CC BY
0
УДК 50.504.03/504.064.2.001.18
DOI: 10.24412/1728-323X-2024-3-32-35
ФИТОРЕМЕДИАТОРЫ НАРУШЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОРЕНБУРЖЬЯ
Т. Н. Васильева, кандидат биологических наук, ученый секретарь, Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, vtn1972@mail.ru, г. Оренбург, Россия
Аннотация. Интенсификация многих отраслей промышленности привела к антропогенному загрязнению и накоплению поллютантов в почве. Изучение почв и растений проводили в окрестностях с. Нежинка Оренбургского района Оренбургской области. Растения, почву исследовали на наличие подвижных форм тяжелых металлов атомно-абсорбционным спектрофотометром. Анализируемые связи отражают фитоак-кумуляционные процессы, для верхних горизонтов почв и представляют собой ряд: Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd. При оценке нескольких видов растений аккумулирующими способностями обладают (в порядке убывания): Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L., Taraxacum officinale Wigg. Накопление Pb, Cd происходит: Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L., Taraxacum officinale Wigg, Plantago media L., Chelidonium majus L.
Abstract. The intensification of many industries has led to the anthropogenic pollution and accumulation of pollutants in the soil. The study of soils and plants was carried out in the vicinity of the village of Nezhinka, the Orenburg District, the Orenburg Region. The plants and soil were examined for the presence of mobile forms of heavy metals applying an atomic absorption spectrophotometer. The analyzed connections reflect phytoaccumulation processes for the upper soil horizons and represent the series of Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd. When assessing several plant species, the following had accumulating abilities (in descending order): Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L., Taraxacum officinale Wigg. The accumulation of Pb, Cd took place in: Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L., Taraxacum officinale Wigg, Plantago media L., Chelidonium majus L.
Ключевые слова: фиторемедиаторы, подвижные формы элементов, тяжелые металлы.
Keywords: phytoremediators, mobile forms of elements, heavy metals.
Введение. В настоящее время антропогенная деятельность человека характеризуется определенным ростом экономической деятельности, приводящей к неожиданным результатам: деградации почв, загрязнению атмосферы и водоемов [1, 2]. Степная зона Южного Урала является регионом с интенсивным развитием промышленности и транспорта [3—5]. Зарубежные ученые используют различные способы — группа технологий очистки окружающей среды и восстановления почв растениями от токсичных металлов и агротехнических приемов [5, 6]. Для Оренбуржья актуально развитие ремедиационных технологий и подбор растений-гипераккумуляторов тяжелых металлов. Цель исследований: подбор растений-ремедиаторов из числа представителей флоры пашен и неудобий.
Материал и методы. В работе использованы результаты исследований почв четырех реперных участков, заложенных в окрестностях с. Нежинка Оренбургского района Оренбургской области. Для исследования на тяжелые металлы отбирали следующие виды растений: Achillea millefolium L., Arctium lappa L., Artemisia absinthium L., Artemisia vulgaris L., Cichorium intybus L., Тaraxacum officinale Wigg., Plantago media L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Polygonum aviculare L. На этих же участках производили отбор почвенных образцов. Как в почвен-
ных, так и в растительных образцах определяли концентрации восьми тяжелых металлов (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb и Zn) атомно-абсорбционным методом.
Результаты. Гипераккумуляция — способность некоторых видов растений накапливать токсичные элементы из загрязненной почвы в относительно высоких концентрациях [8]. В результате исследований отметили, что концентрации Cr и Zn превышали ПДК у всех видов растений. Наблюдалось превышение Zn, Cr, Cd у Polygonum aviculare L. В наземных частях растений Cichorium intybus L., Plantago media L., Тara-xacum officinale Wigg. отмечено очень частое превышение Zn, Cr, Cd, Pb, Ni относительно ПДК. У Elytrigia repens (L.) Nevski периодически превышение ПДК отмечали тяжелых металлов: Co, Cr, Ni, Zn, Pb, у Arctium lappa L. — Co, Cr, Pb, Cd, у Artemisia absinthium L., у Artemisia vulgaris L. — Cr, Ni, Zn, Pb, Cd, Achillea millefolium L. — Co, Cr, Zn, Pb.
Почвенные образцы исследовали на наличие тяжелых металлов. В результате выявили, что независимо от участка наблюдали рост концентрации Cd, Pb в почве. Тяжелые металлы формируют ряд: Cu > Cd > Pb > Co > Ni > Zn > Mn. В исследуемых почвах не выявили превалирование какого-либо тяжелого металла. Единичные
случаи обнаружения поллютанта (превышающих ПДК), в районах исследования сопряжено с хозяйственным использованием земель. Для оценки эффективности всасывания микроэлементов растениями мы использовали коэффициент биологического поглощения (КБП). А. И. Перельман [9] выдел элементы, которые способны накапливаться в растениях. В результате анализа исследований почв и растений наибольшие значения усредненных данных КБП отмечали = 3,99, РЬ = 2,85, Си = 2,69, Сг = 2,23, N1 = 2,12 (табл. 1). На реперном участке № 1 значения КБП значительно превышали следующие параметры: Сг = 2,28; Со = 1,83; Си = 1,73; N1 = 1,45; Сё = 1,35 (табл. 1). Исследования концентраций поллютантов почв и растений репного участка № 2 выявили, КБП РЬ = 8,4; Си = 5,89 2п = 3,05, Сг = 3,02; N1 = 2,08 (см. табл. 1). КБП наземных частей растений исследуемого участка № 3 было повышено по следующим параметрам: = 9,37; Со = 4,31; N1 = 2,86; Сг = 2,11; РЬ = 1,78 (см. табл. 1). КБП вегетативных частей растений ре-перного участка № 4 увеличен по следующим параметрам: = 2,14; Си = 1,85; Сг = 1,51.
Математическая выборка значений КБП исследуемых растений реперных участков в большинстве случаев однородны, на это указывает ошибка среднего арифметического. Однако наблюдались единичные аномальные выбросы значений поллютантов: РЬ, (табл. 1).
Анализ усредненных данных наземных частей растений по видам и по исследуемым участкам показан в таблице 2. Elytrígia repens (Ь.) обладает наилучшими аккумулятивными свойствами, так как депонирует РЬ (КБП = 7,63); Си (КБП = 7,51); Сё (КБП = 3,36); Мп (КБП = 2,14); N1 (КБП = 2,12); Со (КБП = 1,02); 2п (КБП = = 1,24). К гипераккумуляторам относят AcЫllea millefдlium Ь. аккумулирует: (КБП = 10,21); РЬ
(КБП = 4,83); Cu (КБП = 3,71); Ni ( КБП = 2,16); Mn (КБП = 2,15); Cd (КБП = 1,33); Со (КБП = 1,11) (см. табл. 2). Taracsacum officinalis Wigg. накапливает Zn (КБП = 5,11); Cu (КБП = 4,94); Pb (КБП = 2,13); Cr (КБП = 1,58); Mn (КБП = 1,42). Pb и Cd — это основные токсические металлы. Анализ усредненных данных взаимосвязи поверхностных слоев почвы и растений (табл. 2) показал, что наилучшими аккумулирующими свойствами Pb и Cd обладают растения: Elytrigia répens (L.) Nevski аккумулирует Pb (КБП = 7,63) и Cd (КБП = 3,36); Achillea millefolium L. накапливает Pb (КБП = 4,83) и Cd (КБП = 1,33); Taracsacum officinalis Wigg. Pb (КБП = 2,13) и Cd (КБП = 4,13); Plantâgo média L. Pb (КБП = 3,09) и Cd (КБП = 2,22); Chelidonium mâjus L. Pb (КБП = 3,99).
Обсуждение. Главным источником микроэлементов в растениях являются почвы [9]. В районе исследования в почвах не выявили доминирования какого-либо тяжелого металла. Аналогичные исследования почв агроценозов на содержание тяжелых металлов Увельского района Челябинской области [10] установили допустимый уровень загрязнения Zn, Cu, Ni. Полученные данные концентрации исследуемых поллютантов в почвенных и растительных образцах исследуемых участков характеризовались выраженной вариативностью. Подтверждаются и воспроизводятся ряды биологического поглощения А. И. Пе-рельмана. Анализируемые связи для верхних горизонтов почв представляют собой ряд: Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd. При анализе восьми видов растений способностью к накоплению обладают: Elytrigia repens (L.) Nevski, Achillea millefolium L., Taraxacum officinale Wigg. Концентрации Pb, Cd в почве и растениях лучше всего выражаются для биоремедиаторов: Elytrigia répens (L.) Nevski,
Таблица 1
Обобщенные параметры коэффициента биологического поглощения вегетативных частей растений и почв Оренбургского района Оренбургской области
№
Элементы
Pb Cd Co Mn Cu Zn Ni Сг
1 0,71 1,35 1,83 0,54 1,73 1,43 1,45 2,28
2 8,4 1,22 1,56 0,39 5,89 3,05 2,08 3,02
3 1,78 0,66 4,31 0,61 1,3 9,37 2,86 2,11
4 0,54 1,09 0,71 0,83 1,85 2,14 0,86 1,51
(5) 3,73 0,29 1,54 0,18 2,14 3,64 0,85 0,62
M ± m 2,85 ± 1,89 1,1 ± 0,14 2,1 ± 0,77 0,59 ± 0,1 2,69 ± 1,07 4 ± 1,82 1,8 ± 0,4 2,23 ± 0,3
Прим е ч ания: (5) — стандартное отклонение; M ± m — средняя арифметическая величина.
