WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

На правах рукописи

СИБГАТУЛЛИНА Мадина Шавкатовна

МЕТАЛЛЫ В ДИКОРАСТУЩИХ РАСТЕНИЯХ ТАТАРСТАНА

И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ СОДЕРЖАНИЕ

Специальность 03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Казань – 2009

Работа выполнена в ГБУ Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Зялалов Абдуллазян Абдулкадырович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Хохлова Людмила Петровна

кандидат биологических наук, доцент

Капитонова Ольга Анатольевна

Ведущая организация: Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Защита состоится 17 сентября 2009 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.081.19 при ФГОУ ВПО «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина» по адресу: 420008, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 420008, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18, КГУ, диссертационный совет ДМ 212.081.19.

Факс: (843) 238-76-01; e-mail: attestat.otdel@ksu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 35.

Автореферат разослан «___»______________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент Р.М. Зелеев

Актуальность. В мире ежегодно производятся сотни миллионов тонн химических продуктов. Разными путями эти вещества или продукты их частичных биологических превращений, чаще всего токсичного характера, концентрируются в биосфере в колоссальных количествах и значительно влияют на экологическое равновесие (Квеситадзе и др., 2005). Тяжелые металлы являются одним из особо опасных для живых организмов классов поллютантов (Ильин, 2007). В связи с этим возникает необходимость в исследованиях меры загрязненности ими различных компонентов биосферы и в первую очередь растений естественных экосистем как основной составляющей растительных ресурсов и начального звена биогенного круговорота микроэлементов. В последнее десятилетие вновь возрастает интерес к методам фитотерапии. Все более широкое распространение в лечебно-профилактических учреждениях получают фитобары и применение фитококтейлей. Известно, что около 80% населения планеты применяют лекарственные растения для лечения различных заболеваний (Woods, 1999). Однако в связи с нарастанием техногенного загрязнения окружающей среды, особенно в пригородных зонах крупных городов, не только снижается качество лекарственного растительного сырья, но оно может представлять и экотоксикологическую опасность, в том числе по содержанию в нем тяжелых металлов, отличительной чертой которых является способность накапливаться по пищевой цепи. Установление уровня содержания металлов (биофильных элементов и тяжелых металлов) в дикорастущих (лекарственных и кормовых) травянистых растениях, произрастающих в различных по техногенной нагрузке районах, актуально в области практического экологически безопасного использования растительных ресурсов.

Цель данной работы – выявление зависимости содержания биофильных элементов и тяжелых металлов в дикорастущих травянистых растениях Республики Татарстан от их биологических особенностей и экологических факторов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. определить фоновое содержание биофильных элементов (Cu, Fe, Zn, K, Ca) и тяжелых металлов (Pb, Cd) в дикорастущих (лекарственных и кормовых) растениях РТ;
  2. изучить межвидовые различия в аккумуляции Cu, Fe, Zn, K, Ca и Pb, Cd дикорастущими растениями;
  3. оценить экологическую безопасность дикорастущих лекарственных растений по содержанию в них Pb и Cd;
  4. установить органоспецифичность содержания металлов в дикорастущих растениях;
  5. исследовать влияние эдафических и фитоценотических условий на аккумуляцию биофильных элементов и тяжелых металлов дикорастущими растениями;

6) определить сопряженность содержания биофильных элементов и тяжелых металлов в растениях с типами адаптивных стратегий.

Научная новизна. Впервые дана биогеохимическая характеристика 90 видов дикорастущих (лекарственных и кормовых) травянистых растений естественных фитоценозов Республики Татарстан (РТ).

Впервые проведена оценка экологической безопасности дикорастущих растений РТ как потенциальных источников лекарственного растительного сырья по содержанию в них Pb и Cd.

На большом фактическом материале установлена органоспецифичность содержания биофильных элементов и тяжелых металлов в дикорастущих растениях.

Определен характер зависимости содержания исследуемых элементов от эдафических и фитоценотических условий среды, техногенной нагрузки.

Выявлены особенности содержания биофильных элементов и тяжелых металлов в растениях с различной степенью выраженности адаптивных типов стратегий. Получены новые сведения о сопряженности аккумуляции ряда микроэлементов с типами адаптивных стратегий растений.

