Биологи: растения на золоотвалах испытывают дефицит элементов питания

10:36, 22 сентября 2023

Это необычно, так как содержание азота в почве напрямую связано с содержанием азота в растениях

Ученые исследовали два золоотвала на Среднем Урале. Фото из личного архива Анны Бетехтиной.

Растениям на золоотвалах недоступны многие питательные вещества, главным образом азот, выяснили биологи Уральского федерального университета и Института экологии растений и животных УрО РАН. Несмотря на то, что азот в ходе зарастания накапливается в почве золоотвалов, его доступность для растений очень низкая. Данная ситуация уникальна, поскольку обычно содержание азота в почве напрямую связано с содержанием азота в растениях. Описание химического анализа растений и почвы золоотвалов ученые опубликовали в журнале «Экология». Работа выполнена при поддержке программы «Приоритет-2030». Геоботанические исследования и анализ растений проводились в рамках госзадания (№ FEUZ-2023-0023).

«Азот относится к числу основных элементов питания растений, доступность которого определяет продуктивность растительных сообществ. На разных природных объектах показана единая закономерность — при увеличении содержания азота в почве его количество в растениях также увеличивается. Такая динамика описывается во многих работах российских и зарубежных ученых. Однако наши результаты оказались совершенно иными. Результаты, полученные на других природных объектах, нельзя переносить на техногенные ландшафты, такие как золоотвалы», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории восстановительной экологии УрФУ Анна Бетехтина.

Золоотвалы — это специально оборудованная зона рядом с промышленным предприятием (чаще всего ТЭЦ), на которой скапливаются оставшиеся после сжигания угля золошлаки. Золошлаковые отходы — это искусственный безжизненный субстрат. Тем не менее по прошествии определенного времени жизнь на них заселяется, и золоотвал постепенно зарастает микроорганизмами и растениями. Такой процесс называется «сукцессией».

«Сукцессия, или сукцессионный ряд — это постепенная смена одних видов растений другими. Предположим, есть голый безжизненный субстрат — как в случае с золоотвалом. Этот субстрат не может слишком долго находиться в незаселенном состоянии. Спустя непродолжительное время на них появляются сначала водоросли, потом сорные растения, потом луговые растения и постепенно-постепенно через сотни лет там формируются светлохвойные и темнохвойные леса — зональный тип растительности», — поясняет Анна Бетехтина.

Чтобы получить необходимые данные, ученые изучили состав почв и растений двух золоотвалов, находящихся на Среднем Урале. Один — молодой, возрастом 5–8 лет, который занимает площадь 358 га. Второй — старый, возрастом 53–56 лет площадью 125 га. Чтобы измерить содержание фосфора и азота в почве, ученые провели химический анализ. Для этого они отобрали образцы молодых почв золоотвалов и в лабораторных условиях с помощью потенциометра измерили содержание фосфора, а уровень азота — методом мокрого сжигания по Къельдалю. Тем же методом биологи выявили уровень азота и фосфора в листьях растений.

«Мы выбрали молодой золоотвал — как начальный этап зарастания. И старый золоотвал — как более зрелый этап зарастания. На молодом золоотвале росли пионерные однолетние растения, такие как марь, полынь, лютик, вейник, трехреберник и др. На старом уже были сформированы лес из березы и осины, и луговые сообщества, на которых росли многолетние растения — тысячелистник, иван-чай, подорожник и др. Химический анализ показал, что в почвах молодого золоотвала мало азота, но много фосфора. А в старом — содержание фосфора снизилось, а азота возросло. Эта закономерность характерна для развития почв на природных субстратах — в процессе зарастания количество углерода и азота в почвах будет расти, а количество подвижных фосфатов будет падать. Однако анализ растений дал понять, что, несмотря на накопление азота в почве, растениям он недоступен», — комментирует Анна Бетехтина.

Ученые продолжат исследовать золоотвалы и растущие на нем растения. Так как растения могут потреблять питательные элементы с помощью свободноживущих азотофиксирующих организмов — особых бактерий, которые получают азот из воздуха, следующий этап исследования будет посвящен изучению свободноживущих азотофиксирующих организмов.

Справка

Азот относится к числу основных элементов питания для всех живых организмов, а содержание его в почвах определяет уровень плодородия. Чаще всего азот применяется при создании удобрений для использования в сельском хозяйстве. Кроме агропромышленного сектора, азот также используется в медицине, промышленности, нефтегазовой отрасли, пищевом производстве и др.

По данным продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, крупнейшим экспортером азотных удобрений остается Россия — ей принадлежит 18 % всех поставок. На втором месте — Китай (16 %). Страны Евросоюза в совокупности экспортируют около 8 % от всех удобрений в мире. Четвертое место между собой делят Катар, Оман и Саудовская Аравия — у них по 6 % от всего экспорта.

Сергей Лукьянченко