Введение к работе
Актуальность темы. Южный Урал известен уникальным сочетанием разнообразных геологических, природных фитоценотических условий и антропогенно-нарушенных территорий. Разнообразие экологических условий вызвано наличием техногенных геохимических аномалий, связанных c месторождениями медно-цинковых и железных руд, способствующих высокому развитию в регионе черной и цветной металлургии. Природные и техногенные факторы, накладываясь друг на друга, формируют провинции с избыточным содержанием в почвах меди, цинка, железа, марганца, никеля и свинца. В то же время территория Южного Урала славится обилием лекарственных трав. Перечисленные выше тяжелые металлы (ТМ) в составе лечебных трав подлежат первоочередному контролю, так как являются экологически значимыми для Республики Башкортостан (РБ) и Оренбургской области.
Изучению свойств ТМ и их соединений, процессов их миграции, трансформации, аккумуляции и воздействия на природные объекты посвящены многочисленные научные труды (Алексеев, 1987; Мудрый, Короленко, 1997; Маймулов, Нагорный, 2000; Бабкин и др., 2002; Русанов и др., 2002; Боев и др., 2004; Скальный, Рудаков, 2004; Зайцева и др., 2004; Кулагин, Шагиева, 2005; Курбатова, 2006). Однако проблемы влияния антропогенных факторов и природных аномалий на качество лекарственного растительного исследованы недостаточно. Содержание тяжелых металлов в дикорастущих лекарственных растениях не нормируется (Муравьева и др., 2002). Регуляция накопления лекарственных веществ в условиях специфических геохимических провинций изучена мало: не определены общие закономерности влияния отдельных металлов на метаболизм биологически активных веществ, не выявлена картина проявления видоспецифичности реакций разных видов растений (Усманов и др., 2002). В силу этого целесообразно сосредоточить внимание на проблеме влияния элементов, содержащихся в почвах медно-цинковой провинции Южного Урала, на биопараметры растений и на накопление ими некоторых биологически активных веществ. Необходимость изучения содержания тяжелых металлов в растительном лекарственном сырье продиктована также опасностью загрязнения лечебного материала избыточным накоплением химических элементов. В Российской Федерации площадь загрязненных ТМ земель достигла более 70 млн. га, из них около 1 млн. га имеют чрезвычайно опасный уровень загрязнения (Садовникова и др., 2006). От 40 до 80 % ТМ в организм животных и человека поступает с пищей, и только 20-40 % – с воздухом и водой (Панин, 2000; Ильин, Сысо, 2001). От уровня накопления металлов в растениях в значительной степени зависит здоровье населения.
Одним из важнейших лекарственных трав, широко используемых в народной и традиционной медицине, является растущий на Южном Урале Inula helenium L. из семейства Asteraseae. Девясилу высокому отводится важное место в арсенале лечебных средств народной и современной медицины благодаря его высоким фармакологическим свойствам: растение обладает противовоспалительным, кровоостанавливающим, отхаркивающим, мочегонным, антимикробным, противоглистным действием, нормализует работу желудочно-кишечного тракта (Носов, 2001; Лекарственные растения, 2003; Лавренова, Онипко, 2003; Александрова, 2005; Ахмедов, 2006; Попов 2008; Капранова, 2009; Убашеев, 2011). Вид является перспективным при сахарном диабете (Jun-Jie Shan, 2006), оказывает выраженное антитоксическое действие и обладает антиоксидантным свойством (Лесиовская, Пастушенков, 2003; Телятьев, 2004; Зеленская, 2006; Ботоева, 2010). Своеобразный ароматный запах и полезные свойства позволяют использовать девясил как пищевое растение в кондитерской, ликеро-водочной, рыбной, пищеконцентратной, консервной промышленности, в кулинарии, в парфюмерии (Авакаянц, 2003; Королюк, 2003; Литвинова, 2003; Курганская, 2004). Исследуемый вид не внесен в список редких, однако нуждается в особом внимании к состоянию в природной среде и мониторинге (Красная книга…, 2011).
Некоторые вопросы биологии и распространения Inula helenium L. в Республике Башкортостан нашли отражение в работах Е.В. Кучерова (1976, 1991, 1993), Лазаревой (1993) и Галеевой (1991). С.С. Киньябулатовым (2010) изучены популяционная структура и вопросы охраны вида. В то же время эколого-биологические особенности Inula helenium L., качество лекарственного растительного сырья в условиях повышенного содержания ТМ в почве изучены недостаточно.
Цель работы – изучить эколого-биологические особенности Inula helenium L. в геохимических условиях Южного Урала, определить содержание в почве, характер поступления и видоспецифичность распределения цинка, меди, железа, марганца, свинца и никеля в организме растения.
Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:
-
Выявить синтаксономическую приуроченность растительных сообществ с участием растений I. helenium L.
-
Исследовать особенности содержания ТМ (Zn, Cu, Fe, Mn, Pb, Ni) в почвах Зауральского и Предуральского регионов Южного Урала.
-
Охарактеризовать особенности распределения Zn, Cu, Fe, Mn, Pb и Ni в органах растений I. helenium L. в разных фитоценотических условиях.
-
Выявить отношение растений I. helenium L. к исследуемым металлам с помощью коэффициента биологического накопления и коэффициента передвижения.
-
Изучить особенности биоморфологических параметров растений
I. helenium L. и их взаимосвязь с содержанием ТМ в почвах и органах растения. -
Определить содержание эфирных масел в подземных органах растений
I. helenium L. и выявить влияние исследуемых элементов на их накопление.
Научная новизна. Впервые в условиях Зауралья определены синтаксономическая приуроченность растительных сообществ с участием
I. helenium L. и выявлены биоморфологические признаки вида; проведены комплексные исследования содержания Cu, Zn, Fe, Mn, Pb, Ni в системе «почва - органы растения I. helenium L.». Определен коэффициент биологического накопления и коэффициент поглощения тяжелых металлов в растении как показатель отношения вида к исследуемым элементам, выявлены пути поступления ТМ в организм растения. Проведен детальный морфологический анализ и установлены корреляционные взаимосвязи биометрических показателей растения с содержанием элементов. На основе интегрального анализа исследованных ценопопуляций (ЦП) I. helenium L. установлены специфические особенности исследуемого вида по отношению к наиболее распространенным металлам в медно-цинковой провинции Южного Урала.
Практическая значимость. Детальное изучение содержания тяжелых металлов в различных органах I. helenium L. в зависимости от их содержания в почве позволяет провести топографию мест заготовки сырья, а также паспортизацию угодий с указанием содержания в почве потенциально опасных для здоровья человека элементов. Полученные данные помогут разработать научно обоснованные величины предельно-допустимых концентраций (ПДК) элементов и внести дополнения в инструкции по заготовке I. helenium L. Материалы исследований используются при преподавании курсов экологии, ботаники, лекарственного ресурсоведения. Информация, содержащаяся в данной работе, полезна биологам, экологам, работникам санитарных служб, лесного хозяйства, заготовителям растительного лекарственного сырья.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации апробированы на ежегодной Всероссийской научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Сибай, 2010, 2011, 2012, 2013); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы методико-экологических наук» (Уфа, 2010); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал» (Мелеуз, 2012); Международной научно-практической конференции «Стратегические направления и инструменты повышения эффективности сотрудничества стран-участников Шанхайской организации сотрудничества: экономика, экология демография» (Уфа, 2013): Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (Сибай, 2013).
По результатам исследований опубликовано 12 работ, в т.ч. 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах, включает 5 таблиц, 53 рисунка и 5 приложений. Список литературы содержит 209 источника, в том числе 36 на иностранных языках.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность к.б.н., доценту А.А. Аминевой за неоценимую помощь, участие и постоянную поддержку на всех этапах работы. Также благодарит сотрудников химической лаборатории Сибайского филиала Учалинского горно-обогатительного комбината (СФ УГОК) за оказанную помощь при проведении анализов.
