Оценивание распределения вещества в системе почва–растение (на примере агрокультур)

Информативное оценивание распределения биогенных и загрязняющих веществ в системе почва–растение является теоретической и прикладной задачей в биогеохимии, агрохимии, экологической биотехнологии. Точечные, средние и экстремальные значения концентраций вещества в растении (С_р) и в почве (С_п), коэффициенты биологического поглощения (К_б=С_р/С_п) не характеризуют особенности распределения вещества в системе. Цель работы – изучение влияния концентрации в почве вещества на распределение его между растением и почвой. С помощью описания содержания в растении вещества от его концентрации в почве функциями С_р=f(C_п), К_б=f(С_п) предложены методические подходы к количественному оцениванию процесса распределения. Первый подход – аппроксимация зависимостей по линейным или адсорбционным степенным функциям Фрейндлиха и Ленгмюра С_р=f(C_п), из которых определяются концентрационные показатели вида а, ¹К_р, К_р, С_∞ . С их помощью оцениваются механизм и интенсивность накопления вещества растением. Второй подход включает получение степенной функции К_б=f(C_п) или ее линеаризированной формы lgК_б=f(lgC_п) с расчетом из них стандартизированных коэффициентов К_б – чувствительных при низких (1, 10) и предельных при высоких (100, 1000) концентрациях вещества в почве. На примере различных по физико-химическим и биологическим свойствам веществ – бенз(а)пирена, фтора и цинка – показано определение показателей для оценки абсолютного и относительного накопления веществ агрокультурами, проведены сравнения растений между собой, рассмотрены возможные механизмы распределения веществ и их интенсивность.

1. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / пер. с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.

2. Попов А.И. Трофосистема почва–растение – основа функционирования экосистемы // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2012. N 7. С. 251–260.

3. Lekberg Y., Bever J.D., Bunn R.A., Callaway R.M., Hart M.M., Kivlin S.N., et al. Relative importance of competition and plant–soil feedback, their synergy, context dependency and implications for coexistence // Ecology Letters. 2018. Vol. 21, no. 8. Р. 1268–1281. https://doi.org/10.1111/ele.13093.

4. Thakur M.P., van der Putten W.H., Wilschut R.A., (Ciska) Veen G.F., Kardol P., van Ruijven J., et al. Plant–soil feedbacks and temporal dynamics of plant diversity–productivity relationships // Trends in Ecology & Evolution. 2021. Vol. 36, no. 7. Р. 651–661. https://doi.org/10.1016/j.tree.2021.03.011.

5. Reinhart K.O., Bauer J.T., McCarthy-Neumann S., MacDougall A.S., Hierro J.L., Chiuffo M.C., et al. Globally, plant-soil feedbacks are weak predictors of plant abundance // Ecology and Evolution. 2021. Vol. 11, no. 4. P. 1756–1768. https://doi.org/10.1002/ece3.7167.

6. Белых Л.И. Распределение полициклических ароматических углеводородов в системе почва–растение // Почвоведение. 2009. N 9. С. 1083–1089.

7. Canarini A., Kaiser C., Merchant A., Richter A., Wanek W. Root exudation of primary metabolites: mechanisms and their roles in plant responses to environmental stimuli // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00157.

8. Калманова В.Б. Анализ распределения свинца в системе почва–растительность г. Биробиджан // Фундаментальные исследования. 2014. N 8-7. С. 1605–1611.

9. Сиромля Т.И., Мяделец М.А., Охлопкова О.В., Качкин К.В. Химические элементы в системе почва–листья подорожника большого на территории г. Новосибирска // Современные проблемы науки и образования. 2014. N 6. С. 1368.

10. Page V., Feller U. Heavy metals in crop plants: transport and redistribution processes the whole plant level // Agronomy. 2015. Vol. 5, no. 3. Р. 447–463. https://doi.org/10.3390/agronomy5030447.

11. Rutkowska B., Szulc W., Spychaj-fabisiak E., Pior N. Prediction of molybdenum availability to plants in differentiated soil conditions // Plant, Soil and Environment. 2017. Vol. 63, no. 11. P. 491–497. https://doi.org/10.17221/616/2017-PSE.

12. Ефремов И.В. Оценка риска загрязнения почвенно-растительных систем тяжелыми металлами при антропогенном воздействии // Вестник Оренбургского государственного университета. 2018. N 6. С. 132–139. https://doi.org/10.25198/18146457-218-132.

13. Noulas C., Tziouvalekas M., Karyotis T. Zinc in soils, water and food crops // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2018. Vol. 49. P. 252–260. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.02.009.

14. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Мониторинг йода в системе «почва–растение» (обзор) // Вестник КрасГАУ. 2020. N 10. С. 101–108. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-10-101-108.

15. Котельникова А.Д., Рогова О.Б., Столбова В.В. Лантаноиды в почве: поступление, содержание, влияние на растения, генотоксичность (обзор) // Почвоведение. 2021. N 1. С. 100–119. https://doi.org/10.31857/s0032180x21010056.

16. De Long J.R., Heinen R., Steinauer K., Hannula S.E., Huberty M., Jongen R., et al. Taking plant–soil feedbacks to the field in a temperate grassland // Basic and Applied Ecology. 2019. Vol. 40. P. 30–42. https://doi.org/10.1016/j.baae.2019.08.001.

17. Querejeta J.I., Ren W., Prieto I. Vertical decoupling of soil nutrients and water under climate warming reduces plant cumulative nutrient uptake, water-use efficiency and productivity // New Phytologist. 2021. Vol. 230, no. 4. P. 1378–1393. https://doi.org/10.1111/nph.17258.

18. Png G.K., Lambers H., Kardol P., Turner B.L., Wardle D.A., Laliberté E. Biotic and abiotic plant–soil feedback depends on nitrogen-acquisition strategy and shifts during long-term ecosystem development // Journal of Ecology. 2019. Vol. 107, no. 1. P. 142–153. https://doi.org/10.1111/1365-2745.13048.

19. Kempel A., Rindisbacher A., Fischer M., Allan E. Plant soil feedback strength in relation to large-scale plant rarity and phylogenetic relatedness // Ecology. 2018. Vol. 99, no. 3. P. 597–606. https://doi.org/10.1002/ecy.2145.

20. Wandrag E.M., Bates S.E., Barrett L.G., Catford J.A., Thrall P.H., van der Putten W.H., et al. Phylogenetic signals and predictability in plant–soil feedbacks // New Phytologist. 2020. Vol. 228, no. 4. Р. 1440– 1449. https://doi.org/10.1111/nph.16768.

21. Ильницкий А.П., Краснянская П.Н., Соленова Л.Г. Содержание бенз(а)пирена в сельскохозяйственных растениях // Растения и химические канцерогены. 1979. С. 139–142.

22. Дикун П.П., Калинина И.А. Фоновое содержание бенз(а)пирена в зерне // Растения и химические канцерогены. 1979. С. 113–115.

23. Лукин С.В. Закономерности накопления цинка в сельскохозяйственных растениях // Агрохимия. 1999. N 2. С. 380–390.

24. Волошин Е.И. Цинк в пахотных почвах Красноярского края // Агрохимия. 2002. N 5. С. 33–40.

25. Танделов Ю.П. Фтор в системе почва–растение: монография. Красноярск: Красноярская городская типография, 2012. 146 с.