СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА КАРЬЕРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КАЛМЫКИИ
CURRENT STATUS OF VEGETABLE COVER CAREER OF BUILDING MATERIALS KALMYKIA
З.Б.Бадмаева, Л.Х.Сангаджиева, О.С.Сангаджиева
Z.B.Badmaeva, L.Ch.Sangadjieva, O.S.Sangadjieva
Калмыцкий государственный университет
(358000, г.Элиста, 5 микрорайон, корпус 4)
Kalmyk state university
(4 corpus, 5 microregion, Elista, 358000)
е-mail: zula85-08@mail.ru
Установлены закономерность и селективная способность растений карьеров к накоплению тяжелых металлов. Для биоремедиации почв предлагается использование виды дикорастущих травянистых растений, которые, наряду со значительным накоплением металлов, формируют большую фитомассу.
Established pattern and selective ability of plants career accumulation of heavy metals. For the bioremediation of soils is proposed the use of wild species of herbaceous plants, which, along with a significant accumulation of metals, forming a large phytomass.
При устройстве территории карьеров строительных материалов растительность большей частью была уничтожена и в настоящее время здесь сформировались сообщества синантропных видов растений. Частью современного процесса синантропизации растительного покрова планеты является деградация растительных сообществ, которая сопровождается упрощением флористического состава и структуры, уменьшением разнообразия, нарушением стабильности, снижением продуктивности.
Характерной чертой растительности карьера известняка Зунда-Толга является ее мозаичность, как следствие неоднородности и невыровненности почвогрунтов. Растительность карьера характеризуется низкими ОПП от 10 до 30% и видовым разнообразием (3–15 видов). Внешне травостой несет в себе черты нарушенной полупустынной степи, о чем свидетельствуют виды вторичного, явно сорного и «полусорного» типа, с заметным обилием компонентов-антропофитов. Наибольшую встречаемость имели Salvia aethiopis, Artemisia austriaca, Onopordum acanthium, Eryngium planum, Erysimum canescens, которые в основном произрастающие вокруг карьера. Доминирование многолетних сорных растений свидетельствует об одной из поздних стадий восстановительной сукцессии.
На отвалах карьера известняка Чoлун-Хамур доминирует разнотравно-солончаковополынная ассоциация, в которой ОПП достигает 50-60%. Флористический состав – 15 видов, из них монокарпики – 5 видов Melilotus albus, Cardaria ruderale, Atriplex tatarica и др. Обилие монокарпиков указывает на несформированность растительного сообщества. Индикатором засоления почвогрунтов и почвообразующих пород является доминанты сообщества – Artemisia monogyna и Tamarix laxa.
Карьер песка Аршанский характеризуется легким гранулометрическим составом почвогрунтов, индикатором которого является песчанополынко-разнотравная ассоциация. Она приурочена к днищу карьера и в период исследования имела довольно густой травостой (ОПП 65%), разнообразный видовой состав (20 видов), из которых монокарпики представлены 10 видами. Зональная растительность вокруг карьера – белополынно-типчаково-ковыльная, однако под влиянием карьера сформировалась разнотравно-костровая ассоциация, доминантом которой является эфемер – Bromus tectorum.
Видовое богатство растительности на территории карьера глиногипса Ленинский низкое – 4-10 (в среднем 7,3) видов на 100 м2. На карьере доминирует кермеково-солеросово-сарсазановая ассоциация. Значительную долю данной ассоциации составляют галофиты: Halocnеmum strobilаceum, Limonium gmelini, Atriplex pedunculata, Artemisia taurica. ОПП травостоя около 55% с доминированием Salicоrnia europaеa. Кустарниковый ярус отсутствует. Данные растения отличаются повышенной солеустойчивостью, что характерно для сообществ, сформировавшихся в зоне повышенного засоления.