Практическая значимость. Представленная в работе биогеохимическая характеристика 90 видов травянистых растений естественных фитоценозов 6 районов РТ и г. Казани позволяет выявить благоприятные и неблагоприятные с точки зрения экологической безопасности растительности районы для заготовки и использования лекарственного растительного сырья.

Результаты работы могут быть использованы при биоиндикации экологического состояния почв и дикорастущих растений, а также могут быть учтены при проведении биогеохимического картографирования и районирования территории РТ.

Обнаружены лекарственные растения в Зеленодольском районе с высоким содержанием тяжелых металлов, использование которых в терапевтических целях может нанести ущерб здоровью человека.

Полученные в работе результаты представляют значительный интерес с точки зрения прогнозирования динамики экосистем под влиянием нарастающего техногенного воздействия.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Фоновое содержание нормируемых элементов в дикорастущих травянистых растениях РТ значительно ниже ПДК в пищевых продуктах и МДУ в кормах.

2. Наиболее значимыми факторами, влияющими на особенности аккумуляции биофильных элементов и тяжелых металлов в дикорастущих растениях РТ, являются видовая специфичность, эдафический фактор и уровень техногенной нагрузки.

3. Органоспецифичность содержания Pb и Cd в дикорастущих растениях РТ определяется уровнем техногенной нагрузки.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научных конференциях «Ломоносов» (Москва, 2007, 2008), «Сахаровские чтения 2007 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2007), "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT 2007» (Тольятти, 2007), «Экология и научно-технический прогресс» (Пермь, 2007), «Проблемы биологии, экологии, географии, образования: история и современность» (Санкт-Петербург, 2008), на всероссийских научных конференциях "Автотранспортный комплекс - проблемы и перспективы, экологическая безопасность" (Пермь, 2007), «Современные вопросы природопользования: агропромышленный комплекс и лесное хозяйство» (Казань, 2008), «Симбиоз Россия-2008» (Казань, 2008), «Биосфера Земли: прошлое, настоящее, будущее» (Екатеринбург, 2008), на республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» (Казань, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлены: разработка программы исследований, отбор проб почв и растений в полевых условиях, пробоподготовка образцов, проведение 14 196 элементоопределений методом атомно-абсорбционной спектрометрии и пламенной фотометрии, обработка, интерпретация результатов исследований. Научные положения и выводы формировались совместно с научным руководителем.

Структура и объем исследований. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, библиографического списка, включающего 233 источника, в том числе 57 на иностранных языках. Работа изложена на 154 страницах, содержит 22 таблицы, 46 рисунков, 4 приложения.

Благодарности. Работа выполнена в Институте проблем экологии и недропользования Академии наук РТ под руководством д.б.н., профессора А.А. Зялалова, которому автор выражает благодарность за помощь, советы и научные консультации на всех этапах выполненных исследований.

Особую благодарность и признательность автор выражает зав. лабораторией биогеохимии ИПЭН АН РТ, к.б.н. Д.В. Иванову за внимание, помощь, внимательное прочтение рукописи, полезные предложения и советы.

Автор благодарит доцента кафедры общей экологии факультета географии и экологии КГУ, к.б.н. Г.А. Шайхутдинову за помощь при составлении названий фитоценозов; Л.В. Фомину за помощь при определении видов растений; ассистента кафедры общей экологии факультета географии и экологии КГУ, к.б.н. В.Е. Прохорова за помощь при определении экологических групп растений с разными типами регуляции водного обмена.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Дана общая характеристика биофильных элементов и тяжелых металлов, приведена физиологическая роль исследованных элементов в организме растения и человека, рассматриваются источники их поступления в окружающую среду и пути поступления в растения, проанализированы литературные данные по аккумуляции тяжелых металлов в дикорастущих растениях, рассмотрены типы адаптивных стратегий растений по Раменскому-Грайму и по отношению к фактору влажности. Приводятся литературные данные по содержанию микроэлементов и тяжелых металлов в дикорастущих растениях различных регионов России, мира и РТ. Выявлено противоречие литературных данных по вопросу транслокации микроэлементов и тяжелых металлов в органы дикорастущих растений.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Природно-климатические условия Республики Татарстан. Приводится краткая физико-географическая характеристика республики, особенности гидрографии, почвообразующих пород и почв, климатических условий и растительности.

2.2. Объекты исследований. Изучение содержания биофильных элементов и тяжелых металлов проводилось на дикорастущих травянистых растениях луговых и лесных фитоценозов в 6 административных районах РТ, а также растениях урбофитоценозов г. Казани. Следует отметить, что все пробные площадки (за исключением пробных площадок в урбофитоценозах) закладывались вдали от возможных источников загрязнения. Всего было заложено 15 пробных площадок (№ 1 - № 6 в Зеленодольском районе, № 7, № 11 – в г. Казани, № 8 – в Верхнеуслонском, № 9, № 10 – в Бугульминском, № 12, № 13 – в Пестречинском, № 14 – в Альметьевском, № 15 – в Мамадышском районах).

В составе флоры исследуемых пробных площадок обнаружено 90 видов 35 семейств растений. Идентификацию типов адаптивных (экологических) стратегий растений проводили по работам J. Grime et. al (1988) и D. Frank, S. Klotz (1988).

2.3. Методика отбора растительных и почвенных образцов и их первичная пробоподготовка. В каждом фитоценозе закладывалась одна пробная площадка размером 10 м2. Растения отбирали в летние периоды 2006-2007 гг. вместе с корневой системой. Всего было отобрано 160 проб растений различных видов. Собранные растения разделяли на отдельные органы (корни, стебли, листья и цветы), высушивали до воздушно-сухого состояния. Образцы почвы (0-20 см) отбирали методом конверта (ГОСТ 17.4.4.02-84). Всего было отобрано 75 проб почв. В почве определяли содержание подвижных и валовых форм Cu, Fe, Zn, Pb, Cd, обменных форм К и Са, кислотность, содержание гумуса, наличие карбонатов и гранулометрический состав.

2.4. Методика определения металлов в растительных и почвенных образцах. Минерализацию растительных образцов проводили методом сухого озоления в муфельной печи при температуре 4500С. После озоления биофильные элементы и тяжелые металлы экстрагировались 20%-й HCl (ГОСТ 26929-94). Подвижные формы соединений микроэлементов и ТМ в почвах извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 (РД 52.18.289-90), валовые - 5М азотной кислотой (РД 52.18.191-89). Определение обменных форм К и Са в почве осуществляли по Кирсанову (Практикум …, 2001) с помощью 0,2 н. раствора HCl. В полученных растворах определяли содержание тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе AAS-30 и К, Са методом пламенной фотометрии на приборе Flapho-var. Определение актуальной кислотности почвы проводили в соответствии с общепринятыми методиками (Практикум …, 2001). Содержание гумуса в почве определяли по ГОСТ 26213-84.

Всего проанализирован 661 образец 90 видов дикорастущих травянистых растений и 15 образцов почвы. Повторность определения 3-х кратная.

Для оценки меры поглощения исследованных элементов растениями были рассчитаны следующие коэффициенты: КБП – коэффициент биологического поглощения (отношение содержания элемента в золе растений к содержанию его в горной породе или почве); КН – коэффициент накопления (отношение содержания элемента в сухой массе растений к содержанию его подвижных форм в почве); Ккб – коэффициент корневого барьера (отношение содержания элемента в корне к содержанию его в надземных органах растения) (Плеханова, 2007).

В таблицах и на рисунках представлены средние значения с их стандартными ошибками (Лакин, 1980). Достоверность различий между вариантами оценивали по критерию Краскела-Уоллиса (Лакин, 1980). Корреляционный анализ данных проводился с использованием коэффициентов корреляции Пирсона (r) и Спирмена (rS) (Лакин, 1980; Рокицкий, 1973). Математическая, статистическая обработка данных и построение гистограмм проводились с помощью стандартных пакетов Microsoft Exel 2007 и Statistica 6.0 (StatSoft, Inc. 2001).

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Содержание биофильных элементов и тяжелых металлов в почвах исследованных участков

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»