АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛИСТЬЯХ SORBUS AUCUPARIA L. В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ Г. ОРЕНБУРГА)

https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/08

Е. В. Немцова, А. В. Харин, И. А. Разлуго

Немцова Е. В., Харин А. В., Разлуго И. А. Влияние диоксида кремния «Ковелос-Сорб» на параметры роста Rhododendron roseum (Loisel.) Rehder в культуре in vitro // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2020. № 1. С. 48-55. https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/08

Nemtsova, E. V., Harin, A. V., Razlugo, I. A. (2020). The influence of silicon dioxide Kovelos-Sorb on growth characteristics of Rhododendron roseum (Loisel.) Rehder cultivated in vitro. Bulletin of Nizhnevartovsk State University, (1). 48-55. (In Russian) https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/08

дата поступления: 7 июля 2019 г. дата принятия: 27 октября 2019 г.

© Немцова Е.В., Харин А.В., Разлуго И.А.

УДК 574.21: 574.24: 58.087 https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/09

Д. Г. Федорова

АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛИСТЬЯХ SORBUSAUCUPARIA L. В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ г. ОРЕНБУРГА)

D. G. Fedorova

ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN THE LEAVES OF SORBUS AUCUPARIA L. IN THE URBAN ENVIRONMENT (ON THE EXAMPLE OF ORENBURG)

Аннотация. Деревья, произрастающие на территории горо- Abstract. In urban areas, trees play an essential

да, играют важную роль в очистке атмосферы от различных role to cleanse the airborne toxic pollution in

токсикантов, находящихся в окружающей среде. Вид Sorbus the environment. The species Sorbus aucuparia

aucuparia L. исследован как возможный биоиндикатор за- L. was studied as a biological indicator of toxic

грязнения воздуха тяжелыми металлами и токсичными эле- heavy metals pollution in the city of Orenburg,

ментами в городе Оренбурге. Воздействие загрязнения воз- Russia. The impact of airborne pollution was

духа анализировали путем оценки морфометрических пара- assessed by the evaluation of morphometric paметров и химического анализа листьев. Листья рябины обык- rameters and the chemical analysis of leaves.

новенной были собраны на территории города Оренбурга в The rowan leaves were collected in Orenburg in

районах с разной интенсивностью антропогенного воздей- areas exposed to anthropogenic intervention of

ствия. Проведено сравнение концентраций Cd, Cu, Pb, Zn и various degree. The concentrations of Cd, Cu,

Fe в пробах листьев городских районов с различным антро- Pb, Zn and Fe in leaf samples were compared. It

погенным воздействием. По полученным результатам выяв- was found that the concentration of heavy metals

лено, что накопление тяжелых металлов в растениях города in plants growing in the city is higher than in the

происходит интенсивнее, чем в контрольных образцах, и control samples and decreases in the order Cd >

уменьшается в ряду Cd > Cu > Pb > Zn > Fe. Проведенное Cu > Pb > Zn > Fe. The biological monitoring

исследование показало, что биомониторинг может использо- can be used to study environmental pollution as

ваться для изучения загрязнения окружающей среды и может an environmentally sustainable tool for enviвыступать в качестве экологически устойчивого инструмента ronmental management in urban areas.

для рационального природопользования в городских районах. Key words: Sorbus aucuparia L.; accumulation;

Сведения об авторе: Федорова Дарья Геннадьевна; ORCID: 0000-0002-5323-4965, канд. биол. наук, Оренбургский государственный университет, Ботанический сад; Оренбургский государственный педагогический университет, г. Оренбург, Россия, DaryaOrlova24@rambler.ru.

About the authors: Fedorova Darya Gennadevna; ORCID: 0000-0002-5323-4965, Ph.D., Orenburg State University, Botanical garden, Orenburg state pedagogical University, Orenburg, Russia, DaryaOrlova24@rambler.ru.

Введение

Экологические факторы урбанизированных территорий имеют существенные отличия от тех, которые оказывают влияние на растительные организмы в естественной среде. Вследствие большой площади контакта с окружающей средой растения становятся особо уязвимы по отношению к различным воздействиям, в том числе и к загрязнителям, так как через контактирующую поверхность кроме жизненно важных веществ поглощаются и всевозможные токсиканты. Особо велика поглотительная способность листовых пластинок: на поверхности может оседать большое количество пылевых частиц, а через устьица поллютанты проникают внутрь самого листа [2; 11—14].

Поглощенные растением из окружающей среды загрязнители, аккумулируясь в клетках и тканях, существенно влияют на физиологическое состояние, а также на морфологию растительного организма. Наиболее уязвимы в этом отношении многолетние растения, так как токсические вещества накапливаются в организме непрерывно на протяжении нескольких лет. Накопление вредных для растительного организма веществ влияет и на фенологию, смещая наступление фенофаз в ту или иную сторону. В частности, у листопадных растений наблюдается раннее пожелтение и опадание листьев вследствие накопления в них токсических веществ. В итоге вегетационный период растений заметно укорачивается. Нарушается и водный режим растений, так как под действием поллютантов нарушается целостная организация устьичного аппарата - наступает так называемый «паралич» устьичных клеток, т. е. клетки теряют способность регулировать ширину устьичной щели. Вследствие этого устьица постоянно широко открыты, что в свою очередь способствует увеличению расхода воды при транспирации.

Особую группу загрязнителей, оказывающих негативное влияние на растительный организм, представляют тяжелые металлы (ТМ). Те или иные ТМ присутствуют в растительном организме в определенном количестве, тем самым обеспечивая им нормальную жизнедеятельность [8]. Однако постепенное увеличение концентрации ТМ приводит к тому, что они из категории полезных переходят в группу токсичных для организма веществ. Превышение допустимых концентраций металлов в растениях приводит не только к отклонению в их развитии, но и к гибели растительного организма [12].

Разные группы металлов оказывают особое воздействие на различные процессы жизнедеятельности растений. Например, повышенное содержание цинка и кадмия снижает рост клеток, а накопление свинца приводит к аномалиям митотических процессов, что также угнетает рост растительного организма. Кроме того, некоторые металлы, являясь химическими аналогами других веществ, попадая в растение, замещают жизненно необходимые для растения элементы ферментативной системы, тем самым нарушая их работу (например, кадмий является химическим аналогом цинка) [7].

Одним из главных источников загрязнения в городах является автомобильный транспорт. ТМ могут поступать в окружающую среду как в результате работы самого транспорта, так и в результате истирания дорожного покрытия. Как следствие в окружающую среду поступают такие металлы как цинк, никель, свинец, алюминий, кадмий, железо и другие. Наиболее токсичными веществами этой группы считаются свинец и кадмий [7].

В настоящее время проводится большое количество научных мероприятий мониторинга экологического состояния окружающей среды, среди которых важное место принадлежит фитотестирова-нию - биологическому контролю с использованием в качестве индикатора высших растений [4; 9].

Целью исследования было выявление изменчивости в накоплении ТМ растениями вида Sorbus aucuparia L., произрастающими вдоль автомобильных дорог на территории г. Оренбурга в сравнении с контрольным образцом.

Условия, объект и методика исследования

Исследования проводились на территории г. Оренбурга. Оренбург - крупный административный центр Оренбургской области, расположенный в Южном Предуралье. Для климата характерна резкая выраженность климатических сезонов, которые различны по изменению режима тепла и влаги. Низкая влажность воздуха обусловлена высокими летними температурами в сочетании с небольшим количеством атмосферных осадков, что ведет к неблагоприятным периодам засухи на территории города. Характерны для климата и низкие зимние температуры, а также поздневесенние и раннеосенние заморозки [14].

Оренбургская область находится в числе лидеров среди субъектов ПФО по степени загрязненности окружающей среды. За последнее десятилетие уровень загрязнения атмосферного воздуха в Оренбурге характеризуется как «высокий», при этом показатель индекса загрязнения варьирует от 5,1 ед. до 8,8 ед. Огромную роль в загрязнении играет автомобильный транспорт, количество которого увеличивается ежегодно. Так, например, число легковых автомобилей в период с 2000 по 2017 гг. увеличилось более чем в два раза (табл. 1.) [6].

Таблица 1

Наличие транспортных средств в Оренбургской области

Грузовые транспортные средства: грузовые автомобили (включая пикапы и легковые фургоны) - всего 48 806 51 461 87 706 131 485 133 675 134 214

в том числе в организациях всех видов экономической деятельности 28 091 18 162 12 442 9 614 7 509 7 313

пассажирские транспортные средства:

автобусы общего пользования 2 344 1 100 1 174 907 1 018 942

легковые автомобили - всего 301 844 379 347 526 615 678 400 710 981 740 990

Объект исследования - Sorbus aucuparia L. - дерево, характеризующееся как достаточно декоративное и экологически пластичное, вследствие чего часто используется в озеленении г. Оренбурга (как одиночные, так и групповые посадки). В качестве условного контроля использовались растения рябины, произрастающей на территории Ботанического сада Оренбургского государственного университета. Выбор контроля обусловлен нахождением Ботанического сада на значительном удалении от крупных автодорог города.

Сбор листьев осуществлялся в конце вегетационного периода, с растений, произрастающих вдоль автодорог на улицах с интенсивным потоком транспорта: ул. Чичерина, Шевченко, Туркестанская, Монтажников, Хабаровская, Постникова, Пролетарская, Терешковой. Данные улицы принадлежать к четырем административным районам города: Центральный (№ 1), Промышленный (№ 2), Ленинский (№ 3), Дзержинский (№ 4). Исследования по выявлению содержания ТМ проводились на базе испытательной лаборатории Государственного центра агрохимической службы «Оренбургский» посредством испытания на спектрофотометре AAS-4. При этом определяли содержание 5 металлов (Cu, Zn, Pb, Fe, Cd), два из которых (Pb, Cd) обладают высокой токсичностью.

Площадь листовых пластинок определяли с использованием весового метода в модификации Л. В. Дорогань (1994).

Для более точной и наглядной оценки накопления в листьях ТМ использовался показатель концентрации (показатель загрязнения) тяжелого металла (ПК): ПК = (Со-Ск)/С, а также суммарный показатель концентрации (СПК): СПК = Х(Со-Ск)/Ск, где Ск - содержание химического элемента в листьях контрольной зоны (Ботанический сад), С0 - содержание химического элемента в листьях растений придорожных зон [5]. Статистическую обработку данных проводили с применением программы Microsoft Excel и Statistica 6.0.

Результаты исследований

Sorbus aucuparia L. - листопадное дерево. Листья рябины обыкновенной непарноперистослож-ные, состоящие в среднем из 13 зубчатых по краю листочков. Листья слегка опушенные, сверху окраска матово-зеленая, снизу - чуть светлее.

При сборе биоматериала было отмечено наличие большого количества поврежденных листовых пластинок. Для них было характерно присутствие хлоротичных участков и желтоватого оттенка, т. е. у деревьев наблюдалась так называемая «пестролистность». У многих деревьев кроме хлороза отмечались участки отмершей ткани в различных местах листовой пластинки (на верхушке, по краям и между жилками). По мере увеличения участков отмершей и высохшей ткани растение принимает вид пораженного ржавчиной. В связи с этим сбор был достаточно затруднен и занимал значительное время, так как для проведения морфометрических измерений, а также биохимического анализа необходимо производить сбор неповрежденных листьев с целой листовой пластинкой.

Анализируя данные, полученные в результате биохимического анализа, нельзя прийти к однозначному выводу о том, что контрольные образцы обладают лучшими показателями по накоплению ТМ, так как ряд значений содержания металлов в контрольном образце превышает таковые в образцах городской среды. И поэтому невозможно однозначно сделать вывод об экологической «успешности» контроля. Так, например, содержание свинца в контрольном образце превышает содержание в образцах, собранных на территории города. Однако, необходимо обратить внимание на показатели площадей листовых пластинок (табл. 2). Как известно [1], загрязнение окружающей среды, угнетая растение, негативно влияет на его морфометрические показатели. Как следствие, под воздействием поллютантов снижается площадь листовых пластинок. Исходя из вышесказанного, можно проследить четкое различие в показателях площадей у исследуемых образцов. Наибольшая площадь характерна для контрольных образцов - 118,3 см2, в экологических условиях города этот показатель в два раза меньше, и в среднем составляет 56,1 см2. Поскольку имеется такое сильное различие по показателю площадей листовых пластинок, целесообразно рассчитать отношение накопленных металлов к этому показателю и сравнить уже полученные числовые данные. Условно назовем эти значения как «содержание ТМ на 1 см2 площади листа» (рис. 1). Исходя из полученных значений, очевидно, что в контрольных образцах накоплено значительно меньше ТМ по сравнению со всеми остальными образцами.

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в листьях Sorbus aucuparia L.

Район исследования S листовой пластинки, см2 Содержание ТМ, мг/кг

Cu Zn Pb Fe Cd

№ 1 51,99±3,1 2,05±0,5 7,44±1,5 0,06±0,02 55,8±12,0 0,034±0,011

№ 2 54,29±5,47 2,5±0,7 12,4±2,5 0,06±0,02 95,7±21,5 0,025±0,008

№ 3 53,32±3,0 1,85±0,5 6,5±1,3 0,08±0,03 100,5±24,2 0,03±0,01

№ 4 65,79±1,8 3,0±0,8 14,5±3,0 0,07±0,02 118,7±27,8 0,04±0,014

Ср. показатель 56,11±3,3 2,35±0,5 10,23±3,2 0,06±0,008 91,95±18,1 0,03±0,005

Контроль 118,3±6,35 2,1±0,5 12,5±2,6 0,08±0,03 98,5±22,7 0,012±0,004

-1-1-1-1

№1 №2 №3 №4 К

-1-1-1-1№1 №2 №3 №4 К

-1-1-1-1№1 №2 №3 №4 К

~I-1-1-r~

№1 №2 №3 №4 К

-1-1-1-1№1 №2 №3 №4 К

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в листьях Sorbus aucuparia L. на 1 см2: № 1 - Центральный район, № 2 - Промышленный, № 3 - Ленинский, № 4 - Дзержинский, К - контроль

Суммарный показатель загрязнения ТМ у растений города варьирует в пределах от 0,67 до 5,8. Наиболее высокий суммарный показатель загрязнения ТМ отмечается у растений рябины обыкновенной на ул. Монтажников (5,8). Следующие по уровню СПК - растения с ул. Хабаровской (1,4) и Пролетарской (1,11). Показатели СПК в данных случаях достаточно высокие за счет большого содержания в листьях этих растений кадмия по сравнению с контрольным образцом.

У растений, произрастающих на ул. Чичерина и Туркестанской, отмечается отрицательное значение СПК: 0,36 и 0,67 соответственно. Такой низкий показатель содержания ТМ в первую очередь связан с обеднением листьев данных растений железом, цинком и медью.

По показателю СПК все исследуемые растения можно расположить в следующий убывающий ряд:

- по улицам: Монтажников > Хабаровская > Пролетарская > Терешковой > Шевченко > Постникова > Чичерина > Туркестанская;

- по административным районам: Дзержинский > Промышленный > Ленинский > Центральный.

Если рассматривать показатель загрязнения по каждому металлу в среднем по городу (по сравнению с контрольным образцом), то исследуемые ТМ по степени интенсивности накопления их листь0

https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/09

Д. Г. Федорова

ями Sorbus aucuparia L. в условиях Оренбурга можно расположить в следующий убывающий ряд: Cd > Cu > Pb > Zn > Fe.

