DOI: https://doi.org/10.2478/eces-2026-0019
تاريخ النشر: 2026-09-01
المؤلف: К. Г. Ткаченко وآخرون
الموضوع الرئيسي: المعادن الثقيلة في النباتات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في Heracleum sosnowskyi Manden. (حشيشة السعال سوسنوسكي)، وهي نوع غازي في منطقة لينينغراد، باستخدام تحليل تنشيط النيوترون (NAA) لتقييم تركيز 32 عنصرًا في أجزاء مختلفة من النبات. تم تقديمها في أوائل القرن العشرين كنبات زينة وعلف، وقد انتشرت حشيشة السعال، مهددة صحة الإنسان والزراعة. تكشف الدراسة أن العديد من العناصر السامة موجودة بتركيزات أقل في النبات مقارنة بالتربة المحيطة، مما يشير إلى عدم وجود تراكم. ومن الجدير بالذكر أن تركيزات أعلى من اللانثانيدات (La، Ce، Sm) والأكتينيدات (Tb، Hf، Ta، Th) لوحظت مقارنة بالنباتات المرجعية.
تشير النتائج إلى أن حشيشة السعال سوسنوسكي يمكن أن تكون مصدرًا مستدامًا للمواد الخام عبر صناعات متعددة، بما في ذلك الزراعة والطب والبناء، مع تقديم إمكانيات لإزالة التلوث من التربة الملوثة. يوصي المؤلفون بمزيد من البحث حول مادة الجذر للنبات في مراحل موسمية مختلفة لتعزيز فهم تركيبها العنصري وتأثيرها البيئي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الأنواع الغازية Heracleum sosnowskyi Manden.، والمعروفة عمومًا باسم حشيشة السعال سوسنوسكي، وهي نبات عشبي كبير من عائلة Apiaceae. يمكن أن ينمو هذا النوع بين 2 إلى 5 أمتار ارتفاعًا وله جذر عميق، مع قدرة كبيرة على انتشار البذور. يحتوي عصير النبات على كوماتين نشط ضوئيًا يمكن أن يسبب حروقًا شديدة على الجلد عند التعرض للشمس، مما يساهم في تصنيفه كنوع غازي خطير. تسلط الورقة الضوء على أهمية المغذيات الكبرى (مثل النيتروجين، الفوسفور، البوتاسيوم) والمغذيات الدقيقة (مثل الحديد، المنغنيز، الزنك) لنمو النبات، مشيرة إلى أن النقص يمكن أن يؤثر سلبًا على غلة المحاصيل وجودتها.
تتفصل المقدمة أيضًا في السياق التاريخي لـ H. sosnowskyi، الذي تمت زراعته لأول مرة في الاتحاد السوفيتي في عام 1947 ولكنه أصبح بريًا وغازيًا بحلول أواخر القرن العشرين، خاصة في منطقة لينينغراد. يهدد الانتشار غير المنضبط لهذا النوع التنوع البيولوجي المحلي والأراضي الزراعية. تقترح الورقة استكشاف استخدام الكتلة الحيوية لـ H. sosnowskyi في قطاعات متنوعة، بما في ذلك الطب وإنتاج الغذاء والطاقة، نظرًا لتكوينها الكيميائي الغني. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تراكم العناصر، بما في ذلك المعادن الثقيلة والسامة، في أجزاء مختلفة من نباتات H. sosnowskyi في منطقة لينينغراد، مما يساهم في فهم تأثيرها البيئي وإمكاناتها التطبيقية.
طرق البحث
تم إجراء الدراسة في منطقة فيبورغ في منطقة لينينغراد، التي تتميز بوجود تربة بودزولية، والتي تكون منخفضة في الدبال وغنية بالسيليكون والألمنيوم. تظهر هذه التربة حموضة طبيعية عالية (pH 4.0-5.5) بسبب تسرب المغذيات والظروف المناخية، حيث تحتوي التربة البودزولية عادة على 1%-3% من المادة العضوية. تشمل التركيبة المعدنية كميات كبيرة من الكوارتز والفلسبار، إلى جانب الحجارة والشوائب الصخرية. تتأثر تنوع التربة في المنطقة بتضاريسها الوعرة وقربها من خليج فنلندا، مع أنواع مختلفة من التربة بما في ذلك تربة الخث والتربة الطينية.
لتحليل التجربة، تم جمع عينات في نهاية أغسطس من المناطق الرودالية التي تهيمن عليها الأنواع الغازية Heracleum sosnowskyi. تم تحليل خمس نباتات مختارة عشوائيًا، مع أخذ عينات مجمعة من جذورها (عمق 10-20 سم)، والسيقان (50 سم فوق التربة)، والأوراق (الجزء الأوسط من خمس أوراق وردية). تم تجفيف مادة النبات المجمعة مسبقًا، وتنظيفها بسكاكين بلاستيكية، وتجفيفها في الظل لتجنب تلوث المعادن. كما تم جمع ثمار كاملة للتحليل، وتم تخزين جميع العينات في أكياس ورقية في المختبر حتى مزيد من الفحص.
