15_myadelets_siromlya by Serge

Лікарське рослинництво: від досвіду минулого до новітніх технологій: матеріали четвертої Міжнародної науково–практичної інтернет–конференції. – Полтава, 14-15 травня 2015 р.

УДК: 504.05:[631.4+581](571.14) Мяделец М.А., научный сотрудник, Сиромля Т.И., научный сотрудник ФГБУН Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирск, Россия ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА CICHORIUM INTYBUS L. АНТРОПОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ Г. НОВОСИБИРСКА Ключевые слова: Cichorium intybus L., надземная часть, корни, элементный состав, антропогенные экосистемы. Цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.) – многолетнее травянистое растение со стержневой корневой системой. Вид часто является индикатором степени антропогенного воздействия [10]. Обладает широким ареалом и является хозяйственно ценным в качестве пищевого, лекарственного, декоративного и почвоулучшающего растения [2], предложен в качестве ремедиатора для Zn и Cd [3]. В настоящее время С. intybus выращивают для производства инулина в промышленных масштабах [13]. С лечебной целью используются корни, трава и соцветия С. intybus [4]. Данный вид растения нетребователен к качеству почвы, одинаково хорошо произрастает на черноземной и нечерноземной почве, встречается по обочинам дорог [12], в связи с чем некоторые сторонники натуральной медицины считают растворимый напиток цикория источником токсичных для организма веществ [6]. Таким образом, исследование биогеохимических особенностей С. intybus антропогенно измененных территорий является весьма актуальным. Цель работы – исследование содержания химических элементов (ХЭ) в системе почва – корни – надземная часть С. intybus и определение соответствия сырья, произрастающего в антропогенно нарушенных местообитаниях, показателям СанПиН 2.3.2.1078-01. В качестве объектов исследования были использованы образцы почв (глубина отбора 0-20 см в зоне расположения корневой системы) и растений С. intybus (надземная часть, корни), собранные в фазу цветения. Пробы были отобраны на территории г. Новосибирска (Советский, Кировский, Октябрьский, Калининский районы) и Новосибирского района (г. Обь, р.п. Кольцово) по общепринятым методикам. В пределах исследуемых районов было заложено от 3 до 5 пробных площадок, на каждой из которых отбирали не менее 3 средних проб. Содержание физической глины определяли по ГОСТ 12536-79, рН сол – по ГОСТ 26483-85, подвижную форму ХЭ в почвах – по РД 52.18.289-90. Общую зольность и количество золы, не растворимой в 10% HCl, определяли общепринятыми методами [5]. Анализ содержания ХЭ, извлекаемых из растений раствором 10% HCl, проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Определение общего количества ХЭ проводили методом атомно-эмиссионного спектрографического анализа с дуговым аргоновым двухструйным плазмотроном (в растениях – после сухого озоления). Содержание ХЭ приведено в пересчете на воздушно-сухие образцы. Все анализы выполнены в трех аналитических повторностях. Для оценки доступности ХЭ растениям рассчитывалась их подвижность в почве (отношение количества подвижных форм к общему содержанию в почве). Для определения степени накопления ХЭ растениями рассчитывали коэффициент корневого барьера Ккб (отношение содержания в корнях к содержанию в надземных органах), коэффициент биологического поглощения Ах (отношение содержания ХЭ в золе растения к общему содержанию в корнеобитаемом слое почвы), коэффициент биогеохимической подвижности Вх (отношение содержания ХЭ в сухом веществе растений к его подвижной форме, извлекаемой из почвы ацетатно-аммонийным буфером (ААБ)) [11], биогеохимическая активность вида (БХА) (суммарная величина, получаемая при сложении коэффициентов Ах отдельных ХЭ, которая позволяет судить 238

об общей способности растения к увеличению концентрации ХЭ при извлечении их из почвы) [1], степень извлечения (α) (отношение общего содержания ХЭ в сухом веществе растений к содержанию ХЭ, извлекаемого 10% раствором соляной кислоты). Все вышеуказанные коэффициенты (кроме Ккб) были рассчитаны и для корней, и для наземной части растений. Исследованные почвы можно разделить на две группы: супесчаные с нейтральной реакцией почвенного раствора и легкосуглинистые с близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора. Валовое содержание в них тяжелых металлов (ТМ) (табл. 1) оценивается по разным критериям в соответствие с ГН 2.1.7.2511-09 и ГН 2.1.7.2041-06. Таблица 1. Химические элементы в системе почва-растения C. intybus Растительное сырье Почва Надземная часть Корни ХЭ M±m, мг/кг V, % M±m, мг/кг V, % Ax M±m, мг/кг V, % Ax Al 50856±3475 21 407±111 82 0,09 2862±562 59 0,74 B 45,5±1,8 12 23,1±2,1 27 6,7 14,9±1,4 28 4,9 Ba 405±29 21 21±3 39 0,69 54±10 57 1,7 Be 2,03±0,07 10 0,05±0,01 29 0,31 0,09±0,01 37 0,62 Ca 23400±4108 53 12258±1194 29 8,7 6970±728 31 5,8 Ce* < 20-53,7 ─ < 1,0-4,44 ─ ─ < 1,0-4,76 ─ ─ Cd 0,78±0,04 15 0,40±0,04 31 6,9 0,57±0,10 50 10,0 Co 12,0±0,7 18 0,28±0,05 49 0,29 0,42±0,09 63 0,46 Cr 70,2±4,1 17 0,26±0,07 75 0,05 2,79±0,65 70 0,50 Cu 23,6±2,9 37 12,7±2,5 59 8,7 23,1±2,5 32 17,6 Fe 28778±1758 18 229±54 70 0,10 1095±231 63 0,49 Ga 11,4±0,5 14 0,21±0,03 37 0,23 0,47±0,08 50 0,55 K 18333±732 12 20274±2562 38 14 13633±1008 22 11,4 La 20,7±1,2 18 1,17±0,11 28 0,73 0,99±0,19 57 0,61 Mg 7046±389 17 2521±326 39 5,2 1475±131 27 3,3 Mo < 1,0 ─ 0,62±0,21 102 ─ 0,46±0,12 77 ─ Mn 565±38 20 21,5±3,2 45 0,51 46,5±7,0 45 1,1 Na 15944±653 12 304±58 57 0,24 2616±468 54 2,7 Nb 197±21 32 0,15±0,04 86 0,008 0,63±0,28 134 0,04 Ni 39,8±2,1 16 1,56±0,20 39 0,54 3,73±1,03 83 1,2 P 583±66 34 2749±339 37 64 1689±149 26 48,8 Pb 17,1±1,4 25 0,40±0,07 53 0,29 1,23±0,40 98 0,81 Sc 9,8±0,5 16 0,17±0,02 42 0,23 0,44±0,07 45 0,60 Si 269667±11038 12 1683±318 57 0,07 7997±1988 75 0,36 Sn** 2,4±0,3 38 < 0,1 ─ ─ 0,56±0,14 69 3,6 Sr 165±14 25 79,5±6,1 23 6,7 74,4±8,6 35 6,7 Ti 2999±169 17 24±6 71 0,10 109±23 65 0,45 V 84,8±5,8 20 0,9±0,2 59 0,13 3,1±0,6 61 0,48 Y 23,6±0,8 10 0,50±0,08 51 0,26 1,20±0,16 39 0,69 Yb 2,31±0,15 19 0,04±0,01 50 0,23 0,11±0,02 45 0,63 Zn 65,4±4,9 23 24,8±4,4 54 4,8 25,9±4,6 53 5,5 Zr 157,9±10,3 19 2,0±0,3 47 0,16 5,8±1,1 59 0,47 8,0±0,7 7,4±0,8 Общая зола, %

Примечание: M – среднее арифметическое, m – ошибка среднего арифметического, V – коэффициент вариации, * – размах варьирования (рассчитать другие параметры не представляется возможным), ** – за исключением точки возле Новосибирского оловянного завода.

239

Во всех супесчаных почвах обнаружено превышение ОДК для Cd, Ni и Zn, но это говорит не о загрязненности почв, а о чрезмерной жесткости используемых нормативов, так как валовое содержание ХЭ в целом соответствует их фоновому содержанию по региону [9], кроме того – не обнаружено статистически значимой разницы между валовым содержанием всех исследованных ХЭ в супесчаных и легкосуглинистых почвах. Почвы пробной площадки, заложенной около Новосибирского оловянного завода, отличаются очень высоким содержанием олова (33 мг/кг), в связи с чем данную точку пришлось исключить из статистической обработки данных по этому элементу, чтобы избежать сильного искажения результатов. Обнаружена статистически значимая корреляционная связь между валовым содержанием Ba (r = 0,77), Cd (r = 0,67), Cu (r = −0,78), Pb (r = 0,86), Sn (r = 0,99) в почве и в корнях и между содержанием Ba (r = 0,83), Cu (r = −0,72) в почве и надземной части C. intybus. Содержание подвижной формы ТМ нормируется по ГН 2.1.7.2041-06, статистически значимой разницы между почвами различного гранулометрического состава также не обнаружено, превышение ПДК не наблюдается. Наибольшей подвижностью в исследуемых образцах почв обладают Ca (до 56%), Cd (до 37%) и Pb (до 20%), наименьшей – Fe (до 0,2%) и Na (до 1,3%) (рис. 1). Выявлена статистически значимая корреляционная зависимость между валовым содержанием Ca (r = 0,89), Sr (r = 0,69) в почве и содержанием их подвижных форм. 100

90 50

80 70

60 30

50 40

30 20

10 0

Ca Cd Со Cu Fe

Mg Mn Na Ni

Pb Sr Zn

Рис. 1. Подвижность ХЭ в исследуемых почвах, %

Ca Cd Cu Fe

Mg Mn Na Ni

Pb Sr Zn

Рис. 2. Степень извлечения ХЭ из растительного сырья (надземная часть) 10% р-ром HCl, %

При сравнении содержания ТМ в исследуемых образцах растительного сырья (табл. 1) с показателями ПДК СанПиН 2.3.2.1078-01 превышения допустимых значений не отмечается. Растения, собранные около Новосибирского оловянного завода, содержат значительное количество олова – 8,8 мг/кг в корнях и 0,4 мг/кг в надземной части (при статистической обработке данных эти значения были исключены). Сопоставление полученных нами результатов с литературными данными показало, что для C. intybus Оренбургской агломерации [3] характерно повышенное накопление Zn (до 70,0 мг/кг в корнях) при более низком содержании его в почве (до 35 мг/кг), близкое содержание Pb, но меньшее количество Cd (до 0,25 мг/кг в корнях при концентрации до 0,5 мг/кг в почве). Корни растений C. intybus, произрастающих в условиях экологически чистой территории Ферганской долины [8] в большей степени обогащены Cа (16300 мг/кг), K (32200 мг/кг), Zn (73 мг/кг), Mn (66 мг/кг), Cr (6,9 мг/кг), близки по содержанию Fe (1000 мг/кг), содержат меньше Na (1020 мг/кг). В Ярославской области [7] валовое содержание Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Mn в почве под C. intybus с 2-3 раза ниже, чем на обследованных нами площадках, при этом содержание большинства вышеуказанных ХЭ значительно выше в надземной части цикория, но ниже – в корнях. 240

Степень извлечения α исследованных ХЭ несколько отличается и существенно варьирует, достигая более 90% (рис 2). Корреляционная зависимость между валовым содержанием ХЭ в надземной части и их количеством, извлекаемым 10% HCl, статистически значима для всех исследованных элементов и уменьшается в ряду: Mn (r = 0,99) > K (r = 0,98) > Ca (r = 0,97), Fe (r = 0,97), Zn (r = 0,97) > Mg (r = 0,95) > > Cd (r = 0,92) > Pb (r = 0,87) > Cu (r = 0,83), Na (r = 0,83) > Ni (r = 0,74) > Sr (r = 0,71). Коэффициент корневого барьера в отношении исследованных ХЭ существенно отличается (рис. 3) и не проявляется для K, Р, Ca, Mg, B и Mo. Интересно отметить, что в растениях цикория, выращенного в Ярославской области [7], содержание Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Mn в надземной части было существенно выше по сравнению с корнями. Статистически значимая корреляционная связь между содержанием в корнях и надземной части выявлена для Ba (r = 0,69), K (r = 0,69), Mg (r = 0,77) , Mo (r = 0,89), Na (r = 0,72), P (r = 0,77). B

3,0

25,0

2,5

20,0

2,0

Cr 15,0

1,5 1,0

10,0

Fe 5,0

0,5 0,0

0,0

K P

La Mo

Na Si

Nb Sc

Рис. 3. Коэффициент корневого барьера C. intybus Коэффициенты биогеохимической подвижности Вх несколько отличаются для надземной части и корней C. intybus (табл. 2). Таблица 2 Коэффициент биогеохимической подвижности Вх для C. intybus Корень Надземная часть ХЭ M±m V, % M±m V, % Ca 1,1±0,3 75 2,1±0,6 91 Cd 3,4±0,6 53 2,4±0,3 38 Со 0,39±0,06 50 0,32±0,11 101 Cu 77±23 88 38±11 84 Fe 74±18 71 11,6±1,5 39 К 118±41 105 184±78 128 Mg 7,3±1,1 46 12,4±1,9 47 Mn 2,5±0,7 84 1,4±0,6 120 Na 37±7 57 4,4±1,1 77 Ni 3,1±1,2 121 1,2±0,3 71 Pb 0,54±0,12 66 0,21±0,04 53 Sr 5,1±0,8 46 5,3±0,6 34 Zn 11,2±3,2 85 12,0±4,0 101 241

Максимальные значения Вх для надземной части имеют K (40-787), Cu (6-109), Zn (2,2-37,3), Mg (4,9-20,6), Fe (5,8-18,9) и Na (1,1-12,1), для корней – K (30-418), Cu (14-186), Fe (14,0-166,0), Na (14,0-73,0), Zn (2,5-32,0), Mg (3,2-13,7) и Ni (0,8-12,6). Биогеохимическая активность корней (БХА = 74-198) C. intybus в целом соответствует таковой для надземной части (БХА = 86-193). Библиография 1. Айвазян А.Д. Геохимические особенности флоры ландшафтов юго-западного Алтая: Автореф. дисс. канд. географ. наук. М., 1974. 24 с. 2. Богатырева О.А. Биоресурсы цикория обыкновенного в условиях пойменных земель Кабардино-Балкарии и его хозяйственное использование: Автореф. дисс. канд. биол. наук. Владикавказ, 2010. 21 с. 3. Васильева Т.Н. Фиторемедиаторы территории городской агломерации // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал). 2014. № 2. С. 1-8. 4. Голышенков П.П. Лекарственные растения и их использование. Саранск, 1971. 375 с. 5. Государственная фармакопея СССР. XI издание. Вып.1. Общие методы анализа. М., 1987. 328 с. 6. Евдокимова Р.С., Каримова А.З. Содержание кобальта и кадмия в почве и тканях цикория (Cichorium intybus) http://www.scienceforum.ru/2014/pdf/7232 7. Зубков Н.В. Влияние фосфорных удобрений на содержание тяжелых металлов в почве, поступление их в растения и продуктивность культур в условиях загрязнения почвы // Вестник МГПУ. Серия «Естественные науки». 2011. № 2(8). С. 71-84. 8. Игамбердиева П.К., Абдурахмонов М.А. Элементный состав растений Ферганской долины и перспективы их использования в медицинской практике // Современная медицина: актуальные вопросы / Материалы международной заочной научно-практической конференции. Новосибирск, 2012. С. 85-89. 9. Ильин В.Б., Сысо А.И., Байдина Н.Л., Конарбаева Г.А., Черевко А.С. Фоновое количество тяжелых металлов в почвах Юга Западной Сибири // Почвоведение. 2003. № 5. С. 550-556. 10. Олейникова Е.М. Популяционная биология Cichorium intybus L. (Asteraceae) бассейна Среднего Дона // Экология. 2004. № 6. С. 423-429. 11. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 610 с. 12. Сельское и лесное хозяйство в России. Издание Департамента Земледелия. Спб., 1983. С. 239-241. 13. Van Arkel J., Vergauwen R., Sévenier R. et al. Sink filling, inulin metabolizing enzymes and carbohydrate status in field grown chicory (Cichorium intybus L.) // Journal of Plant Physiology. 2012. Vol. 169. № 15. Р. 1520-1529.

242