Панин Михаил Семенович

доктор биологических наук, профессор, член восьми международных и республиканских академий, проректор по научной работе и международным связям Семипалатинского педагогического института, заведующий кафедрой экологии
 

Биогеохимическая дифференциация растений


М.С.Паниным выявлена отчетливо выраженная межвидовая дифференциация в поглощении химических элементов – накопление или рассеяние их, а также выделены разные виды систематических групп растений, накапливающие ТМ и МЭ в одинаковых количествах.

Установлены виды растений-концентраторов, растений повышенного, среднего и пониженного накопления химических элементов. 25,2 % исследованных видов растений содержит выше фонового уровня марганец, 43,1 % - медь, 28,5 % - цинк, 34,9 % - кобальт и 34,1 % - молибден. К видам, содержащим марганец больше двух региональных кларков, относятся Carex perfusca Pinus sylvestris; медь – Achillea millefolium, Clematis integrifolia, Lappula spinocarpos, Medicago falcata; цинк – Dianthus superbus, Polygonum aviculare, Populus alba; кобальт – Agropyron cristatum, Agropyron pectiniforme, Artemisia austriaca, Artemisia frigida, Amaranthus paniculatus, Dactylis glomerata, Galium verum; молибден – Atriplex verrucifera, Glycyrrhiza uralensis, Medicago falcata, Trifolium lupinaster.

Повышенная концентрация марганца обнаружена в растениях семейств Pinaceae, Betulaceae, Cyperaceae, Salicaceae; меди – в растениях семейств Scrophulariaceae, Rubiaceae, Lamiaceae; цинка – в растениях семейств Salicaceae, Caryophyllaceae, Asteraceae; кобальта – в растениях семейств Rubiaceae, Geraniaceae, Asteraceae; молибдена – в растениях семейств Limoniaceae, Fabaceae, Poaceae.

По величине абсолютного содержания (мг/кг) в растениях ТМ и МЭ располагаются в следующем порядке: Mn > Zn > Cu > Mo > Co.

Согласно рядам биологического поглощения элементов, разработанным А.И. Перельманом, марганец и кобальт для большинства изученных видов являются элементами слабого накопления и среднего захвата, медь и цинк - элементами сильного захвата, молибден - элементом сильного и энергичного накопления.

Для растений Семипалатинского Прииртышья характерна молибденово-цинковая геохимическая специализация: Mo12,1Zn7,9Mn1,5Cu1,4Co0,3.

Распределение ТМ и МЭ в растениях находится в зависимости от физиологических и биологических функций, выполняемых различными органами, от их анатомического и морфологического строения и физиологической роли, выполняемой элементами.

Содержание меди и марганца в морфологических органах убывает в следующем порядке: листья > цветки > корни > стебли, содержание цинка, кобальта и молибдена – в порядке: листья > цветки > стебли > корни (по акропетальному типу).

М.С. Паниным выявлена природная широтная и вертикальная географическая и геоморфологическая зональность в содержании ТМ и МЭ в растениях. Наиболее высокие концентрации марганца, цинка, меди, кобальта в растениях характерны для предгорий Тарбагатая, Чингизтау, Алтая, Калбинских гор, Приобского плато, наименьшие – для растений Прииртышской, Балхаш-Алакольской и Зайсанской впадин. Повышенным содержанием молибдена отличаются растения Казахского мелкосопочника, Приобского плато, Балхаш-Алакольской впадины, пониженным – растения Прииртышской и Зайсанской впадин, предгорий Чингизтау, Тарбагатая.

В растениях высокогорной луговой зоны содержание марганца в 2,6 раза, цинка – в 1,7 раза, меди - в 1,4 раза, кобальта – в 1,8 раза больше, чем в растениях пустынной зоны. Молибдена же в растениях пустынной зоны, наоборот, содержится в 1,3 раза больше, чем в растениях высокогорной луговой зоны.

Были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (КБП) для ХЭ, поглощенных растениями. Так, у исследованных видов дикорастущих растений средний КБП для марганца изменяется в 14 раз (от 0,25 до 3,5), меди - в 7,8 раза (от 0,4 до 3,1), цинка - в 187,5 (от 0,04 до 7,5), кобальта - в 90 раз (от 0,01 до 0,9) и молибдена - в 104,5 раза (от 0,6 до 62,7).

Модальными классами (мг/кг) в растениях (в зависимости от морфологических органов) для марганца оказались классы от 22-34 (33 % в выборке) до 40-78 (43,8 %); для меди - от 2-3 (29,2 %) до 4- 6(33,9%); для молибдена - от 0,45-0,80 (32,1 %) до 0,72-0,96 (21,6 %); для цинка - от 14-19,5 (29,4 %) до 25-35 (32,5 %); для кобальта от 0,0-0,16 (37,9 %) до 0,2-0,4 (40,8 %).

Фактическое распределение ТМ и МЭ в растениях изученного региона не подчиняется нормальной функции.

Средняя концентрация (мг/кг) марганца в растительности различных сообществ изменяется от 22,7 до 78,8 (в 3,5 раза), меди – от 2,5 до 6,1 (в 2,4 раза), цинка – от 12,8 до 35,4 (в 2,8 раза), кобальта – от 0,11 до 0,29 (в 2,6 раза) и молибдена – от 0,46 до 0,94 (в 2,0 раза).

По среднему содержанию марганца (в мг/кг) исследуемые фитоценозы образуют следующий убывающий ряд: луговой (54,9) > степной (49,8) > пустынно-степной (34,1) > пустынный (29,9);
по среднему содержанию меди – степной (4,4) > луговой (4,3) > пустынно-степной (3,6) > пустынный (3,5);
по среднему содержанию цинка – степной (26,4) > луговой (23,2) > пустынно-степной (19,0), пустынный (16,9);
по среднему содержанию кобальта – степной (0,24) > луговой (0,22) > пустынно-степной (0,17) > пустынный (0,14);
по среднему содержанию молибдена – пустынный (0,86) > пустынно-степной (0,73) > луговой (0,68) > степной (0,65).

Установлено, что среднее накопление надземной фитомассой на единицу площади (г/га) для марганца в степном фитоценозе составляет 43,3; в пустынно-степном – 16,4, в пустынном – 6,9, в луговом – 101,6; для меди соответственно – 3,8; 1,7; 0,8, 8,0; для цинка – 22,9; 9,1; 3,9; 42,5; для кобальта – 0,21; 0,08; 0,03; 0,41 и для молибдена соответственно – 0,56; 0,35; 0,20; 1,26.

Выявлено, что кормовая растительность всех изученных фитоценозов имеет низкое содержание ( в 2 раза ниже оптимальной нормы) меди, цинка, кобальта, молибдена. 20 % растительности фитоценозов содержит марганец выше нормы, 25 % - в пределах нормы и 55 % - ниже оптимальной нормы (42-55 мг/кг).

Металлоаккумулирующая способность растений, в зависимости от их принадлежности к различным жизненным формам, неодинакова. В фитомассе деревьев в 2,3-3,0 раза больше марганца, чем в полукустарниках, кустарниках и травах. Меди, кобальта больше содержится в травах, цинка – в фитомассе деревьев и полукустарников, а молибдена – в фитомассе трав и полукустарников.

Порядок снижения металлоаккумуляции экологических групп по уровню суммы ТМ образует следующий убывающий ряд: гигрофиты > гигромезофиты > мезофиты > мезоксерофиты > ксерофиты. Накопление отдельных ТМ и МЭ растениями, в зависимости от принадлежности к той или иной гигроморфе, неоднозначно.

Среднее содержание меди, цинка больше в фитомассе двудольных растений, а марганца, кобальта и молибдена – в фитомассе однодольных растений. По содержанию суммы элементов двудольные растения незначительно превышают однодольные.

Впервые в Казахстане М.С.Паниным составлены карты распределения ТМ и МЭ в растительности Семипалатинского Прииртышья, которые являются образцом наиболее адекватного отражения экологически значимой аккумуляции ТМ и МЭ в экосистемах. Аналоги подобного рода карт для других регионов Казахстана не известны.

Возврат к списку