Особенности металлоаккумулирующей способности фитомассы орехов грецкого и черного

Особенности металлоаккумулирующей способности фитомассы орехов грецкого и черного

Среди орехоплодных орехи грецкий и черный весьма сходны в биологическом и ценотическом отношениях. Их мощные кроны объединяют большую поверхность сложных листьев. Такой лист своим клейким черешком объединяет 7 — 9 частично опушенных листочков ореха грецкого и 11 — 23 — ореха черного. Этим можно обосновать гипотезу о высокой металлоаккумулирующей способности фитомассы орехов грецкого и черного.

Вероятно, в тех местах, где металлоаккумуляция мало заметна, ореховые насаждения будут обладать приоритетной лечебно — пищевой функцией, а там, где отмечается накопление тяжелых металлов (ТМ) — защитной (мелиоративной) функцией.

Эту гипотезу проверяли в 2000 — 2004 гг. в субрегионе Северного Кавказа, охватывающим степную зону в пределах Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев. В субрегионе выделили двадцать опытных участков с насаждениями орехов грецкого и черного (возраст 35 — 45 лет).

По результатам опытов рассчитывали коэффициенты концентрации отдельных металлов в почве (относительно фона почв), листьях побегах и околоплодниках (относительно ПДК фитотоксичности), ядрах (относительно ПДК для пищевых продуктов). В дальнейшем вычисляли суммы коэффициентов концентрации металлов в почве и фракциях фитомассы растений, а также — коэффициенты биологического накопления (КБН) этих металлов, как отношения реального содержания соответствующих металлов во фракциях фитомассы и почвах.

Регрессионный анализ полученных данных позволил получить уравнения связи содержания ТМ в листьях (W_л, мг/кг сухого вещества) и слое почв 0 — 20 см (Sl, мг/кг сухой почвы).

• — CuWл = 4,55 + 0,16Sl при r = 0,503 0,167; (1)
• — NiWл = 5,85 · 1,01^Sl при r = 0,699 0,114; (2)
• — ZnWл = 12,8 ln Sl — 21,38 при r = 0,444 0,180; (3)
• — CoWл = 1/ (0,32- 0,007Sl) при r = 0,675 0,122;(4)
• — PbWл = 0,33Sl — 2,21при r = 0,736 0,103; (5)
• — CdWл = 0,51 + 0,22 ln Sl при r = 0,637 0,133 (6)

В составе атмосферных выпадений Mn и Cr принимают незначительное участие. Поэтому связи содержания этих микроэлементов в листьях и почве не существенны: Mn r = 0,143; для Cr — r = 0,284. Уравнения связи содержания валовых форм ТМ в побегах (W_п, мг/кг сухого вещества) и почве достоверны только:

• — для Сu W_п = 2,37 + 0,11 Slприr = 0,568 ± 0,152;(7)
• — для Ni W_п = 0,51 + 0,11 Slприr = 0,799 ± 0,080;(8)

Другие металлы, судя по коэффициентам тесноты связей, в побегах накапливаются незначительно: для Co r = 0,165; Zn — r = 0,347; Pb — r = 0,380; Cd — r = 0,067.

В опаде и формировании подстилки околоплодники и ядра участвуют мало. Поэтому связь между содержанием металлов в околоплодниках (W_о, мг/кг) и почве прослеживается только:

• — по ZnW_о = 6,51 ln Sl — 16,24 при r = 0,573 ± 0,150; (9)
• — а в ядрах и почв — по Сu W_я = 4,07 + 0,6 Sl при r = 0,502 ± 0,163. (10)

Связи содержания других техногенных металлов в околоплодниках и почвах являются слабыми, а в ядрах и почвах они отсутствуют. Возможно, что эти металлы попадают в ядра другими путями. Один из таких путей — проникновение некоторых металлов в ядра через перикарп, на липкой и шершавой поверхности которого накапливаются поллютанты с атмосферной пылью. При этом, не все металлы свободно проникают в ядра из перикарпа через эндокарп, формирующийся на начальных этапах развития плодов. Поэтому уравнения связи получили только для валовых форм:

• — СoW _я = 4,37 ln W _о — 2,38при r = 0,778 ± 0,090; (11)
• — CdW _я = 0,05 — 0,0001 / W _о при r = 0,503 ± 0,167; (12)
• — CuW _я = 11,41 ln W _о — 3,11при r = 0,489 ± 0,170. (13)

Коэффициенты тесноты связи оказались недостоверными для Ni (r = 0,110), Zn (r = 0,07) и Pb (r = 0,385). Возможно, что избирательность поступления ТМ в ядра определяется эндокарпом, формирующимся на начальных этапах развития плодов.

