Общая площадь лесов Архангельской области составляет 29341,5 тыс. га, лесистость, без островов Белого моря, Северного Ледовитого океана и Новой Земли, – 72,4 % [1]. Среди целей, декларированных в Лесном плане Архангельской области на 2009–2018 гг. и пролонгированных в новом на 2019–2028 гг. помимо прочих значатся: «...вовлечение в рыночный оборот недревесных лесных ресурсов и развитие альтернативных видов использования лесов для заготовки пищевых ресурсов...». В связи с этим использование недревесных ресурсов архангельских лесов приобретает все большее значение и способствует росту экономического потенциала лесного хозяйства области.
Одним из основных компонентов недревесных лесных ресурсов выступают дикорастущие ягодники. В лесах Архангельской области встречается около 20 видов ягод, среди них черника (Vaccinium myrtillus L.) является доминантом травяно-кустарничкового яруса таежных лесов [2]. Вид традиционно является ценным пищевым ресурсом для местного населения, кормовым растением для различных млекопитающих и птиц, обладает медоносными и лекарственными свойствами. Ценность дикорастущих ягодников заключается в высокой приспособленности к местным климатическим условиям, иммунитете к болезням и вредителям, кроме того, они содержат более высокое количество биологически активных веществ, не обрабатываются пестицидами и инсектицидами [3]. Ягоды черники являются источником аскорбиновой кислоты (витамина С), которая способствует укреплению иммунитета человека, улучшает процессы кровообращения [4], используется в качестве пищевой добавки при лечении или профилактики цинги [5].
На содержание аскорбиновой кислоты в ягодах оказывают влияние генотип, условия окружающей среды (географическое положение, почва, температура, освещение) [6], биотические и абиотические стрессы [7]. Лимитирующим фактором накопления витамина С в ягодах являются температура воздуха и осадки за вегетационный период: чем выше коэффициент экстремальности (соотношение среднемесячных температур к сумме осадков), тем большее количество витамина содержится в плодах [8]. Продолжительность светового дня также сказывается на содержании витамина С в ягодах – на свету его образуется больше, чем в темноте. Подобные климатические условия (экстремальность факторов, длительный летний световой период) характерны для Архангельской области.
Узлы пересечений тектонических нарушений (тектонические узлы) выступают связующим звеном между абиотической (геологической) и биотической (биогеоценозы) средами. При увеличении количества пересекающихся разломов возрастает степень раздробленности, проницаемости и глубинности узла, возникает вертикальная высокопроницаемая область коро-мантийного взаимодействия, вызывающая постоянный приток флюидов и глубинных газов, формируется глубинный стволовой канал повышенного тепломассообмена [9]. В работе [10] показано, что в центре узла жидкие атмосферные осадки выпадают практически в 2 раза реже, а их количество на 38 % меньше, чем на периферии. Количество осадков авторы увязывают с атмосферным давлением.
Цель настоящей работы – показать влияние Холмогорского тектонического узла на количественное содержание витамина С в ягодах черники.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись плоды черники обыкновенной (Vaccinium myrtillus L.), произрастающей в северной тайге Холмогорского района Архангельской области. Сбор плодов для химического анализа проводился в период массового плодоношения черники обыкновенной в первой половине августа 2020 г. Закладывались две пробные площади 25×25 м в центре и на периферии Холмогорского тектонического узла (рис. 1), производился равномерный отбор ягод по 500 г с каждой. Далее пробы передавались в Центр коллективного пользования научным оборудованием «Критические технологии РФ в области экологической безопасности Арктики» (ЦКП КТ РФ «Арктика») ФИЦКИА УрО РАН для определения содержания витамина С и влажности ягод.
Определение аскорбиновой кислоты проводилось колориметрическим методом, основанном на фотометрическом определении избытка 2,6-дихлорфенолиндофенола после восстановления определенной части его аскорбиновой кислоты. Измерения производились на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu Corporation, Япония) при длине волны 515 нм.
Содержание аскорбиновой кислоты (Х, мкг/г) рассчитывается по формуле
,
где А – содержание аскорбиновой вытяжки, найденное по калибровочной кривой, мкг/мл;
V – объем экстракта, полученного из данной навески, мл;
m – масса навески исследуемого материала, г.
Определение влажности ягод осуществлялось гравиметрическим методом (взвешивание до и после сушки) в сушильном шкафу ES-4620 (Экрос, Россия) при 105±0,5 °С.
Рис. 1. Места отбора проб на территории Холмогорского тектонического узла: 1 – изолинии плотности разрывных нарушений, 2 – точки отбора (1 – в центре, 2 – на периферии узла)
Результаты исследования и их обсуждение
Черника широко распространена на территории Архангельской области. Ягоды растения являются умеренным источником витамина С. Однако уровень аскорбиновой кислоты в ягодах поддерживается в стабильном состоянии в течение созревания за счет наличия антоцианов и в биологически активной форме, поскольку в ягодах не содержится фермент аскорбатоксидаза, который инактивирует витамин С, превращая его в дегидроаскорбиновую кислоту [7].
Аскорбиновая кислота синтезируется в печени или почках большинства животных, за исключением людей и некоторых высших приматов, которые утратили возможность вырабатывать её самостоятельно [11]. В то же время она важна для нормального функционирования организма и представляет особую ценность в рационе человека [12]. Поэтому необходимо ее внешнее поступление в организм человека, в основном из свежих фруктов и овощей.