النتائج
تم الحصول على نتائج الدراسة حول التركيب العنصري لحشيشة السعال سوسنوسكي (Heracleum sosnowskyi) من خلال تحليل تنشيط النيوترون الآلي (INAA) وتم تلخيصها في الجدول 2. تشير النتائج إلى أن أعضاء النبات تعكس حالته الفسيولوجية، واحتياجاته الغذائية، ومستويات التلوث البيئي، مع عدم ملاحظة تراكم كبير للمعادن الثقيلة أو العناصر السامة. كانت تركيزات العناصر في ثمار النبات متسقة بين عامي 2019 و2020، مع اختلافات رئيسية في الكروم، والسترونتيوم، والباريوم، وعناصر الأرض النادرة. أظهر تحليل معامل النقل (TF) أن النبات يجمع البوتاسيوم (K)، والكالسيوم (Ca)، والكروم (Cr)، والزنك (Zn)، والسيلينيوم (Se)، والبروم (Br) من التربة، مع تركيزات ملحوظة من هذه العناصر في الجذور، التي تخدم كل من الامتصاص والتخزين.
تسلط الدراسة الضوء أيضًا على دور المغنيسيوم كعنصر رئيسي في الكلوروفيل وتناقش آثار مستويات الكلور في الأوراق على عملية التمثيل الضوئي ونقل الأيونات. تشير المقارنات مع البيانات المرجعية إلى وجود اختلافات كبيرة في تركيزات العناصر، خاصة لعناصر الأرض النادرة، مما يشير إلى أن موسم النمو قد يؤثر على هذه المستويات. تؤكد الأبحاث على إمكانيات حشيشة السعال سوسنوسكي في إزالة التلوث بسبب قدرتها على تراكم العناصر النادرة، على الرغم من أن طبيعتها الغازية تشكل تحديات للتطبيقات العملية. بالإضافة إلى ذلك، تكشف تحليل الارتباط عن علاقات قوية بين العناصر الأساسية، وخاصة البوتاسيوم والكالسيوم، مما قد يعزز امتصاص المغذيات والتراكم الحيوي من التربة الملوثة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام تحليل تنشيط النيوترون الآلي (INAA) لأول مرة للتحقيق في التركيب العنصري لحشيشة السعال سوسنوسكي، وهي نوع غازي في منطقة لينينغراد. شملت إعداد العينة تجفيف وتجانس مادة النبات، تليها بروتوكولات إشعاع دقيقة لتحليل النظائر قصيرة العمر وطويلة العمر. أشارت النتائج إلى أن تركيز العناصر في النبات يختلف بشكل كبير، حيث كان البوتاسيوم (K) هو الأكثر وفرة، يليه الكالسيوم (Ca)، والكلور (Cl)، والمغنيسيوم (Mg). ومن الجدير بالذكر أن العديد من العناصر السامة وُجدت بتركيزات أقل في النبات مقارنة بالتربة المحيطة، مما يشير إلى أن النبات لا يجمع هذه المواد الضارة.
كما كشفت النتائج عن مستويات مرتفعة من بعض العناصر، مثل اللانثانوم (La)، واليورانيوم (Ce)، والسماز (Sm)، مقارنة بالنباتات المرجعية. تم إنشاء ارتباط بين العناصر الأساسية واللانثانيدات والأكتينيدات الموجودة في حشيشة السعال. يتم تسليط الضوء على إمكانية حصاد هذا النبات كمصدر للمواد الخام، حيث يمكن أن يخفف من انتشاره ويقلل من الآثار البيئية. علاوة على ذلك، فإن مجموعة المواد المتنوعة في حشيشة السعال سوسنوسكي تقدم فرصًا للتطبيقات عبر صناعات مختلفة، بما في ذلك الزراعة والطب وإزالة التلوث البيئي. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف مادة الجذر للنبات في مراحل موسمية مختلفة للحصول على مزيد من الرؤى حول دينامياته العنصرية.
DOI: https://doi.org/10.2478/eces-2026-0019
Publication Date: 2026-09-01
Author(s): К. Г. Ткаченко et al.
Primary Topic: Heavy Metals in Plants
Overview
The research investigates Heracleum sosnowskyi Manden. (Sosnowsky’s hogweed), an invasive species in the Leningrad Region, utilizing neutron activation analysis (NAA) to assess the concentration of 32 elements in various plant parts. Introduced in the early 20th century as an ornamental and forage plant, hogweed has proliferated, threatening human health and agriculture. The study reveals that many toxic elements are present in lower concentrations in the plant than in the surrounding soil, indicating a lack of accumulation. Notably, higher concentrations of lanthanides (La, Ce, Sm) and actinides (Tb, Hf, Ta, Th) were observed compared to reference plants.
The findings suggest that Sosnowsky’s hogweed could serve as a sustainable source of raw materials across multiple industries, including agriculture, medicine, and construction, while also offering potential for phytoremediation of contaminated soils. The authors recommend further research on the root material of the plant at different seasonal stages to enhance understanding of its elemental composition and ecological impact.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the invasive species Heracleum sosnowskyi Manden., commonly known as Sosnowsky’s hogweed, which is a large herbaceous plant from the Apiaceae family. This species can grow between 2 to 5 meters tall and has a deep taproot, with a significant capacity for seed dispersal. The plant’s sap contains photodynamically active coumarins that can cause severe skin burns upon sun exposure, contributing to its classification as a dangerous invasive species. The paper highlights the importance of macronutrients (e.g., nitrogen, phosphorus, potassium) and micronutrients (e.g., iron, manganese, zinc) for plant growth, noting that deficiencies can adversely affect crop yields and quality.
The introduction further details the historical context of H. sosnowskyi, which was first cultivated in the USSR in 1947 but became feral and invasive by the late 20th century, particularly in the Leningrad region. The uncontrolled spread of this species threatens local biodiversity and agricultural lands. The paper proposes exploring the utilization of H. sosnowskyi biomass in various sectors, including medicine, food production, and energy, due to its rich chemical composition. The study aims to investigate the accumulation of elements, including heavy and toxic metals, in different parts of H. sosnowskyi plants in the Leningrad Region, contributing to the understanding of its ecological impact and potential applications.
Methods
The study was conducted in the Vyborg district of the Leningrad Region, characterized by a predominance of podzolic soils, which are low in humus and rich in silicon and aluminum. These soils exhibit high natural acidity (pH 4.0-5.5) due to nutrient leaching and climatic conditions, with sod-podzolic soils typically containing 1%-3% organic matter. The mineral composition includes significant amounts of quartz and feldspar, alongside boulders and rock inclusions. The region’s soil diversity is influenced by its rugged topography and proximity to the Gulf of Finland, with various soil types including peat-bog and alluvial soils.
For the experimental analysis, samples were collected at the end of August from ruderal zones dominated by the invasive species Heracleum sosnowskyi. Five randomly selected plants were analyzed, with pooled samples taken from their taproots (10-20 cm depth), stems (50 cm above soil), and leaves (middle section of five rosette leaves). The collected plant material was pre-dried, cleaned with plastic knives, and dried in the shade to avoid metal contamination. Whole fruits were also collected for analysis, and all samples were stored in paper bags in the laboratory until further examination.
Results
The results of the study on the elemental composition of Sosnowsky’s hogweed (Heracleum sosnowskyi) were obtained through Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) and are summarized in Table 2. The findings indicate that the plant’s organs reflect its physiological state, nutrient needs, and environmental pollution levels, with no significant accumulation of heavy metals or toxic elements observed. The concentrations of elements in the fruits of the plant were consistent between the years 2019 and 2020, with variations primarily in chromium, strontium, barium, and rare earth elements. The Transfer Factor (TF) analysis revealed that the plant accumulates potassium (K), calcium (Ca), chromium (Cr), zinc (Zn), selenium (Se), and bromine (Br) from the soil, with notable concentrations of these elements in the roots, which serve both for absorption and storage.
The study also highlights the role of magnesium as a key component of chlorophyll and discusses the implications of chlorine levels in leaves for photosynthesis and ion transport. Comparisons with reference data indicate significant discrepancies in elemental concentrations, particularly for rare earth elements, suggesting that the growing season may influence these levels. The research underscores the potential of Sosnowsky’s hogweed for phytoremediation due to its ability to accumulate trace elements, including rare earths, although its invasive nature poses challenges for practical applications. Additionally, the correlation analysis reveals strong relationships among essential elements, particularly potassium and calcium, which may enhance nutrient uptake and bioaccumulation from contaminated soils.
Discussion
In this study, instrumental neutron activation analysis (INAA) was employed for the first time to investigate the elemental composition of Sosnowsky hogweed, an invasive plant species in the Leningrad Region. The sample preparation involved drying and homogenizing the plant material, followed by precise irradiation protocols to analyze both short-lived and long-lived isotopes. The results indicated that the concentration of elements in the plant varied significantly, with potassium (K) being the most abundant, followed by calcium (Ca), chlorine (Cl), and magnesium (Mg). Notably, many toxic elements were found in lower concentrations in the plant compared to the surrounding soil, suggesting that the plant does not accumulate these harmful substances.
The findings also revealed elevated levels of certain elements, such as lanthanum (La), cerium (Ce), and samarium (Sm), compared to reference plants. A correlation was established between essential elements and the lanthanides and actinides present in the hogweed. The potential for harvesting this plant as a raw material source is highlighted, as it could mitigate its spread and reduce environmental impacts. Furthermore, the diverse range of substances in Sosnowsky hogweed presents opportunities for applications across various industries, including agriculture, medicine, and environmental remediation. Future research is recommended to explore the root material of the plant at different seasonal stages to gain further insights into its elemental dynamics.