Сравнительный биохимический состав древесины малосмолистых лесных пород Липецкой области

Полный текст

Биохимический состав древесины влияет на качество дыма. В зависимости от уровня концентрации минеральных элементов в почве они могут быть как микроэлементами, так и тяжелыми металлами для растений. [10] В древесине деревьев содержится от 0,19 до 1,2 мг/кг кадмия, 2,4…9,2 хрома, 3,3…7,5 меди, 13,0…140,0 мг/кг цинка. [20] Содержание микроэлементов в древесине – показатель загрязненности окружающей территории тяжелыми металлами. Степень накопления B, Cd, Co, C, Fe, Mn и Zn зависит от возраста дерева.[15] Например, при сжигании старых тополей, выросших в очень загрязненном месте, содержание микроэлементов настолько высокое, что можно выделить две фракции золы: одна с повышенным содержанием Cu, Cr и Ni, другая – Cd, Pb и Zn. [8] Содержание тяжелых металлов (Cu, Fe, C, Ni, Sr и Zn) в побегах одно-двухлетних деревьев акации, напротив оказалось совсем невысоким, в пределах ПДК. [17] Установлено, что у березы, осины, ели и сосны наименьшее количество зольных элементов находится в древесине (0,2…0,7%), чуть больше в коре (1,9…6,4) и максимальное в листьях (2,4…7,7%). [18]

Разные древесные породы проявляют неодинаковую способность к выносу из загрязненной почвы тяжелых металлов и их аккумуляции в своих тканях. [13] Ива заметно выносит As, Cd, Pb и Zn, тополь – только Pb. [9] У тополя белого побеги оказались менее индикаторными органами, чем листья в отношении накопления кадмия и цинка. [12] Накопление микроэлементов в древесных породах имеет очень схожий характер в пределах одного ботанического семейства. Пропорции всех микроэлементов, кроме Ni, Ba, Sr и Pb в побегах сосны и ели практически идентичны. [16] Дуб черешчатый, по сравнению с елью и сосной, в своих тканях накапливает значительно больше Cd, Zn и Pb. [14] При наличии микоризы (гриб Cadophora и береза повислая) уменьшается накопление деревьями кадмия. [7]

На примере сосны рассмотрена связь между содержанием полифенолов и качеством дыма при сжигании древесины. [11] Когда сгорает древесина, органические кислоты разрушаются или уносятся с дымом, поскольку рН золы намного выше (более щелочная реакция), чем древесины. [6] Все литературные данные о содержании микроэлементов касаются в основном фиторемедиации и степени загрязненности растений тяжелыми металлами. Оценочные шкалы уровней содержания некоторых микроэлементов (Fe, Mn, Cl, B, Cu, Mo, Zn) разработаны только в отношении листьев и плодов и применимы к ограниченному количеству древесных видов (яблоня, вишня, груша, абрикос, персик, слива, смородина, крыжовник). [5] Биохимический состав древесины изучают по многим причинам. Побеги черешни, произрастающей в местах с разной загрязненностью, анализировали на содержание тяжелых металлов для использования древесины в качестве источника биологически активных веществ. [19]

Цель работы – определить содержание микроэлементов в древесине пород, произрастающих в ЦЧР.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 2019–2020 годах. Объект изучения – древесина 18 наиболее распространенных малосмолистых пород: вишня обыкновенная (Cerasus vulgaris Mill.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), яблоня домашняя (Malus domestica Borkh.), вишня антипка (Prunus mahaleb L.), черная смородина (Ribes nigrum L.), терн колючий (Prunus spinosa L.), шиповник собачий (Rosa canina L.), абрикос обыкновенный (Prunus armeniaca L.), слива домашняя (Prunus domestica L.), вишня войлочная (Prunus tomentosa Thunb), крыжовник обыкновенный (Ribes uva-crispa L.), орех грецкий (Juglans regia L.), груша обыкновенная (Pyrus communis L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), ольха черная (Alnus glutinosa (L.) Gaertn), боярышник кроваво-красный (Crataegus sanguinea Pall), черемуха обыкновенная (Padus avium Mill.), ива белая (Salix alba L.). Отбирали трех-восьмилетнюю древесину в середине января 2019 и 2020 года в урочище «Коротыш» Долгоруковского района Липецкой области. Участок равноудален от городских и административных центров. Почва – лугово-черноземная тяжелосуглинистая на покровном суглинке. Анализировали свежеспиленную древесину методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрофотометре Спектр-5 в пламени ацетилен-воздух. [4] Минерализацию проб древесины осуществляли методом сухого озоления по ГОСТ 26657-85. [1] Золу экстрагировали с помощью 1М раствора HNO3.[20] Полученные данные по годам усредняли, математически обрабатывали методом дисперсионного и корреляционного анализов, используя программу Microsoft Excel. [2] В своих предыдущих работах мы выяснили, что количество полифенолов в древесине исследуемых пород составляло 0,02…1,43%, органических кислот – 0,21…1,08%, сумма дубильных и красящих веществ – 1,45…26,5%, танина – 0,83…20,8%. [3]

РЕЗУЛЬТАТЫ

Из микроэлементов, которые никогда не переходят в категорию тяжелых металлов, представляем данные по железу и марганцу (табл. 1).

Таблица 1.

Содержание железа и марганца в свежей древесине исследуемых пород деревьев, мг/кг

Порода	Железо	Марганец
Вишня обыкновенная	11,500	25,858
Рябина обыкновенная	13,000	20,564
Яблоня домашняя	12,933	11,891
Вишня антипка	25,325	13,595
Черная смородина	21,239	9,612
Терн колючий	15,944	13,885
Шиповник собачий	4,127	12,209
Абрикос обыкновенный	5,380	7,640
Слива обыкновенная	0,837	2,266
Вишня войлочная	11,464	21,421
Крыжовник обыкновенный	2,079	7,252
Орех грецкий	3,242	7,785
Груша обыкновенная	4,106	3,577
Липа мелколистная	3,320	3,815
Ольха черная	0,245	26,472
Боярышник кроваво-красный	0,470	8,767
Черемуха обыкновенная	8,610	19,775
Ива белая	8,098	100,830

 

Лидеры по содержанию железа в древесине – вишня магалебская (антипка) и черная смородина, наименьшее количество этого микроэлемента было в ольхе черной.

По содержанию марганца максимум установлен в древесине ивы белой, минимум – сливы обыкновенной.

По семейству розоцветные содержание железа в древесине – 0,47…25,325 мг/кг, марганца – 2,266… 25,858 мг/кг.

Из микроэлементов, которые способны при повышенных концентрациях быть тяжелыми металлами, приводим данные по меди, кобальту, никелю и цинку. Все они, кроме никеля, – биогенные (табл. 2).

 

Таблица 2.

Содержание микроэлементов в свежей древесине исследуемых пород деревьев, мг/кг

Порода	Медь	Цинк	Кобальт	Никель
Вишня обыкновенная	1,982	11,540	0,061	0,679
Рябина обыкновенная	5,115	14,817	0,074	1,022
Яблоня домашняя	9,006	16,616	0,038	1,128
Вишня антипка	2,978	12,744	0,070	1,328
Черная смородина	4,932	23,751	0,081	3,389
Терн колючий	3,665	13,705	0,055	0,852
Шиповник собачий	6,952	14,648	0,075	1,147
Абрикос обыкновенный	2,250	11,188	0,037	0,538
Слива обыкновенная	1,853	7,788	0,080	0,070
Вишня войлочная	3,526	15,720	0,085	0,481
Крыжовник обыкновенный	2,830	14,906	0,046	1,479
Орех грецкий	2,082	11,603	0,057	0,522
Груша обыкновенная	2,929	9,381	0,040	0,025
Липа мелколистная	2,980	7,775	0,060	0,443
Ольха черная	6,895	11,240	0,170	0,210
Боярышник кроваво-красный	4,700	18,195	0,090	0,805
Черемуха обыкновенная	3,678	14,960	0,013	1,160
Ива белая	7,702	19,008	0,230	1,040

 

Наибольшее количество меди отмечено в древесине яблони домашней, наименьшее – сливы обыкновенной. Лидером по кобальту оказалась ива белая, минимум этого элемента отмечен в древесине черемухи. Больше всего цинка, по сравнению с остальными породами, в черной смородине, меньше – в липе мелколистной и сливе обыкновенной. Самый высокий уровень никеля в древесине черной смородины, низкий – у груши обыкновенной.

По семейству розоцветные количество меди – 1,853…9,006, цинка – 7,788…23,751, кобальта – 0,013…0,090, никеля – 0,025…3,389 мг/кг.

В результате корреляционного анализа не найдено связи между содержанием в древесине микроэлементов и воды, дубильных и красящих веществ, танина, органических кислот, полифенолов и гигроскопичностью. Установлена прямая тесная зависимость между количеством в древесине никеля и цинка (r = 0,8), а также никеля и железа (r = 0,6). Нами обнаружена обратная слабая зависимость между нахождением никеля и флавонолов (r = –0,53), кобальта и флавонолов (r = –0,5).

Выводы. Из наиболее распространенных 18 лиственных пород лидер по содержанию в древесине железа – вишня магалебская (антипка), меди – яблоня домашняя, кобальта и марганца – ива белая, цинка и никеля – черная смородина.

По семейству розоцветные количество железа в древесине – 0,47…25,325 мг/кг, марганца – 2,266…25,858, меди – 1,853…9,006, цинка – 7,788…23,751, кобальта – 0,013…0,090, никеля – 0,025…3,389 мг/кг.

Установлена прямая тесная корреляция между нахождением в древесине никеля и цинка (r=0,8), никеля и железа (r = 0,6). Однако имеется слабая обратная зависимость между уровнями флавонолов и микроэлементов, способных перейти в тяжелые металлы (Co, Ni) (r = –0,5...0,53).

Учитывая удаленность места произрастания пород, значения содержания микроэлементов в древесине лиственных растений ЦЧР можно рассматривать как не превышающие ПДК тяжелых металлов.

Наиболее безопасным древесным сырьем для копчения из изученных пород можно считать черемуху и грушу, поскольку в них минимальное количество никеля и кобальта.

Об авторах

Вячеслав Леонидович Захаров

ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина»

Автор, ответственный за переписку.
Email: zaxarov7979@mail.ru

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Россия, г. Елец

Сергей Юрьевич Шубкин

ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина»

Email: zaxarov7979@mail.ru

кандидат технических наук, доцент

Россия, г. Елец

Ольга Алексеевна Дубровина

ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина»

Email: zaxarov7979@mail.ru

кандидат биологических наук, доцент

Россия, г. Елец

Валентина Андреевна Гулидова

ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина»

Email: zaxarov7979@mail.ru

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Россия, г. Елец

Список литературы

Дополнительные файлы