Особенности металлоаккумулирующей способности фитомассы орехов грецкого и черного

Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(20), 2006

ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛОАККУМУЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФИТОМАССЫ ОРЕХОВ ГРЕЦКОГО И ЧЕРНОГО

Малышева З.Г. – канд. с.-х. наук, доцент, докторант

ФГОУ ВПО "Новочеркасская государственная мелиоративная академия"

По результатам исследований определены связи содержания тяжелых металлов в различных частях надземной фитомассы орехов грецкого и черного. На основании этого проведено районирование степной зоны Северного Кавказа по функциональному предназначению орехоплодных.

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).

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:

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:

- 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:

Коэффициенты тесноты связи оказались не достоверными 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 (σ = 1,7). По параметру М_ср ± σ, 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, Азово- Кубанскую равнину и равнины северо – восточных и восточных склонов Ставропольского плато. Здесь распространены гидроморфные почвы Донской поймы, обыкновенные и южные чернозёмы, а также – каштановые почвы.

Район I

Район II

Район III

Рисунок 1 – Суммы коэффициентов биологического накопления металлов по фракциям надземной фитомассы орехов грецкого и черного по районам субрегиона

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.