В целом ТМ — Cu, Ni, Zn, Co, Pb, Cd, переносимые в пыле — воздушных потоках или выпадающие на насаждения из атмосферы с аэрозолями, накапливаются в листьях, побегах и околоплодниках. Поэтому в фитомассе насаждений (фракции, участвующие в опаде) происходит биологическое накопление валовых форм металлов. Суммы КБН по ореху грецкому можно представить следующим рядом: Ботанический сад — 8.43; лесхозы: Ростовский — 8.37; Усть — Донецкий — 8.64; Шахтинский -5.93; Краснодарский — 6.32; Крымский — 8.08; Невинномысский — 8.41; Калаусский — 10.67; Бештаугорский — 7.26; Ставропольский — 6.63; Петровский — 10.37.

Аналогичный ряд КБН для ореха черного выглядит следующим образом: Ботанический сад — 6.92; лесхозы: Мартыновский — 4.95; Армавирский — 6.00; Кропоткинский — 5.76; Краснодарский — 6.71; Крымский — 10.84; Невинномысский — 7.46; Бештаугорский — 7.90; Кировский — 5.37. Состав сумм коэффициентов биологического накопления металлов в надземной фитомассе орехов по районам приведен на рисунке 1.

Рассматривая для субрегиона единый (для орехов грецкого и черного) вариационный ряд сумм КБН микроэлементов, определим среднее значение членов ряда (М_ср = 7,5) и стандартную ошибку Гаусса (у = 1,7). По параметру М_ср ± у, выделим средние (от 5,8 до 9,2), повышенные (? 9,3) и пониженные (? 5,7) значения этих сумм. Используя эти значения и физико — географические условия Северного Кавказа, провели районирование субрегиона по приоритетным функциям насаждений орехов грецкого и черного. Всего в субрегионе выделены три района (рисунок 2):

Район 1 — приоритетной лечебно-пищевой функции насаждений орехов грецкого и черного (пониженные КБН металлов) охватывает Донецкую гряду, южную часть Калачской возвышенности, восточную часть Донецко — Донской равнины и Южно — Ергенинскую возвышенность в пределах Ростовской области. Здесь распространены обыкновенные и южные чернозёмы, каштановые почвы. Исключены площади светло — каштановых солонцеватых почв, солонцовых комплексов, песчаных массивов и солончаков, т.к. на них затруднено выращивание насаждений орехов грецкого и черного. Основным видом таких насаждений в этом районе являются плантации.

Район 2 — лечебно — пищевой и защитной (мелиоративной) функции насаждений (средние, местами пониженные значения КБН металлов) охватывает восточные отроги Донецкого кряжа, Нижнедонскую аккумулятивную террасированную низменную равнину, восточную часть Приазовской равнины в пределах Ростовской области, АзовоКубанскую равнину и Район I.

Район II.

Район III.

Рисунок 1 — Суммы коэффициентов биологического накопления металлов по фракциям надземной фитомассы орехов грецкого и черного по районам субрегиона равнины северо-восточных и восточных склонов Ставропольского плато.

Здесь распространены гидроморфные почвы Донской поймы, обыкновенные и южные чернозёмы, а также — каштановые почвы.

Рисунок 2 — Районирование субрегиона по приоритетным функциям насаждений орехов: 1 — лечебно — пищевая; 2 — лечебно — пищевая и защитная; 3 — защитная (мелиоративная); 4 — районы, исключенные из районирования.

В этих условиях, насаждения орехов грецкого и черного целесообразны в виде плантаций; вблизи промышленных центров, автомагистралей, эксплуатируемых месторождений каменного угля и других полезных ископаемых — в виде лесных культур и защитных лесных насаждений.

Район 3 — приоритетной защитной (мелиоративной) функции насаждений (средние, местами повышенные значения КБН) включает Ставропольское структурно — денудационное плато и следующие области провинции предгорных депрессий и возвышенностей Кавказской горной страны: Таманская, Дельта Кубани, Кубанская аккумулятивная и аккумулятивно — эрозионная равнина, Минераловодская аккумулятивно — эрозионная равнина с островными горами — лакколитами. Здесь распространены обыкновенные и слабовыщелоченные черноземы, в предгорной полосе на пологих склонах — серые лесные и лесостепные почвы, а на горах — лакколитах — серо — коричневые почвы.

В этом районе не рекомендуем создание плантационных культур орехов грецкого и черного для получения лечебно — пищевой продукции. Здесь насаждения орехов имеют приоритетную защитную (мелиоративную) функцию. Их необходимо создавать в виде лесных культур, насаждений зелёных и санитарных зон, лесных полос и др.

орех металл районирование.