Согласно нормам физиологических потребностей [13] среднесуточная потребность взрослого человека в витамине С составляет 90 мг. По новым нормам [14] данный показатель увеличен до 100 мг в сутки.
В табл. 1 приведено краткое геоботаническое описание пробных площадей, заложенных в центре и на периферии Холмогорского тектонического узла.
Следует отметить, что, согласно [9], тектонический узел – это не аналог понятия «аномалия повышенной плотности линеаментов», поскольку при выделении узлов тектонических нарушений в полной мере используются геолого-геофизические материалы, а не только результаты дешифрирования и морфометрического анализа. При этом под «центром» узла понимается наибольшая плотность тектонических нарушений, под «периферией» – наименьшая.
Таблица 1
Описание пробных площадей в центре и на периферии Холмогорского тектонического узла
|
Показатель |
Центр |
Периферия |
|
Рельеф |
Ровный, вершина холма |
Ровный, без выраженных повышений |
|
Тип леса |
Ельник черничный |
Ельник черничный |
|
Формула древостоя |
9Е1С |
9Е1Б |
|
Древостой |
Ель (средний диаметр ствола 11,1 см) Сосна (средний диаметр ствола 19,1 см) |
Ель (средний диаметр ствола 21,6 см) Береза (средний диаметр ствола 12,4 см) |
|
Сомкнутость крон |
50 % |
60–70 % |
|
Подрост |
Ель (до 1,7 м) Осина (до 1,5 м) |
Ель (средняя высота 1,07 м) Береза (средняя высота 1,65 м) |
|
Опад |
20 % |
15–20 % |
|
Проективное покрытие: − общее − травяно-кустарничковый ярус − мохово-лишайниковый ярус |
90 % 70 % 60 % |
95 % 60 % 80 % |
Таблица 2
Средние значения содержания аскорбиновой кислоты и влажности плодов черники в пределах Холмогорского тектонического узла
|
Параметр |
Центр |
Периферия |
Разница |
|
Аскорбиновая кислота, мг/100 г |
144,30 ± 2,11 |
105,66 ± 3,18 |
38,64 ± 1,07 |
|
Влажность плодов, % |
89,01 ± 0,10 |
89,14 ± 0,16 |
0,13 ± 0,06 |
Проведенные исследования показали, что содержание аскорбиновой кислоты в ягодах черники разнится от центра тектонического узла к периферии (табл. 2). Так, в ягодах, отобранных из центра, ее содержание составляет 144,3 мг/100 г, в то время как в ягодах с периферии – 105,66 мг/100 г, то есть разница в 38,64 мг/100 г соответствует 37 % (при принятии периферии за 100 %). При этом среднее значение влажности плодов не имеет существенного территориального различия.
Еще в работе [15] отмечалось, что, помимо прочих условий, содержание аскорбиновой кислоты в растениях определяется химическим составом почвы. Недостаток азота обуславливает уменьшение аскорбиновой кислоты в растениях, а обогащение почвы калием, фосфором и марганцем приводит к ее увеличению.
Геохимические аномалии, возникающие в зоне тектонических разломов, могут вносить изменения в химический состав почв. Элементный состав почвы в центре и на периферии Холмогорского тектонического узла различается в процентном соотношении (рис. 2). Наибольшее отличие отмечается для содержания марганца в почве. Так, в центре узла его на 221 % больше, чем на периферии. Содержание калия в почвах центральной части узла на 17 % выше, а фосфора – на 5 % выше по сравнению с почвами периферии.
Возможно, именно изменением в химическом составе почв можно объяснить различие в содержании аскорбиновой кислоты в ягодах из центра и периферии тектонического узла. Кроме того, инструментально зафиксировано, что в центре узла выпадает меньшее количество жидких атмосферных осадков [10], их количество на 26–38 % ниже по сравнению с периферией [16]. Выпадение твердых атмосферных осадков (снега) на периферии узла происходит раньше (при большей глубине снежного покрова), а стаивание – позже [16]. Все это снижает сезонное промывание почв и, как следствие, вызывает концентрирование микроэлементов в плодах черники.
Рис. 2. Распределение микроэлементов в пределах Холмогорского тектонического узла, в процентах
Ранее были получены подобные данные для других тектонических узлов в пределах Архангельской области – Плесецкого (Кенозерского) [17] и Вельско-Устьянского [18]. Так, для Кенозерского тектонического узла установлено, что в центре содержание витамина С в ягодах черники составляет 55,99±2,00 мг/100 г, а на периферии – 35,30±5,13 мг/100 г, разница соответствует 62 % [13]. Нужно отметить, что Кенозерский тектонический узел находится южнее Холмогорского и территориально относится к средней подзоне тайги. То есть при продвижении на север концентрация аскорбиновой кислоты в ягодах увеличивается в 2–3 раза.
Заключение
Таким образом, показано, что тектонические узлы, как наиболее активные структурообразующие элементы геологической среды, оказывают влияние на биологическую компоненту окружающей среды. В частности, в пределах Холмогорского тектонического узла изменяется количественное содержание витамина С в ягодах черники. В ягодах из центра узла его содержание на 37 % больше, по сравнению с ягодами с периферии. Предварительно подобную закономерность можно объяснить различием в химическом составе почв в центре и на периферии узла. В почвах центра содержание калия, фосфора и магния – элементов, взаимосвязанных с накоплением витамина С в ягодах, – больше, чем в почвах на периферии. Подобная тенденция отмечается и для других тектонических узлов на территории Архангельской области.
Исследования проведены в рамках государственного задания № 122011300380-5 Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. Н.П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук.