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 расте

ний 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 450оС [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 450оС [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 (Elodea canadensis Rich.), роголистник погруженный (Ceratophyllem demersum L.), рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus L.); IV – надводные (земноводные или воздушно - водные) растения – стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia L.), сусак зонтичный (Butomus umbellatus L.), частуха подорожниковая (Alisma peantago-aquatica L.), манник наплывающий (Gluceria fluitans), болотница болотная (Eleocharis palustris), камыш озерный (Scirpus lacustris L.), тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin) [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

 Скачать реферат