Введение к работе
Актуальность темы
Тяжелые металлы относятся к числу наиболее распространенных и опасных для биоты загрязнителей экологической среды. Их распределение в почвенном и растительном покрове конкретных географических зон и регионов исследовано крайне недостаточно. Это в полной мере касается Самарской области - одного из важнейших регионов России, который, с одной стороны, характеризуется высокопроизводительным сельским хозяйством, а, с другой стороны, -интенсивным техногенным воздействием на среду. В этих условиях изучение накопления тяжелых металлов в видах сельскохозяйственных растений и, соответственно, - в растениеводческой продукции является актуальной научной задачей.
Цель и задачи исследований
Целью данной работы является изучение особенностей аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в зависимости от биоэкологических свойств видов и действия основных экологических факторов в условиях Самарской области (лесостепное и степное Поволжье).
В задачи исследований входило:
составить экологическую характеристику сельскохозяйственных угодий, а также - биоэкологических свойств культурных растений в системе растениеводства Самарской области для оценки их возможного воздействия на фитоаккумуляцию тяжелых металлов;
определить региональный фоновый уровень накопления тяжелых металлов в различных видах сельскохозяйственных растений;
исследовать максимальную металлоаккумуляционную способность различных видов культурных растений при современной технологии растениеводства в условиях Самарской области;
изучить зависимость металлоаккумуляции от конкретных биоэкологических особенностей видов культурных растений;
определить уровень накопления тяжелых металлов в основных сельскохозяйственных растениях применительно к условиям конкретных административных и агроклиматических районов Самарской области;
исследовать влияние основных экологических факторов на аккумуляцию тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями;
изучить зависимость накопления тяжелых металлов растениями от содержания их валовых и подвижных или свободных (кислоторастворимых) форм в почве в условиях Самарской области.
Научная новизна работы
Впервые для Самарской области (лесостепное и степное Поволжье) установлен фоновый уровень содержания 15 тяжелых металлов в 13 видах и формах сельскохозяйственных растений; определена максимальная аккумуляционная способность растений в условиях современной технологии растениеводства; исследована зависимость аккумуляции тяжелых металлов растениями от биоэко-
логических свойств видов, от важнейших экологических факторов. Впервые определены уровни аккумуляции 11 тяжелых металлов в фитомассе и зерне пшеницы мягкой озимой, ячменя обыкновенного ярового и гречихи посевной применительно к условиям конкретных административных районов Самарской об ласти; разработаны изолинейные компьютерные карты распределения 10 тяжелых металлов в фитомассе пшеницы мягкой озимой в условиях Самарской области.
Теоретическое значение работы
Установленная в работе зависимость аккумуляции тяжелых металлов рас тениями от их требовательности в тепле, влаге, биогенных элементах, от влия ния основных экологических факторов (теплового режима, обеспеченносп почвы азотом, фосфором, калием и т.д.) может быть использована для развита) теоретических основ современной экологии растений.
Практическая значимость работы
Результаты проведенных исследований могут быть использованы в расте ниеводческой практике сельского хозяйства Самарской области, в частности при планировании и размещении посевов различных культур в целях получение продукции (зерно, фитомасса на сено или силос), экологически безопасной п( содержанию в ней тяжелых металлов.
Реализация результатов исследований
Материалы исследований преданы управлению сельского хозяйства и про довольствия Самарской области, Приволжскому территориальному управленик по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, центру государст венного санитарно-эпидемиологического надзора Самарской области.
Они активно используются в практической деятельности названных орга низаций. Материалы работы включены в «Государственный доклад о состояниі окружающей природной среды Самарской области», а также в подготовленньїі к опубликованию «Атлас Самарской области». Они внедрены и используются і научных исследованиях и в учебном процессе кафедры экологии, ботаники і охраны природы Самарского госуниверситета.
Апробация работы
Результаты исследований, теоретические и практические выводы, следую щие из них, докладывались на Всероссийских конференциях по анализу объек тов окружающей среды «Экоаналитика-94» (Краснодар, 1994), «Экоаналитика 96» (Краснодар, 1996), на Международной конференции «Фундаментальные і прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), на научны: конференциях Самарского госуниверситета, В полном объеме выполненная ра бота доложена на расширенном совместном заседании кафедры экологии, бота ники и охраны природы Самарского госуниверситета и Самарского огделени. Всероссийского ботанического общества с участием широкого круга ученых экологов и специалистов Самарской области.
