5 мг/кг). Это обусловлено низким количеством гумуса и легким гранулометрическим составом в каштановой и лугово-каштановой почвах и избыточной влажностью в почвах пойменного ряда, способствующей высокой подвижности соединений никеля [13]. Избыточная влажность почв в пойме связана с близким стоянием грунтовых вод, которые во влажные вегетационные периоды выходят на дневную поверхность, как это наблюдалось в августе-сентябре 1998 года. Однако по степени подвижности соединений никеля почвы различались(табл.2). Относительно меньшей подвижностью соединений никеля характеризовались аллювиальная болотная и аллювиальная луговая почвы, которые обладают повышенной буферной способностью к тяжелым металлами.

Характер распределения подвижного Ni по профилю почв в основном соответствует распределению его валового содержания (рис.1). Высокая подвижность Ni в почве оказывала значительное влияние на его содержание в растениях, т.к. известно, что никель из почв легко переходит в растения, где его концентрация может быть даже больше, чем в почвах, на которых они растут [15].

В каждом фитоценозе в пределах каждого семейства имеются виды растений с наследственной устойчивостью к повышенным концентрациям некоторых элементов, являющихся токсичными для других видов. Такие растения-концентраторы тяжелых металлов выполняют как бы охранные функции по отношению к особо чувствительным видам в растительном сообществе [16].

Пределы колебаний нормальных или достаточных концентраций Ni в растениях составляют 0,1-5 мг/кг сухой массы, а избыточных или токсичных – 10-100 мг/кг; Pb – 5-10 и 30-300 и Cd – 0,05-0,2 и 5-30 мг/кг соответственно. Изучение содержания Ni в некоторых растениях-доминантах степных и пойменных фитоценозов Иволгинской котловины выявило их избирательность по накоплению этого элемента (табл.3,4). Из 33 изученных видов растений 16 превышали верхний предел нормальной концентрации в 1,1-2,2 раза, а лапчатка вильчатая – в 3,2 раза. Но имеется мнение [17], что Ni/Fe-отношение в растениях в большей степени определяет характер токсичного воздействия Ni, чем его абсолютные концентрации в растительных тканях. Ni/Fe-отношение в лапчатке вильчатой было равным 0,017, т.к. в ней также много накапливается Fe, 960 мг/кг [18]. Пределы колебаний Ni/Fe-отношения в растениях-доминантах степных сообществ составляли 0,008-0,092, пойменных – 0.011-0,112. Наиболее высокими значениями Ni/Fe-отношения характеризовались полынь метельчатая (0,092), чий блестящий (0,11) и пырей ползучий из чиевого сообщества (0,112).

Полученные нами данные по содержанию Ni в растениях близки к данным по растениям пойменных сообществ Восточной Сибири [19] и отличаются от вывода В.К. Кашина [1], что низкие значения Ni в растениях (0,23-1,75 мг/кг) при небольших его количествах в почвах (24-29 мг/кг) является особенностью накопления никеля в Забайкалье.

Свинец в растения поступает через корни и путем некорневого поглощения листьями, но основное место накопления свинца корни растений. Поступление ограниченного количества Pb в надземную массу свидетельствует о наличии защитных механизмов в растениях [20]. Содержание Pb в растениях-доминантах изученных фитоценозов находилось в пределах 1,2-6,0 мг/кг (табл.3,4), тогда как его количество в корневой массе степных сообществ было равным 6,6-10,2 мг/кг и пойменных сообществ – 8,4-15,4 мг/кг (табл.5,6).

Для кормов рекомендуют ПДК кадмия в количестве 3 мг/кг сухого вещества (Baker, Chesnin, 1975, цит. по [20]). Основной путь поступления Cd в растения – через почву. Как правило, концентрация Cd в растениях выше на почвах с низким содержанием гумуса и более легким гранулометрическим составом. Биологические особенности растений существенно влияют на поглощение ими Cd [10,11]. Содержание Cd  в растениях-доминантах как степных, так и пойменных сообществ находилось в пределах 0,2-1,6 мг/кг (табл.3,4).

Видовая специфика накопления тяжелых металлов особенно отчетливо была выражена для разных видов полыни, произрастающих в одном фитоценозе (табл.3). На поступление тяжелых металлов в растения большое влияние оказывает тип почвы. Растения одного вида, произрастающие на разных типах почв, накапливают неодинаковые количества тяжелых металлов. Например, бескильница тонкоцветная, ползунок солончаковый и пырей ползучий, растущие на разных типах пойменных почв, имели различные концентрации тяжелых металлов (табл. 4).

Содержание тяжелых металлов в надземной и корневой фитомассе всех изученных сообществ имело однотипный ряд: Ni>Pb>Cd (табл.5,6).

Коэффициент аккумуляции (отношение содержания тяжелых металлов в корневой массе к их количеству в надземной), отражающий защитную функцию растения, определяется не только биологическими особенностями растений, но и составом и свойствами почвы. В почвах с высокой самоочищающей способностью защитная роль корневой системы мобилизуется в меньшей степени [16]. Для определения коэффициента аккумуляции нами использовались усредненные количества тяжелых металлов в корневой массе в слое почвы 0-50 см.

В степных сообществах коэффициенты аккумуляции составили для Ni 2,3-3,3, Pb –1,65-2,9 и Cd – 1,2-1,5. Запасы тяжелых металлов в корневой массе степных сообществ многократно превышали их накопление в надземной фитомассе: Ni – в 20-57 раз, Pb – в 19-54 и Cd – в 9-44 раза (табл.5).

Аккумуляция тяжелых металлов в надземной фитомассе степных сообществ составляла: Ni – 1,7-4,7%, Pb – 1,8-5,0 и Cd – 2,2-9,7% от их общих запасов. Количество данных элементов, вовлеченных в биологический круговорот, было равным в лапчатково-мелкозлаковом фитоценозе 310 г/га, в люцерново-ковыльном – 663,5 и ковыльно-разнотравном – 975 г/га (табл. 5).

Содержание Ni, Pb и Cd в надземной и корневой фитомассе пойменных ценозов относительно широко варьирует, что обусловлено различием почвенно-экологических условий произрастания (табл.6). Соответственно этому коэффициенты аккумуляции также имели более существенные пределы колебаний, чем в степных сообществах. Коэффициенты аккумуляции для различных пойменных фитоценозов составляли: Ni – 1,8-5,4; Pb – 2,8-4,8 и Cd – 1,5-2,3. В надземной фитомассе пойменных сообществ аккумуляция тяжелых металлов была равной 1,6-5,4% Ni, 1,8-7,9% Pb и 3,4-10,5% Cd от их общих запасов.

Общее количество тяжелых металлов, вовлеченных в биологический круговорот, составляло в бескильницево-ползунковом сообществе 2409 г/га, в бескильницево-лапчатковом – 581, в чиевом  - 798,5 и в осоково-разнотравном – 1253 г/га.

 

ВЫВОДЫ

1. Растительные сообщества изученного экологического профиля имеют небольшое число видов, относительно высокое содержание сорных и непоедаемых видов, и характеризуются низкой и средней биологической продуктивностью.

2. Почвенный покров Иволгинской котловины преимущественно представлен каштановыми, лугово-каштановыми и комплексом почв гидроморфного ряда – аллювиальными болотными, луговыми, гидроморфными солончаками и дерново-луговыми почвами. Валовое содержание Ni в поверхностном слое (0-25 см) данных типов почв составляет 20,2-34,3 мг/кг, Pb – 2,6-11,6 и Cd – 0,08-0,34. Особенностью изученных почв является высокая подвижность никеля, что обусловлено низким количеством гумуса и легким гранулометрическим составом степных почв и большей частью избыточным увлажнением пойменных почв.

3. Видовая специфика накопления тяжелых металлов была выражена для разных видов растений, произрастающих в одном фитоценозе. Растения одного вида, но растущие на разных типах почв содержат неодинаковые количества тяжелых металлов.

4. Содержание тяжелых металлов в надземной и корневой фитомассе всех фитоценозов имело однотипный аккумулятивный ряд: Ni > Pb > Cd. Коэффициенты аккумуляции, отражающие защитные функции корневых систем, в степных сообществах были равными для никеля 2,3-3,3, свинца – 1,65-2,9 и кадмия – 1. В пойменных фитоценозах данные коэффициенты составляли: Ni – 1,8-5,4, Pb – 2,8-4,8, Cd – 1,5-2,3. Следовательно, корневые системы пойменных сообществ обладают более высокими защитными свойствами, чем степные.

5. Аккумуляция тяжелых металлов в надземной фитомассе степных сообществ составляла: Ni – 1,7-4,7%, Pb – 1,8-5,0 и Cd – 2,2-9,7% и в пойменных сообществах: Ni – 1,6-5,4%, Pb – 1,8-7,9% и Cd – 3,4-10,5% от их общих запасов. Это свидетельствует о защитных барьерах, препятствующих поступлению значительных количеств в надземную часть растений.

6. Запасы тяжелых металлов в корневой массе изученных растительных сообществ многократно превышали их накопление в надземной фитомассе.

7. общее количество тяжелых металлов, вовлеченных в биологический круговорот, было разным для каждого сообщества в отдельности. Однако пределы колебаний для степных фитоценозов составили 310-975 г/га и для пойменных – 581-2409 г/га.

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Кашин В.К. Никель в растениях агроландшафтов Забайкалья // Агрохимия. 1992. № 11. С. 98-106.

2.     Кашин В.К., Иванов Г.М. Свинец в растительности Забайкалья // Агрохимия. 1997. № 8. С. 61-67.

3.     Кашин В.К., Иванов Г.М. Никель в почвах Забайкалья // Почвоведение. 1995. № 10. С.1291-1298.

4.     Кашин В.К. Никель в основных компонентах ландшафтов Забайкалья // Геохимия. 1998. № 3. С.313-323.

5.     Базилевич Н.И., Родин Л.Е. Типы биологического круговорота зальных элементов и азота в основных зонах Северного полушария / Генезис, классификация и картография почв СССР: Докл. к VIII Междунар. конгр. почвоведов. М.: Наука, 1964. С. 134-146.

6.     Ковалевский А.Л. Основные закономерности формирования химического состава растений / Биогеохимия растений. Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1969, С. 6-28.

7.     Оголева В.П., Чердакова Л.Н. Закономерности распределения никеля в растениях Волгоградской области // Агрохимия. 1981. № 12. С. 90-92.

8.     Ягодин Б.А., Говорина В.В., Виноградова С.Б. Никель в системе почва-удобрение-растение-животные-человек // Агрохимия. 1991. № 1. С. 128-138.

9.     Минеев В.Г., Алексеев А.А., Тришина Т.А. Тяжелые металлы и окружающая среда в условиях современной химизации. Сообщение 2. Свинец // Агрохимия. 1982. № 9. С. 126-140.

10.  Минеев В.Г., Макарова А.И., Тришина Т.А. Тяжелые металлы и окружающая среда в условиях современной интенсивной химизации. Сообщение 1. Кадмий // Агрохимия. 1981. № 5. С. 145-155.

11.  Ягодин Б.А., Виноградова С.Б. Говорина В.В. Кадмий в системе почва-удобрение-растения-животные организмы и человек // Агрохимия. 1989. № 5. С. 118-130.

12. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир. 1989. 439 с.

13. Плеханова Н.О. Трансформация соединений никеля в почвах при различных условиях увлажнения // Тез. докл. III съезда Докучаев. общ-ва почвоведов. Кн. 1. Москва. 2000. С. 290.

14. Лаврентьева И.Н. Агрохимическая оценка плодородия почв Иволгинской котловины и их экологическая устойчивость к антропогенному воздействию: Автореф.дисс. … канд. биол. наук. Улан-Удэ-Удэ, 1999. 23 с.

15. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат. 1987. 142 с.

16. Важенин И.Г. Корни растений как биоиндикатор уровня загрязненности почвы токсическими элементами // Агрохимия. 1984. № 2. С. 73-77.

17. Khalid B.Y., Tinsley J. Some effects of nickel toxicity on ryegrass // Plant Soil. 1980. V.55. p.139.

18. Меркушева М.Г. Убугунов Л.Л., Лаврентьева И.Н. Биопродутивность и химический состав надземной и подземной фитомассы растительности степных пастбищ Западного Забайкалья // Агрохимия. 2000. № 12.С.36-44

19. Серышев В.А. Микроэлементы в почвах, водах и растительности долин рек Белой и Бирюсы. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Иркутск: ИГУ, 1971. 24 с.

20. Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. М.: изд-во Моск. ун-та, 1987. 285 с.

 

Таблица 1.Биологическая продуктивность растительных сообществ Иволгинской котловины, ц/га сухой массы, среднее за 3 года

 

Почва	Сообщество	Фитомасса					Подземная фитомасса Надземная фитомасса	Балл продуктивности	Распределение корневой массы в %
		Общая, ц/га	Надземная		Подземная (0-50 см)				0-10	10-20	20-50
			ц/га	%	ц/га	%
Каштановая	лапчатково-мелкозлаковое	121	4±0,1	3	117±5,8	97	29	3	80	9	11
	люцерно-ковыльное	204	18±0,5	9	186±4,0	91	10	4	74	15	11
Лугово-каштановая	ковыльно-разнотравное	282	35±1,4	12	247±3,6	88	8	5	71	18	11
Аллювиальная болотная	бескильницево-ползунково-осоковое	738	61±1,3	8	677±3,5	92	11	6	78	15	7
Аллювиальная луговая	бескильницево-лапчатковое	218	39±0,6	18	179±4,6	82	4,6	4	87	8	5
Луговой солончак	чиевое	188	19±0,7	10	169±9,5	90	9	4	87	8	5
Аллювиальная дерново-луговая	осоково-разнотравное	261	31±1,0	12	230±5,0	88	12	5	63	14	23

 

Таблица 2. Некоторые свойства почв Иволгинской котловины  и содержание в них никеля, свинца и кадмия

 

Горизонт, глубина, см	Содержание частиц (мм), %		рНводн.	Содержание легко растворимых солей, %	Гумус, %	Емкость поглощения, мг.экв/100 г	Тяжелые металлы, мг/кг
							Ni вал.	Ni подв.	% подв. от вал.	Pb вал.	Cd вал.
	<0,01	<0,001
Каштановая почва
Ад 0-5	19	7	6,8	0,079	2,79	18,4*	24,5	10,35	42	5,4	0,30
А1 5-25	12	3	7,0	0,099	1,76	23,4*	18,5	6,16	33	3,6	0,30
А1В 30-40	14	4	7,6	0,095	0,69	24,1*	22,0	6,68	30	5,4	0,20
ВCa 50-70	13	2	8,3	0,060	0,32	6,5	19,5	8,70	45	2,0	0,08
С 90-100	13	2	8,2	0,145	-	8,2	19,5	8,73	45	2,0	0,08
Лугово-каштановая почва
Ад 0-5	16	2	6,8	0,054	5,19	26,8*	25,5	8,50	33	10,0	0,08
А1 5-25	19	2	7,3	0,052	2,69	25,4*	27,5	2,90	10	7,4	0,08
А1 25-35	16	2	7,8	0,061	1,73	24,9*	30,5	9,56	31	10,0	0,08
А1В 40-50	14	2	7,9	0,059	0,94	22,6*	30,0	11,51	37	6,4	0,20
В1 55-65	17	6	8,0	0,082	0,49	18,1*	24,5	8,20	33	14,3	0,08
В2 75-85	30	9	8,2	0,234	0,53	16,5	34,5	8,11	23	13,0	0,09
ВCa 95-105	41	18	8,0	0,250	-	14,8	32,5	6,12	19	12,5	0,20
Аллювиальная болотная почва
Ад 0-10	33	10	7,4	0,416	4,91	21,4	27,5	3,90	14	10,0	0,20
А1 10-20	46	21	7,6	0,210	1,93	11,5	25,0	5,97	24	13,2	0,31
ВСа 25-40	39	4	7,7	1,213	0,43	13,1	33,5	7,76	23	2,0	0,50
ВСg 45-55	37	5	7,4	1,420	-	-	22,0	5,38	24	3,6	0,30
С 60-70	17	5	7,5	0,405	-	-	34,0	4,10	12	3,6	0,20
Аллювиальная луговая почва
Аd 0-10	31	7	7,0	0,315	9,18	62,9*	31,0	4,06	13	7,2	0,22
А1 10-20	40	19	7,3	0,121	2,80	14,8	37,5	6,65	18	6,9	0,09
ВСа 30-40	32	16	8,0	0,220	0,47	12,9	21,0	6,01	29	10,0	0,40
ВССа 55-65	24	11	8,1	0,225	-	11,3	18,5	5,17	28	5,4	0,40
С 75-95	25	10	8,1	0,201	-	9,7	25,0	3,50	14	8,0	0,32
Солончак гидроморфный
S 0-1	21	6	7,6	3,086	2,21	140,1*	17,0	5,94	35	5,0	0,22
А1 1-15	31	12	7,4	0,735	1,08	39,5*	25,5	6,99	27	3,6	0,30
А1 15-30	34	15	7,3	0,973	1,13	58,7*	31,5	16,81	53	6,2	0,31
В1 30-40	28	1	7,7	0,915	0,61	11,4	24,5	21,80	89	5,6	0,30
ВСа 45-60	46	1	7,8	1,317	-	19,8	28,0	10,95	39	8,0	0,20
ВС 65-80	56	13	7,7	1,123	-	23,1	31,0	5,66	18	8,0	0,29
С 90-100	57	25	7,6	0,179	-	19,8	32,0	5,51	17	2,0	0,08
Аллювиальная дерново-луговая почва
Аd 0-4	17	7	7,5	0,085	2,81	14,7	23,0	8,38	36	3,6	0,30
В1 4-30	5	2	8,1	0,040	0,44	6,4	17,5	7,91	45	1,6	0,30
[А]Вg 30-40	10	2	7,8	0,057	1,01	8,1	22,0	10,12	46	0,8	0,08
С 60-70	9	3	8,0	0,025	-	8,4	14,0	7,20	51	2,0	0,08

Примечание: * - сумма обменных катионов; прочерк – не определяли.

ПДК: валовое содержание Ni, Pb –100 мг/кг, Cd – 5 мг/кг [5], подвижный Ni – 5 мг/кг [8].

 

Таблица 3. Содержание Ni, Pb, Cd в растениях-доминантах степных сообществ, мг/кг (n=5), среднее за 1998-1999 гг.

 

Вид	Ni		Pb		Cd
Лапчатково-мелкозлаковое сообщество (каштановая почва)
Житняк гребенчатый		1,8±0,04		4,2±0,07		0,6±0,01
Осока твердоватая		5,6±0,13		3,2±0,10		1,0±0,01
Вероника седая		8,4±0,25		3,0±0,06		1,0±0,01
Гетеропаппус татарский		5,6±0,10		5,0±0,11		0,8±0,02
Лапчатка бесстебельная		8,4±0,27		2,2±0,03		1,4±0,02
Люцерново-ковыльное сообщество (каштановая почва)
Ковыль Крылова		3,6±0,05		3,2±0,06		0,2±0,004
Люцерна серповидная		8,4±0,17		5,0±0,15		0,8±0,02
Лапчатка вильчатая		16,0±0,19		6,0±0,16		0,6±0,01
Ковыльно-разнотравное сообщество (лугово-каштановая почва)
Ковыль Крылова		4,6±0,11		1,2±0,02		0,3±0,007
Мятлик оттянутый		1,8±0,02		1,6±0,02		1,6±0,02
Житняк гребенчатый		1,8±0,04		5,2±0,12		0,8±0,02
Люцерна серповидная		7,4±0,22		3,2±0,05		0,8±0,01
Полынь холодная		4,6±0,14		2,2±0,05		1,4±0,02
Полынь монгольская		2,8±0,03		2,2±0,03		1,6±0,05
Полынь метельчатая		7,4±0,13		4,8±0,09		0,6±0,01
Подмаренник настоящий		3,8±0,09		2,2±0,03		1,0±0,02
Кровохлебка степная		3,8±0,10		4,2±0,13		1,0±0,02

 

 

Таблица 4. Содержание Ni, Pb, Cd в растениях-доминантах пойменных лугов, мг/кг (n=8-10), среднее за 1998-1999 гг.  

 

Вид	Ni	Pb	Cd
Бескильницево-ползунково-осоковое сообщество (аллювиальная болотная почва)
Ячмень короткоостый	2,6±0,06	2,2±0,03	0,6±0,02
Бескильница тонкоцветная	3,0±0,04	5,2±0,11	0,6±0,01
Ползунок солончаковый	10,4±0,23	4,8±0,12	1,0±0,02
Осока безжилковая	3,0±0,05	3,2±0,10	0,6±0,02
Бескильницево-лапчатковое сообщество (аллювиальная луговая почва)
Пырей ползучий	1,8±0,04	2,2±0,04	1,0±0,03
Бескильница тонкоцветная	1,8±0,02	3,2±0,09	1,0±0,03
Лисохвост вздутый	3,6±0,11	1,2±0,02	1,4±0,05
Ползунок солончаковый	5,6±0,14	3,2±0,10	1,6±0,06
Чиевое сообщество (гидроморфный солончак)
Чий блестящий	6,6±0,16	1,2±0,02	0,4±0,01
Пырей ползучий	11,2±0,26	4,2±0,06	1,6±0,07
Бескильница Гаупта	6,6±0,16	3,2±0,11	0,6±0,02
Полынь рассеченная	4,6±0,07	4,2±0,06	1,0±0,04
Осоково-разнотравное сообщество (аллювиальная дерново-луговая почва)
Клевер луговой	2,8±0,08	2,2±0,03	0,2±0,01
Осока вздутая	5,6±0,08	5,2±0,17	0,2±0,005
Лапчатка гусиная	8,4±0,27	2,2±0,07	0,2±0,007
Подорожник большой	10,4±0,36	4,2±0,10	0,6±0,01

 

Таблица 5. Содержание и накопление Ni, Pb и Cd надземной и подземной массами степных сообществ, среднее за 3 года

 

Фитомасса	Содержание, мг/кг			Накопление, г/га
	Ni	Pb	Cd	Ni	Pb	Cd
Лапчатково-мелкозлаковое сообщество (каштановая почва)
Надземная	9	4	0,6	3,6	1,6	0,24
Корневая в слое 0-50 см				206,9	87,0	10,67
0-5 см	16	8	0,9	131,0	65,5	7,37
5-10 см	24	7	0,8	28,1	8,2	0,94
10-15 см	26	7	0,8	15,2	4,1	0,47
15-20 см	20	6	1,0	9,4	2,8	0,47
20-50 см	18	5	1,1	23,2	6,4	1,42
Всего в общей фитомассе				210,5	88,6	10,9
Люцерново-ковыльное сообщество (каштановая почва)
Надземная	12	5	0,9	21,6	9,0	1,62
Корневая в слое 0-50 см				438,9	172,6	19,8
0-5 см	18	9	1,1	200,9	100,4	12,3
5-10 см	30	9	0,8	78,1	23,4	2,1
10-15 см	32	10	1,3	53,6	16,7	2,2
15-20 см	22	16	0,9	24,5	17,8	1,0
20-50 см	40	7	1,1	81,8	14,3	2,2
Всего в общей фитомассе				460,5	181,6	21,4
Ковыльно-разнотравное сообщество (лугово-каштановая почва)
Надземная	7	3	1,1	24,5	10,5	3,85
Корневая в слое 0-50 см				677,4	223,0	35,8
0-5 см	32	10	1,3	442,6	138,3	18,0
5-10 см	23	8	1,5	85,2	29,6	5,6
10-15 см	25	6	1,8	67,9	16,3	4,9
15-20 см	19	13	2,2	32,8	22,5	3,8
20-50 см	18	6	1,3	48,9	16,3	3,5
Всего в общей фитомассе				701,9	233,5	39,6

 

 

Таблица 6. Содержание и накопление Ni, Pb и Cd надземной и подземной массами пойменных лугов, среднее за 3 года

 

Фитомасса	Содержание, мг/кг			Накопление, г/га
	Ni	Pb	Cd	Ni	Pb	Cd
1	2	3	4	5	6	7
Бескильницево-ползунково-осоковое сообщество (аллювиальная болотная почва)
Надземная	9	3	0,6	54,9	18,3	3,66
Корневая в слое 0-50 см				1269,9	981,6	80,7
0-5 см	24	15	1,3	682,4	426,5	37,0
5-10 см	16	14	0,9	389,9	341,2	21,9
10-15 см	12	16	0,9	73,1	97,5	5,5
15-20 см	12	17	2,5	48,7	69,0	10,1
20-50 см	16	10	1,3	75,8	47,4	6,2
Всего в общей фитомассе				1324,8	999,9	84,4
Бескильницево-лапчатковое сообщество (аллювиальная луговая почва)
Надземная	5	4	0,7	19,5	15,6	2,73
Корневая в слое 0-50 см				340,1	180,7	23,2
0-5 см	18	9	1,1	241,6	120,8	14,8
5-10 см	20	10	2,2	43,0	21,5	4,7
10-15 см	20	11	1,3	17,9	9,8	1,2
15-20 см	34	36	1,8	18,2	19,3	1,0
20-50 см	23	11	1,8	19,4	9,3	1,5
Всего в общей фитомассе				359,6	196,3	25,9
Чиевое сообщество (гидроморфный солончак)
Надземная	5	3	0,6	9,5	5,7	1,14
Корневая в слое 0-50 см				576,9	172,7	32,6
0-5 см	40	10	1,7	486,7	121,7	20,7
5-10 см	20	9	1,0	50,7	22,8	2,5
10-15 см	20	9	0,9	16,9	7,6	0,8
15-20 см	8	4	0,4	4,0	2,0	0,2
20-50 см	22	10	2,2	18,6	18,6	8,4
Всего в общей фитомассе				586,4	178,4	33,7
Осоково-разнотравное сообщество(аллювиальная дерново-луговая почва)
Надземная	7	4	1,0	21,7	12,4	3,1
Корневая в слое 0-50 см				905,0	275,6	35,3
0-5 см	40	10	1,1	358,8	89,7	9,9
5-10 см	44	13	1,8	242,9	71,8	9,9
10-15 см	33	12	1,3	60,7	22,1	2,4
15-20 см	34	13	1,1	46,9	17,9	1,5
20-50 см	37	14	2,2	195,7	74,1	11,6
Всего в общей фитомассе				926,7	288,0	38,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Распределение Cd по профилю почв Иволгинской долины: 1 - каштановой;

2 - лугово-каштановой; 3 - аллювиальной  болотной; 4 - аллювиальной луговой; 5 - солончака гидроморфного;  6 - аллювиальной дерново-луговой

 

 

Рис.3. Распределение Cd по профилю почв Иволгинской долины: 1 - каштановой;

2 - лугово-каштановой; 3 - аллювиальной  болотной; 4 - аллювиальной луговой; 5 - солончака гидроморфного;  6 - аллювиальной дерново-луговой

 

УДК 631.81:546.48(571.54)

 

Тяжелые  металлы  в  почвах  и  надземной  и  подземной  фитомассе  кормовых  угодий  Иволгинской  котловины  (Западное  Забайкалье)

 

М.Г. Меркушева, В.Л. Убугунов, И.Н. Лаврентьева*

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия

* Бурятская государственная сельскохозяйственная академия

670024 Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8, Россия

 

Изучено содержание Ni, Pb, и Cd в системе почва – корневая масса – надземная фитомасса в степных и пойменных экосистемах экологического профиля. Выявлено, что при небольших количествах валовых форм никеля, его подвижность была высокой, что обусловило значительное накопление данного элемента надземной и подземной фитомассой сообществ, а также некоторыми растениями-доминантами. Определена видовая специфика накопления тяжелых металлов растениями в зависимости от условий местообитания. Изучены количественные характеристики содержания, накопления и распределения тяжелых металлов в надземной и корневой фитомассе каждого изученного сообщества. На основании величин коэффициентов аккумуляции сделан вывод о более высоких защитных свойствах корневых систем пойменных ценозов по сравнению со степными.

 

 

Табл. – 6                        Рис. -  3                Библиограф. - 20