Практически во всех районах (кроме центрального) у исследуемых организмов наблюдается высокое содержание железа в листьях. Вероятнее всего это связано с важной ролью данного вещества в процессах дыхания и фотосинтеза у растений. Таким образом, накапливая его в большом количестве, растения пытаются усилить процессы метаболизма, тем самым нормализовать процессы жизнедеятельности в условиях интенсивной техногенной нагрузки.

Выводы

В ходе исследований в отношении фитоиндикационной способности растений рябины обыкновенной были проведены анализ морфометрических показателей листовых пластинок и биохимический анализ содержания ТМ в листьях данных образцов. Морфометрический анализ - определение площади листовой пластинки - показал сильное отличие площади у контрольных образцов от площади у образцов, произрастающих в черте города. Прослеживается уменьшение площади листьев у растений города, что связано с увеличением техногенной нагрузки и ухудшением экологических условий урбосреды в сравнении с ботаническим садом.

Степень содержания ТМ в листьях города значительно выше, чем у контрольных образцов, что доказывает проведенный биохимический анализ. В первую очередь негативное влияние на растение в данном случае оказывают выбросы от автотранспорта. Наиболее загрязненной территорией города согласно полученным данным является Дзержинский район, а улицей - улица Монтажников. Кадмий -наиболее аккумулируемый металл для данного растения, что естественно пагубно сказывается на жизнедеятельности данного вида в условиях техногенной нагрузки.

Итак, согласно проведенным исследованиям, подтверждается возможность использования вида рябина обыкновенная в качестве вида-индикатора экологического состояния урбанизированных территорий. Планируется расширение спектра исследуемых химических загрязнителей, а также поиск новых видов-индикаторов.

Литература

REFERENCES

Федорова Д. Г. Аккумуляция тяжелых металлов в листьях Sorbus aucuparia L. в условиях городской среды (на примере г. Оренбурга) // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2020. № 1. С. 55-60. https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/09

Fedorova, D. G. (2020). Accumulation of heavy metals in the leaves of Sorbus aucuparia L. in the urban environment (on the example of Orenburg). Bulletin of Nizhnevartovsk State University, (1). 55-60. (In Russian) https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/09

дата поступления: 02 июля 2019 г. дата принятия: 25 сентября 2019 г.

© Федорова Д.Г.

УДК 57.044 https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-l/10

С. Ю. Огородникова

ЭФФЕКТЫ ЛИГНОГУМАТА НА ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ (МОДЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ)

S. Yu. Ogorodnikova

EFFECTS OF LIGNOHUMATE ON THE PHYTOTOXICITY OF PHOSPHORUS-CONTAINING COMPOUNDS (MODEL EXPERIMENTS)

Аннотация. В условиях химического загрязнения актуальным является повышение устойчивости растений веществами, обладающими протекторным действием. В модельных опытах изучено влияние гуминового препарата - Лигногумата (ЛГ) в концентрациях 0,1, 0,5 и 1 г/л на фитотоксические свойства фосфорсодержащих соединений: метилфосфоновой кислоты (МФК) и пирофосфата натрия (ПФН). Опыты проводили на растениях ярового ячменя (НоЫеит distichum L.) сорта Новичок. В качестве тест-функций использовали показатели прорастания и всхожести семян, роAbstract. In conditions of chemical pollution, it is relevant to enhance the resistance of plants with substances that have a protective action. The effect of humic substance Lignohumate on the phytotoxic properties of phosphorus-containing compounds methylphosphonic acid (MPA) and sodium pyrophosphate (SPP) was studied in model experiments. Lignohumate was tested at three concentrations (0.1, 0.5, and 1 g/L) on Horde-um distichum L. of the Novichok variety. The test functions were such indicators as the germinating and sprouting ability of seeds, the growth and biomass ac-