Публикация результатов исследований
Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 9 печат ных работах.
Декларация личного участия автора
В течение 1991-1996 гг. автор осуществил отбор образцов сельскохозяйственных растений в Шенталинском, Клявлинском, Сергиевском, Исаклинском, Приволжском, Безенчукском, Кошкинском, Ставропольском, Сызранском, Волжском, Кинельском, Похвистневском, Борском, Алексеевской, Нефтегор-ском, Красноармейском, Хворостянском, Пестравском, Большеглушицком, Большечерниговском районах по программе, согласованной с научным руководителем. В общей сложности образцы пшеницы мягкой озимой, пшеницы мягкой яровой, ржи посевной озимой, ячменя обыкновенного ярового, овса посевного, кукурузы, проса обыкновенного, гречихи посевной, гороха посевного, подсолнечника, свеклы обыкновенной сахарной, суданской травы, картофеля (с подземными и надземными органами) были отобраны автором на 742 пробных площадях. Всего было взято для анализа 2226 образцов культурных растений. Автор принимал участие в подготовке образцов к элементному анализу (высушивание, взвешивание, озоление). Данная работа осуществлена в почвенной лаборатории Госкомитета экологии и природных ресурсов Самарской области. Определение качественного и количественного состава тяжелых металлов (15 элементов) осуществлено в специализированной лаборатории Харьковского физико-технического института. Анализ полученных цифровых результатов осуществлен лично автором по плану, согласованному с научным руководителем. Текст работы написан автором, проверен и отредактирован научным руководителем.
Основные результаты исследований опубликованы в соавторстве. Доля личного участия автора в написании и подготовке публикаций составляет от 25 до 60 %.
Основные положения, выносимые па защиту
-
Установленные в результате проведенных исследований фоновые уровни накопления тяжелых металлов (Fe, Mn, Rb, Sr, Ті, As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Pb, V, Hg) в фитомассе пшеницы мягкой озимой, пшеницы мягкой яровой, ржи посевной озимой, ячменя обыкновенного ярового, овса посевного, кукурузы, проса обыкновенного, гречихи посевной, гороха посевного, подсолнечника, свеклы обыкновенной сахарной, суданской травы и картофеля.
-
Уровни аккумуляции тяжелых металлов (Fe, Mn, Rb, Sr, Ті, As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Pb, V, Hg) в фитомассе и зерне пшеницы мягкой озимой, ячменя обыкновенного ярового, гречихи посевной применительно к условиям конкретных административных районов Самарской области.
-
Изолинейные компьютерные карты распределения тяжелых металлов (Fe, Mn, Sr, Ті, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Pb) в фитомассе пшеницы мягкой озимой в условиях Самарской области.
-
Виды культурных сельскохозяйственных растений, характеризующиеся низкими температурами прорастания семян, высокой толерантностью к весенним заморозкам, но требовательные к теплу в период активного роста накапливают повышенное количество тяжелых металлов. Чем длительнее период разви-
тия и созревания, чем значительнее образуемая основная продукция (плодь вида, тем больше его металлоаккумуляционная способность. Последняя так* возрастает у видов, которые для своего развития требуют большого количеств воды, фосфора и калия.
-
В условиях Самарской области (лесостепное и степное Поволжье) нак< пление тяжелых металлов в сельскохозяйственных растениях возрастает с ув< личением количества тепла, продолжительности периода суховеев в вегетащ ониый период, выноса с урожаем из почвы азота, фосфора, калия, а уменьшаем ся по мере усиления эродированное пашни.
-
Между содержанием в почве конкретных местообитаний как валовы: так и свободных (кислоторастворимых) форм тяжелых металлов и накопление их в растениях не существует определенной связи. Единственным объективны показателем наличия в почве доступного для растений количества тяжелых м< таллов является только конкретный вид растения. По накоплению в его фит( массе того или иного элемента можно судить об экологически значимом его с( держании в почве.
Объем и структура работы Работа состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и npt ложений. Ее объем составляет 287 страниц, в том числе 156 страниц собствен» текста, 61 таблицу, 34 рисунка, 45 приложений. Список литературы на 27 стр; ницах включает 248 отечественных и 50 зарубежных источников.