Видовой состав исследованных карьеров характеризуется высоким своеобразием: коэффициент флористической общности растительных сообществ Жаккара, произрастающих в пределах изученных карьеров, составил 3-18%, свидетельствует об их несформированности и принадлежности к различным типам растительности. Для каждого карьера характерен свой специфический набор видов растений, отражающий экологические условия местообитания. Индикаторами засоленного луга (карьер Чолун-Хамур) являются Artemisia monogyna и Tamarix laxa; песчаной степи (карьер Аршанский) – Achillea Gerbera, Artemisia arenaria; галофитной пустыни (карьер глиногипса) – Salicоrnia europaеa и Halocnеmum strobilаceum; остепненного луга (карьер Зунда-Толга) – Thymus Мarschallianus и Salvia aethiopis. Наибольшее содержание азота отмечено в растениях, отобранных на территории карьера Чолун-Хамур: астрагал датский (Astragalus danicus) (7,41%), донник белый (5,00), гармала обыкновенная (Pegаnum harmala) (5,00). Содержание фосфора в фоновой растительности выше растений карьеров известняка. Однако, отмечено некоторое накопление фосфора в растениях карьера Зунда-Толга: шалфея эфиопского (0,27%), татарника колючего (Onopordum acanthium) (0,24), молочая Сегиеров (Euphorbia seguieriana) (0,23).
Особенность карьеров известняка – это высокая зольность и накопление кальция в растениях. На территории карьера песка азот накапливали клевер пашенный (Trifolium arvense) (5,50%), дурнишник обыкновенный (Xanthium strumarium) (3,75), сирения сидячецветковая (Syrenia sessiliflora) (3,75), ситник раскидистый (Juncus effuses) (2,78), молочай Сегиеров (2,70). Богаты фосфором подорожник большой (Plantago major) (0,90%), ковыль Лессинга (Stipa lessingiаna) (0,80), клоповник крупковидный (Lepidium draba) (0,37), волоснец песчаный (Leymus arenarius) (0,25), ситник раскидистый (Juncus effusus) (0,25) [1].
В карьере глиногипса отмечено некоторое накопление фосфора в растениях полыни белой (Artemisia alba) (0,24%) и п. таврической (А. taurica) (0,20%). Калий в растениях находится в достаточном количестве. Высокая зольность отмечена для сарсазана шишковатого (30,6%), кермека Гмелина (19,8), полыни таврической (18,4), солероса европейского (14,3%). Это можно объяснить их видовыми особенностями, так как данные растения приспособлены к произрастанию на засоленных почвах и накоплению солей.
Видовой состав растительности оказывает большое влияние на биохимические показатели. По количеству жира выстраивается убывающий ряд растений карьеров: Зунда-Толга > Ленинский > Аршанский> Чолун-Хамур. Среди изученных растений высоким содержанием жира отличается шалфей эфиопский (8,47%), молочай Сегиеров (6,12%). Среди изученных образцов растений карьеров максимальное содержание сырого протеина наблюдалось у растений карьера Чолун-Хамур (в среднем 19,97%). Особенности произрастания растений на известковых грунтах отражает накопление клетчатки. У большинства растений карьеров Зунда-Толга и Чолун-Хамур отмечается высокое содержание клетчатки 18,0-34,5%, в то же время отмечены виды с низким его содержанием (клоповник сорный (13,0%) и астрагал датский (13,0%).
Результаты исследований свидетельствуют, что в условиях техногенного загрязнения ТМ экологический фактор формирования элементного состава растений становится ведущим, поскольку в условиях выявленных геохимических аномалий по Mn, Zn и Cd подвижность последних в системе «почва – растение» значительно увеличивается, что приводит к избыточному накоплению этих элементов в растениях.
Следовательно, загрязнение растительности карьеров в целом повторяет пространственную структуру и особенности загрязнения почвогрунтов рассматриваемых территорий. К основным элементам-загрязнителям растительности относятся Cd, Mn, Zn, источниками которых служат отвалы месторождения. Для этой группы элементов характерна наиболее высокая степень их концентрации в растениях. Кроме того, незначительный вклад в общее загрязнение вносят Cu и Ni (рис. 1).
Полученные результаты исследований позволили выявить закономерности распределения ТМ в растениях карьеров и провести разделение растений по их устойчивости к накоплению ТМ в зависимости от принадлежности к различным семействам на три группы: способные накапливать ТМ: Маревые (Chenopodiaceae); Зонтичные (Umbelliferae); не накапливающие ТМ: Подорожниковые (Plantaginaceae); Бобовые (Fabaceae); Злаки (Poaceae); характеризующиеся широкой амплитудой накопления ТМ: Сложноцветные (Astеraceae); Крестоцветные (Brassicaceae).
Некоторые виды растений карьеров, (полынь австрийская, дурнишник обыкновенный, тысячелистник Гербера), характеризовались широкой амплитудой накопления ТМ, что является наилучшим подтверждением предположения о том, что чем больше ТМ с широким интервалом концентраций сочетается в одном растении, тем больше экологическая амплитуда произрастания данного растения и, как следствие, выше его адаптационные способности в условиях техногенного загрязнения.
Резкие различия концентраций в растениях разных видов полыней выявлены для Mn, Zn и Ni. Можно отметить, что между содержанием ТМ в растениях и их валовым количеством в почвах существует прямая корреляционная связь (p<0,05), которая изменяется от слабой (0,25-0,44) для Mn, Pb, Co, Cd до сильной (0,95-0,97) для Zn и Ni.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что положение большинства ТМ в группах биологического поглощения совпадает с ранее установленным (Перельман, 1975), но есть и свои особенности. Так, согласно шкале А.И.Перельмана, Cd и Co относятся к группе слабого биологического захвата, а их коэффициенты поглощения находятся в пределах 0,n-0,00n [3]. В нашем случае Cd принадлежит к группе сильного накопления (карьеры песка и глиногипса) и среднего биологического захвата (карьеры известняка). В то же время полученные нами результаты согласуются с представлениями А.Кабата-Пендиас (1989) о Cd как элементе, активно накапливаемом большинством видов растений [2] .
Изученные растения карьеров были объединены в экологические группы: мезофиты, ксерофиты, галофиты и псаммофиты. В зависимости от местообитания содержание ТМ в растениях разных экологических групп различается (рис. 2).
В карьере песка более устойчивые к загрязнению псаммофиты, в карьере известняка – мезофиты и ксерофиты. Галофитная группа выделяется среди других экологических групп по накоплению ТМ, содержание которых выше, чем у ксерофитов и мезофитов.
Установленные в результате исследований закономерности и выявленная селективная способность растений к накоплению ТМ в растительности карьеров имеет практическую значимость, поскольку они позволяют спланировать оптимальное размещение растений в зоне воздействия карьеров открытой добычи строительных материалов, что позволит провести реабилитацию загрязненных ТМ земель посредством выращивания растений-накопителей элементов с последующим отчуждением полученной биомассы. Для биоремедиации почв в зонах с наиболее сильным загрязнением предлагается использование следующих видов дикорастущих травянистых растений: полынь австрийская, дурнишник обыкновенный, кермек Гмелина, лебеда стебельчатая, которые, наряду со значительным накоплением металлов, формируют большую фитомассу.
ВЫВОДЫ:
Выявлена эколого-геохимическая специализация ТМ, особенностью которой является преимущественное и высокое накопление в почвогрунтах карьеров Zn, Cd, Ni. Для остальных элементов свойственно рассеяние. В почвогрунтах карьеров известняка идет более активная аккумуляция ТМ, чем в почвогрунтах карьеров песка и глиногипса. В карьерах наблюдается превышение фоновой концентрации Cd, Pb, Cr, однако оно не вызывает токсикоза у растений, произрастающих на карьерах.
Наибольшее видовое разнообразие присуще техногенным местообитаниям карьера песка Аршанский, что определяется богатством местной флоры и характером субстрата. Флористическое разнообразие растительности техногенных местообитаний карьера глиногипса значительно ниже, что связано с эдафическими условиями (низкое содержание гумуса и фосфора, засоление).
Особенности загрязнения растений ТМ в целом повторяет пространственную структуру и особенности загрязнения почвогрунтов рассматриваемых территорий. Для предварительного очищения и стабилизации почв в качестве растений-аккумуляторов можно применять полынь австрийскую, дурнишник обыкновенный, кермек Гмелина и лебеду стебельчатую, с последующим их скашиванием и утилизацией. Наиболее безопасной кормовой культурой, не допускающей дополнительного поступления ТМ в свои ткани, является донник белый.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: