Курсовая работа
"Особенности накопления тяжелых металлов высшими водными растениями водоемов и водотоков г. Гомеля и прилежащих территорий"
Введение
Для того чтобы противостоять избыточному поступлению тяжелых металлов в организм, растения располагают системой защитных реакций и механизмов, выработанных в процессе эволюции а также в ответ на изменение среды обитания. При поступлении тяжелых металлов из почвы в растения первый барьер на их пути – это корневая система. Избыточная аккумуляция металлов разными видами растений ограничивается избирательной способностью корневого поглощения по отношению к определенным элементам [1, 2].
Из литературных источников известно, что при незначительном содержании химических элементов в почвах растения поглощают все доступные для них формы соединений. При высоких концентрациях веществ в почвах у растений наблюдается насыщение химическим элементом, при котором его количество в растениях может оставаться на определенном уровне или даже снижаться при дальнейшем увеличении содержания элемента в почве [3]. В работе [4] указывается, что линейная зависимость аккумуляции металлов в системе почва-растение наблюдается только в диапазоне малых концентраций микроэлементов в среде произрастания. При высоких концентрациях наблюдается обратная зависимость – чем выше содержание элемента в среде, тем ниже степень его поглощения [4].
Принимая во внимание вышесказанное, для характеристики процессов накопления загрязнителей в растениях используют не только абсолютные содержания веществ в растительных тканях, но и значение коэффициента биологического поглощения или коэффициент накопления элементов [5]. Коэффициент накопления элемента – это величина, которая рассчитывается как отношение концентрации элемента в золе водных растений к его содержанию в донных отложениях:
Кн
= Сраст.
/Сд.о.
Коэффициент накопления свидетельствует о наличии факта «контроля» со стороны растений за поступлением загрязнителей в метаболически важные центры и позволяет косвенно судить о степени доступности элемента в среде обитания для растительных организмов и о поведении поллютантов в системе «среда обитания - растение».
По величине аккумуляции металлов макрофиты условно подразделяют на макро-, микро- и деконцентраторы [6]. К макроконцентраторам относят растения с Кн
> 2, к микро – с Кн
=1–2 и к деконцентраторам – с Кн
<1. Один и тот же вид при разных уровнях содержания металлов в донных отложениях может одновременно относиться к разным классификационным группам. По характеру накопления и распределения металлов в зависимости от содержания их в среде обитания растения также делят на 3 группы [7]: 1) «накопители» - характеризуются повышенным содержанием металлов в органах независимо от концентрации последних в среде обитания (Кн
>1); 2) «индикаторы» - поглощение металлов пропорционально их концентрации в среде обитания (Кн
=1); 3) у «исключителей» концентрация данного металла поддерживается на постоянно низком уровне независимо от внешних концентраций (Кн
<<1). Предполагается, что механизмы устойчивости растений к токсичности отдельных тяжелых металлов действуют независимо один от другого. Для растений характерно наличие активной «внутренней» детоксикации соединений металлов. Растения разных групп различаются местом, где происходит обезвреживание: у «накопителей» оно осуществляется, главным образом, в надземной части, а у «исключителей» – в корнях.
Материалы и методы
Отбор проб донных отложений и высших водных растений производился с мая по август 2000 г. в водоемах г. Гомеля и прилегающих территорий, различающихся по степени антропогенной нагрузки. Пробы растений (надводную часть) после тщательного ополаскивания последовательно высушивали до воздушно-сухого, затем абсолютно сухого состояния и озоляли до белой золы в муфельной печи при 450о
С [8]. Донные отложения отбирали с помощью дночерпателя Боруцкого, высушивали до воздушно-сухого, затем абсолютно сухого состояния и озоляли до белой золы в муфельной печи при 450о
С [8]. Содержание металлов в золе растений и донных отложений определяли атомно-эмиссионным спектральным методом на спектрофотометре IGSM в лаборатории физико-химического анализа Института геологических наук НАН Беларуси (аналитик И.Н. Тетерева).
В процессе выполнения работы собраны макрофиты, широко распространенные в водоемах Беларуси, которые относятся к 4 экологическим группам: I – свободноплавающие неприкрепленные – ряска малая (Lemma minor L.) и водяной орех (Trapa natans L.); II – плавающие прикрепленные растения – кубышка желтая (Nuphar luteum (L) Sm.) и горец земноводный (Polygonum amphibium L.); III – подводные (погруженные) растения – элодея канадская (ElodeacanadensisRich.), роголистник погруженный (CeratophyllemdemersumL.), рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus L.); IV – надводные (земноводные или воздушно - водные) растения – стрелолист обыкновенный (SagittariasagittifoliaL.), сусак зонтичный (ButomusumbellatusL.), частуха подорожниковая (Alisma peantago-aquatica L.), манник наплывающий (Gluceria fluitans), болотница болотная (Eleocharispalustris), камыш озерный (ScirpuslacustrisL.), тростник обыкновенный (PhragmitescommunisTrin) [9].
Результаты и их обсуждение
Проведенные исследования показывают значительные различия в накоплении металлов из донных отложений у изучаемых видов водных растений (табл. 1). Например, погруженные растения III группы, отобранные в оз. Дедно, накапливают свинец из донных осадков до уровней, которые 4 раза выше, чем у надводных растений IV группы и в 10 раз выше в сравнении с растениями II группы. Такая же тенденция при накоплении металла наблюдается для представителей других водоемов опробования, в которых произрастают плавающие прикрепленные растения – коэффициенты накопления свинца макрофитами III и IV групп в 2, 5 - 5 раз выше таковых у растений II экологической группы (за исключением старицы). Погруженные растения III группы аккумулируют свинец в количествах, которые в 1, 4 - 1, 8 раза выше в сравнении с воздушно-водными макрофитами IV группы. У растений из загрязненного оз. Волотовского различие между значением Кн
элемента у погруженных и воздушно-водных представителей составляет 23 раза. Полученные данные подтверждают предположение о том, что доступность свинца из донных осадков для растений зависит от их биологии, позволяющей регулировать его содержание в различных видах даже при одинаковом количестве металла в грунтах исследуемых водоемов. Исходя из предложенных ранее классификаций, все изучаемые виды макрофитов относятся к деконцентраторам и «исключителям» свинца. Как видно из рисунка 1, при низких концентрациях элемента в донных отложениях у водных растений отмечаются высокие значения коэффициентов накопления. Примером может служить накопление свинца растениями старичного комплекса. Грунты старицы у д. Поляновка характеризуются низкими концентрациями металла, а Кн
свинца водными растениями имеют высокие значения. По мере увеличения содержания элемента в осадках водоемов коэффициент накопления у всех видов растений уменьшается, т.е. все меньшая доля содержащегося в донных грунтах токсиканта переходит в корневые системы. Вышесказанное свидетельствует о наличии некоторого механизма защиты у растений, ограничивающего
Таблица 1. Коэффициенты накопления металлов растениями разных экологических групп в зависимости от их содержания в донных отложениях водоемов
Водоем |
Экологи-ческая группа
|
Металл |
Pb |
Ni |
Co |
Cr |
V |
Mn |
Cu |
Гребной канал |
II |
0,025 |
– |
– |
– |
0,019 |
0,714 |
0,100 |
III |
0,096 |
0,043 |
– |
0,130 |
0,250 |
0,700 |
0,380 |
IV |
0,085 |
0,031 |
0,051 |
0,096 |
0,136 |
0,415 |
0,210 |
Оз. Володькино |
II |
0,091 |
0,082 |
– |
0,026 |
– |
2,576 |
0,286 |
III |
0,222 |
1,378 |
0,800 |
0,110 |
0,140 |
1,480 |
0,630 |
Оз. Дедно |
II |
0,045 |
0,040 |
– |
– |
– |
2,193 |
0,104 |
III |
0,457 |
0,280 |
0,670 |
0,090 |
0,210 |
13,08 |
0,320 |
IV |
0,115 |
0,129 |
– |
0,069 |
0,086 |
1,803 |
0,736 |
Оз. Круглое |
II |
0,008 |
0,012 |
– |
0,007 |
0,013 |
0,392 |
0,008 |
III |
0,033 |
0,081 |
– |
0,040 |
0,080 |
2,250 |
0,020 |
IV |
0,020 |
0,062 |
– |
0,010 |
0,035 |
0,440 |
0,043 |
Р. Сож, Ченки |
II |
0,051 |
– |
– |
– |
– |
0,036 |
0,055 |
III |
0,261 |
0,070 |
0,360 |
0,115 |
0,155 |
0,930 |
0,620 |
IV |
0,185 |
0,131 |
0,290 |
0,123 |
0,146 |
0,225 |
0,750 |
Р. Сож, Кленки |
III |
0,230 |
– |
– |
0,151 |
– |
47,37 |
0,630 |
IV |
0,083 |
0,360 |
– |
0,050 |
0,050 |
14,80 |
0,171 |
Старица, Ветка |
II |
0,139 |
– |
– |
– |
– |
3,502 |
0,810 |
III |
0,476 |
0,222 |
– |
– |
– |
16,30 |
3,780 |
IV |
0,108 |
0,146 |
– |
– |
– |
1,270 |
0,798 |
Оз. Волотовское |
III |
0,281 |
1,300 |
0,630 |
0,130 |
0,220 |
3,400 |
0,570 |
IV |
0,012 |
– |
– |
– |
– |
0,060 |
0,027 |
Оз. Любенское |
III |
0,266 |
0,179 |
0,350 |
0,077 |
0,140 |
1,500 |
0,280 |
IV |
0,177 |
0,013 |
– |
0,064 |
0,091 |
0,187 |
0,212 |
Оз. Малое |
III |
0,321 |
0,171 |
0,160 |
0,188 |
0,140 |
1,350 |
0,090 |
IV |
0,179 |
0,216 |
0,250 |
0,115 |
0,120 |
0,670 |
0,207 |
Оз. Шапор |
III |
0,321 |
0,313 |
0,420 |
0,032 |
0,160 |
5,000 |
0,400 |
IV |
0,202 |
0,438 |
0,122 |
0,055 |
0,091 |
1,750 |
0,780 |
Свободное поступление поллютантов в органы растений. Одним из таких механизмов, вероятно, является корневой барьер. Благодаря корневому барьеру при повышении концентрации металла в грунте величина Кн
изменяется незначительно. Минимальные значения коэффициентов накопления свинца отмечены для водных растений оз. Круглое, осадки которого содержат максимальное количество металла. У макрофитов данного водоема наблюдается насыщение свинцом, и дальнейшее его поступление в органы растений может привести к срыву регуляторных процессов и гибели растений. Исключение составляют растения, произрастающие в оз. Малое, значения Кн
для которых повышаются при увеличении металла в донных осадках, что не соответствует тенденции для остальных водоемов. При достаточно высоких концентрациях элемента в донных отложениях барьерная функция, скорее всего, нарушается, и любое повышение концентрации свинца в грунтах ведет к пропорциональному накоплению его корнями растений.
Рис. 1. Коэффициенты накопления свинца в растениях различных экологических групп
По нашим оценкам, пороговые концентрации свинца в донных отложениях водоемов, при достижении которых происходит скачкообразный переход функционального состояния растения (в том числе способность аккумулировать тяжелые металлы) на новый уровень устойчивости, находятся в диапазоне от 20 до 25 мг/кг сухой массы. По величине коэффициентов накопления свинца для растений разных экологических групп можно выстроить следующий ряд: Кн
III
гр.
> Кн
IV
гр.
> Кн
II
гр
. Погруженные виды растений III группы поглощают элемент интенсивнее надводных и прикрепленных растений с плавающими листьями. Но многие виды погруженных макрофитов III группы неоднозначны как объекты водного мониторинга, поскольку на протяжении вегетационного сезона могут менять источники поступления вещества в свои ткани.
Похожая картина наблюдается при накоплении меди в тканях изучаемых видов водных растений. В диапазоне низких концентраций металла в донных отложениях (старица у д. Поляновка) отмечаются максимальные значения коэффициентов накопления меди растениями (Кн
II
гр.
= 0.81; Кн
III
гр.
= 3.78; Кн
IV
гр.
= 0.798). Представители II группы, произрастающие в старице, аккумулируют металл в 3-14 раз интенсивнее в сравнении с растениями той же группы из всех остальных водоемов опробования (для оз. Круглое и старицы различия в значении Кн
достигают 100 раз). Погруженные виды растений (III гр.) накапливают медь из грунтов старицы до уровней, которые в 6 - 14 раз выше, чем у растений данной группы из других водоемов (для оз. Круглое и старицы различия составляют 19 раз, для оз. Малое - 42 раза). Значения Кн
элемента у представителей IV группы старицы в 4 -5 раз выше по сравнению с другими водоемами (для оз. Круглое различия составляют 18 раз, для оз. Волотовское - 30 раз). Погруженные виды растений старицы накапливают медь из грунтов почти в 5 раз интенсивнее, чем остальные водные растения данного водоема. В оз. Волотовское, где дно загрязнено металлами, значения Кн
у растений III группы в 21 раз выше, в сравнении с плавающими прикрепленными и воздушно - водными растениями. В озерах Малое, Дедно, Шапор, наоборот, растения IV группы поглощают металл в количествах, которые в 2 раза выше, чем у погруженных макрофитов. По мере увеличения концентрации меди в осадках водоемов, значения коэффициентов накопления элемента в растениях уменьшаются (рис. 2). Грунты оз. Круглое содержат медь в максимальных количествах, а коэффициенты накопления металла макрофитами всех трех групп, как и в случае со свинцом, имеют самые низкие, по сравнению с другими водоемами, значения.
Рис. 2. Коэффициенты накопления меди в растениях различных экологических групп
Макроконцентраторами и «накопителями» меди являются погруженные виды растений III группы, произрастающие в старице. «Индикаторами» элемента можно назвать растения III и IV групп из р. Сож ниже города (д. Ченки), растения III группы из озер Дедно, Шапор, а также растения II и III групп из старицы у д. Поляновка. Остальные макрофиты являются деконцентраторами данного металла. Ряд накопления меди водными растениями имеет вид: Кн
III
э.г.
³ Кн
IV
э.г.
> Кн
II
э.г
, хотя значения коэффициентов накопления меди у воздушно - водных растений IV группы, в некоторых случаях, были выше, чем у погруженных растений III группы. По нашим предположениям, критические пороговые концентрации меди для растений в донных отложениях находятся в диапазоне от 13 до 20 мг/кг сухой массы. На низкую биодоступность элемента в условиях техногенного загрязнения почв указывают А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиас в обзорной работе, посвященной проблеме поведения микроэлементов в системе почва-растение [4].
Коэффициенты накопления марганца растениями II и III групп, произрастающих в изучаемых водоемах различаются в 4-6 раз, а в р. Сож у д. Ченки – в 26 раз. Для макрофитов III и IV групп различия составляют 2-7 раз, в старице – 13 раз, в оз. Волотовское – 56 раз. Это говорит о разной поглотительной способности растений различных экологических групп по отношению к металлу даже при одинаковых условиях произрастания. По содержанию марганца подавляющее число макрофитов из всех экологических групп отнесены нами к макроконцентраторам и «накопителям», особое место среди которых занимают плавающие прикрепленные растения из оз. Дедно и р. Сож (д. Кленки), а также погруженные растения из р. Сож (д. Кленки) и старицы. К микроконцентраторам и «индикаторам» элемента относятся погруженные виды растений оз. Володькино, р. Сож (д. Ченки), озер Любенское и Малое а также надводные растения озер Дедно, Шапор и старицы. Деконцентраторами и «исключителями» марганца являются растения всех экологических групп Гребного канала, прикрепленные плавающие растения оз. Круглое и р. Сож (д. Кленки), воздушно - водные растения р. Сож (д. Кленки), озер Круглое, Волотовское и Малое. Из числа макроконцентраторов выделяются своей способностью аккумулировать металл погруженные виды растений, произрастающие в р. Сож выше города. У растений на данном участке реки, где определено самое низкое содержание элемента в донных отложениях, отмечены самые высокие коэффициенты накопления металла (рис. 3). По мере увеличения концентрации марганца в донных осадках водоемов, значения коэффициентов накопления уменьшаются и достигают минимума при максимальных содержаниях элемента в грунтах р. Сож у д. Ченки. Ряд накопления металла изучаемыми растениями выстраивается следующим образом: Кн
III
э.г.
> Кн
IV
э.г.
> Кн
II
э.г
Критические пороговые концентрации марганца в донных отложениях находятся в диапазоне от 500 до 700 мг/кг сухой массы.
Рис. 3. Коэффициенты накопления марганца в растениях различных экологических групп
По отношению к хрому все изученные виды макрофитов являются деконцентраторами и «исключителями». Среди водных растений водоемов опробования выделяются погруженные растения оз. Малого, имеющие максимальные значения коэффициентов накопления хрома (в 1, 5 - 6 раз выше, чем в других водоемах) и плавающие прикрепленные растения из оз. Круглое с минимальной величиной Кн
данного металла (различия с растениями изучаемых водоемов составляют 4, 5 - 26 раз). Полученные результаты указывают на низкую аккумулирующую способность всех плавающих прикрепленных растений II группы по отношению к хрому: в четырех из шести изучаемых водоемов макрофиты не аккумулируют металл вообще, а в двух других значение Кн
минимально. Интересно отметить следующее: содержание хрома в донных отложениях исследуемых водоемов изменяется в тех же пределах, что и концентрация меди, но максимальное значение константы накопления хрома не превышает величину, равную 0, 188, тогда как значение Кн
меди намного выше и достигает отметки 3, 78. Этот факт свидетельствует о низкой биодоступности хрома для водных растений из грунтов водоемов опробования.
При аккумуляции хрома растениями оз. Круглое наблюдается тенденция, отмеченная при накоплении свинца и меди у макрофитов водоема: в грунтах озера содержание хрома, также как свинца и меди, максимально, а значения Кн
данного элемента, как и двух указанных ранее металлов, низкие. Из общей схемы выпадают растения оз. Малое, имеющие максимальные значения Кн
хрома при достаточно высоком содержании его в донных осадках водоема. Возможно, у данных макрофитов произошел срыв регуляторных процессов, что вызвало поглощение хрома (также как свинца и меди) до высоких пределов. Не соответствуют общей тенденции и растения старицы, которые при минимальном содержании хрома в донных отложениях не накапливают металл вообще. Высокой вариабельности в значениях коэффициентов накопления элемента, характерной для других металлов, не отмечается. Ряд накопления хрома водными растениями имеет вид: Кн
III
э.г.
³ Кн
IV
э.г.
> Кн
II
э.г
.Критические пороговые концентрации металла в донных осадках находятся у отметки 30 мг/кг сухой массы (рис. 4).
Рис. 4. Коэффициенты накопления хрома в растениях различных экологических групп
Низкими значениями коэффициентов накопления никеля характеризуются растения всех групп в оз. Круглое, донные отложения которого содержат никель в высоких концентрациях. Это согласуется с тенденцией, отмеченной для других изучаемых металлов - по мере увеличения концентрации элемента в донных осадках водоемов значения Кн
данного элемента в растениях уменьшаются (рис. 5). Однако минимальная величина коэффициента накопления никеля определенадля представителей IV группы оз. Любенское, осадки которого загрязнены элементом незначительно. Причем, способность к накоплению металла у макрофитов III группы данного озера отличается от таковой у погруженных растений (III гр.) из других водоемов незначительно при существенных различиях в содержании элемента в донных отложениях. Этот факт требует дальнейшего изучения.
Рис. 5. Коэффициенты накопления никеля в растениях различных экологических групп
Погруженные макрофиты оз. Волотовское имеют максимальные значения Кн
никеля при повышенном содержании его в грунтах водоема (в 4, 0 - 34 раза выше, чем у представителей группы в других водоемах). Видимо, как и в случае с растениями оз. Малое при накоплении свинца и хрома, у макрофитов оз. Волотовское нарушились защитные механизмы, предотвращающие излишнее поступление металлов в растения. В оз. Володькино различия в накоплении никеля погруженными, воздушно - водными и плавающими прикрепленными растениями составляют 17 раз. Это еще раз подтверждает предположение о существовании различных механизмов поступления металлов в водные растения. Высокой поглотительной способностью по отношению к никелю характеризуются погруженные растения озер Дедно и Круглое в сравнении с плавающими прикрепленными видами (у погруженных растений значение Кн
в 7 раз выше). В оз. Любенское величина коэффициента накопления элемента у растения III группы в 13, 5 раз выше в сравнении с макрофитами IV группы. Микроконцентраторами и «накопителями» никеля являются погруженные растения III группы озер Володькино и Волотовское. Следует отметить тот факт, когда при высокой накопительной способности растений III группы в оз. Волотовское, у растений IV группы данного водоема элемент не обнаружен. Не накапливают металл представители II группы, отобранные в старице, р. Сож ниже города и в Гребном канале, а также растения III группы из р. Сож выше города. Все остальные изучаемые макрофиты относятся к деконцентраторам и «исключителям» данного элемента. По величине коэффициентов поглощения никеля для растений разных экологических групп можно выстроить следующий ряд: Кн
III
гр.
> Кн
IV
гр.
> Кн
II
гр.
Как и в случае с медью, в некоторых водоемах (озера Малое, Шапор, р. Сож выше и ниже города) макрофиты IV группы накапливают никель интенсивнее, чем растения III группы. Пороговые концентрации элемента для растений в донных отложениях находятся в диапазоне от 10 до 20 мг/кг сухой массы (рис. 5).
При сравнительно одинаковом содержании никеля и ванадия в донных осадках исследуемых водоемов последний поглощается водными растениями в значительно меньшей степени – значения коэффициентов накопления ванадия не превышают 0.25 (Гребной канал). Не накапливают металл грунты старицы и в растениях водоема элемент не обнаружен. Низкая аккумулирующая способность по отношению к ванадию отмечена у плавающих прикрепленных растений II группы во всех изучаемых водоемах. Как и в случае с хромом, в четырех из шести водоемов опробования макрофиты не аккумулируют металл вообще, а в двух других значение Кн
минимально. Максимальными значениями Кн
элемента отличаются погруженные растения Гребного канала, что не соответствуют общей тенденции, так как в грунтах водоема не отмечается повышенного содержания металла. На втором месте по накоплению ванадия находятся погруженные макрофиты оз. Волотовское с минималым содержанием элемента в донных отложениях. Но в указанном водоеме, вопреки общей закономерности, ванадий не накапливается в воздушно - водных растениях IV группы. Для изучаемых растений наиболее четкие различия между значениями коэффициентов накопления ванадия отмечены у представителей II и III групп (рис. 6). Значения Кн
у погруженных и воздушно - водных растений во всех водоемах отличаются незначительно (1, 5 - 2, 5 раза). Ряд накопления элемента для растений водоемов опробования выглядит следующим образом: Кн
III
э.г.
> Кн
IV
э.г.
> Кн
II
э.г
.Изученные виды растений являются деконцентраторами и «исключителями» ванадия.
Рис. 6. Коэффициенты накопления ванадия в растениях различных экологических групп
Из всех изучаемых металлов больше всего вопросов возникает при рассмотрении накопления кобальта (рис. 7). При довольно низких концентрациях его в донных отложениях (в 100 раз меньше, чем марганца и в 10 – чем хрома и меди) коэффициенты накопления металла у растений были достаточно высокими, что говорит о нахождении элемента в биодоступных формах в донных отложениях отдельных водоемов опробования. Следует отметить, что у растений разных экологических групп одного водоема имеются значительные различия в аккумуляции кобальта. Например, в озерах Волотовское, Любенское и Дедно в воздушно - водных растениях элемент не накапливается, тогда как погруженные макрофиты водоемов активно аккумулируют кобальт из донных отложений (значение Кн
в 2 - 5, 5 раза выше, чем у представителей группы в других водоемах). У плавающих прикрепленных растений ни в одном из изучаемых водоемов металл не обнаружен. Донные отложения оз. Круглое содержат максимальное количество элемента, но в растениях кобальт не накапливается вообще. Возможно, это связано с присутствием элемента в грунтах водоема в формах, недоступных для растений. Это также может быть вызвано работой блокирующих механизмов, предотвращающих поступления токсичных веществ в растительные организмы. Как было указано выше, дно оз. Круглое сильно загрязнено изучаемыми элементами и значения Кн
практически для всех металлов у макрофитов озера минимальны. Это говорит о сильной активизации механизмов устойчивости растений оз. Круглое к токсическому действию металлов, что может полностью подавлять накопления кобальта в макрофитах водоема. При одинаковом содержании элемента на участках реки выше и ниже города, растения, собранные у д. Кленки (выше города) не содержат соединений никеля, что требует дальнейшего изучения. Значения коэффициентов накопления металла у погруженных растений в 1, 5 - 6, 5 раза выше, чем у воздушно - водных (за исключением макрофитов оз. Малое и Гребного канала). Активнее всех поглощают элемент из донных осадков погруженные растения озер Дедно, Володькино и Волотовское. Данные растения мы можем отнести к «индикаторам» кобальта, остальные являются деконцентраторами и «исключителями» металла. Минимальные значения Кн
- у надводных растений Гребного канала и оз. Шапор. Погруженные виды водных растений занимают первое место по поглощению кобальта из донных отложений, за ними стоят надводные макрофиты, а прикрепленные растения с плавающими листьями не поглощают данный металл вообще.
Рис. 7. Коэффициенты накопления кобальта в растениях различных экологических групп
Полученные данные позволяют сделать выбор объектов биомониторинга тяжелых металлов при изучении загрязнения водных экосистем. Ими могут быть макроконцентраторы марганца и никеля, а также «индикаторы» марганца, меди и кобальта, у которых значения Кн
металлов близки к единице. Остальные растения являются деконцентраторами изучаемых металлов, и это может вызвать определенные сложности при использовании их в качестве объектов биомониторинга. Из графического материала видно, что интенсивнее всех поглощают минеральные вещества из донных осадков погруженные виды водных растений, в меньшей степени – надводные макрофиты. Низкая аккумулирующая способность, характерная для плавающих прикрепленных растений, затрудняет использование их в качестве мониторов загрязнения водоемов тяжелыми металлами. В процессе проведения исследований были установлены пороговые уровни содержания свинца, меди, марганца, никеля и хрома в донных отложениях водоемов опробования. По биодоступности для водных растений из донных осадков изучаемые элементы можно выстроить в следующий ряд: Mn>Co>Ni>Cu>Pb>V>Cr.
Для большинства изучаемых металлов прослеживается тенденция снижения значения коэффициентов накопления элементов в растениях по мере увеличения их в донных отложениях: в диапазоне низких концентраций химических элементов в грунтах водоемов степень поглощения их растениями высока, а при высоких концентрациях у растений наблюдается насыщение элементом и степень его поглощения снижается – значение Кн
стабилизируется. Таким образом, на доступность металла для растений влияют содержание и форма нахождения его в среде обитания, а также природа самого химического элемента. Можно предположить также, что для некоторых металлов процесс накопления их макрофитами определяется, в частности, критическими уровнями концентраций, при достижении которых происходит скачкообразный переход функционального состояния растения (в том числе, способность аккумулировать тяжелые металлы) на новый уровень устойчивости. Доступность металлов в донных отложениях для водных растений зависит также и от их биологии, позволяющей регулировать содержание химических элементов в различных видах даже при одинаковом количестве металлов в грунтах водоемов. Полученные данные могут быть использованы при решении такой проблемы, как оценка экологической емкости водных экосистем по отношению к тяжелым металлам.
Литература
1. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. – М.: Наука, 1974. – 325 с.
2. Власюк П.А. Микроэлементы в обмене веществ растений. – Киев: Наукова думка, 1976. – 154 с.
3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.
4. Кабата – Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир, 1989. – 436 с.
5. Ялынская Н.С., Лопотун А.Г. Накопление микроэлементов и тяжелых металлов в растениях рыбоводных прудов // Гидробиологический журнал. − 1993. - Т. 29, №5. С – 40-46.
6. Никаноров А.М., Жулидов А.В., Емец В.М. Тяжелые металлы в организмах ветлендов России. – С.-П.: Гидрометеоиздат, 1993. – 282 с.
7. Лукина Л.Ф., Смирнова Н.Н. Физиология высших водных растений. – Киев: Наукова думка, 1998. – 184 с.
8. Никаноров А.М., Жулидов А.В., Покаржевский А.Д. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных экосистемах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 143 с.
9. Савченко В.В., Вадковская И.К. Микроэлементы в водных растениях Беларуси (на примере рек Березина и Свислочь) // Природопользование. – 1996. – вып. 1. – С. 124-126.
|