Таблица 2
Значения коэффициента биологического поглощения вегетативных частей растений (мг/кг) восьми видов растений по реперным участкам Оренбургского района Оренбургской области
Показатели Вид растения Pb Cd Co Mn Cu Zn Ni Cr
(5) M ± m Elytrigia répens 7,91 7,63 ± 3,9 2,57 3,36 ± 1,5 0,56 1,02 ± 0,3 2,03 2,14 ± 1,0 8,92 7,51 ± 4,3 0,59 1,24 ± 0,3 0,96 2,12 ± 0,5 1,38 1,66 ± 0,7
(5) M ± m Arctium lappa L. 0,83 1,61 ± 0,4 0,24 0,81 ± 0,1 0,69 1,04 ± 0,4 1,98 1,55 ± 1,0 5,74 7,63 ± 3,31 0,46 1,21 ± 0,2 0,48 1,52 ± 0,2 2,02 3,14 ± 1,0
(5) M ± m Chelidonium màjus 4,44 3,99 ± 3,2 0,34 0,33 ± 0,1 0,18 0,63 ± 0,1 0,14 0,38 ± 0,1 3,08 3,03 ± 2,18 0,38 0,93 ± 0,3 0,33 1,51 ± 0,2 1,28 3,09 ± 0,9
(5) M ± m Cichorium intybus 0,25 0,31 ± 0,2 0,91 0,91 ± 0,6 0,65 0,73 ± 0,3 1,31 1,02 ± 0,6 2,04 2,60 ± 1,02 1,4 0,85 ± 0,7 0,79 1,73 ± 0,4 1,49 1,73 ± 0,7
(5) M ± m Polygonum aviculare 0,09 0,01 ± 0,1 0,49 0,96 ± 0,3 0,62 0,96 ± 0,4 1,86 1,54 ± 0,9 1,76 2,25 ± 0,88 0,77 1,71 ± 0,4 0,55 0,91 ± 0,3 0,56 0,94 ± 0,3
(5) M ± m Taracsacum officinalis 3,98 2,13 ± 1,99 5,98 4,13 ± 3,5 0,33 0,79 ± 0,2 2,15 1,42 ± 1,1 5,99 4,94 ± 2,99 4,82 5,11 ± 2,4 0,85 1,07 ± 0,4 0,85 1,58 ± 0,4
(5) M ± m Achilléa millefolium 7,97 4,83 ± 4,6 1,72 1,33 ± 0,4 1,03 1,11 ± 0,6 2,95 2,15 ± 1,7 2,23 3,71 ± 1,29 7,95 10,21 ± 4,6 1,2 2,16 ± 0,7 0,83 1,67 ± 0,5
(5) M ± m Plantàgo média 4,34 3,09 ± 2,17 0,75 2,22 ± 0,4 1 1,05 ± 0,5 0,78 0,81 ± 39 1,77 4,08 ± 0,88 0,84 1,38 ± 0,42 0,85 1,6 ± 0,42 0,97 2,09 ± 0,5
Прим е ч ания: (5) — стандартное отклонение; M ± m — средняя арифметическая.
Achilléa millefolium L., Taracsacum officinalis Wigg, лю концентрации микроэлемента, аккумулируе-
Plantàgo média L., Chelidonium màjus L. мого растениями за один вегетационный период.
Заключение. Соотнесение КБП для Pb, Cd в Авторы рекомендуют использовать результаты
почве и растениях выражены для таких потенци- исследований при анализе межвидовых различий
альных ремедиаторов, как Elytrigia répens, Achilléa в эффективности биоаккумуляции металлов рас-
millefolium, Taracsacum officinalis, Plantàgo média, тениями. Chelidonium màjus. Анализ взаимосвязи поллю-
тантов почв и растений может быть полезным Благодарности. Исследования проведены в сопри предварительной оценке эффективности фи- ответствии с государственным заданием НИР торемедиации почв, поскольку указывает на до- ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН: FNWZ-2022-0015.
Библиографический список
1. Доронина М. В. Естественно-научная картина мира и воздействие человека на природу // Астраханский вестник экологического образования. — 2024. — № 1 (79). — С. 114—117.
2. Bielecka A., Krôlak E. The accumulation of Mn and Cu in the morphological parts of Solidago canadensis under different soil conditions. Peer J Hubs, 2019. Vol. 7, P. 8175. doi: 10.7717/peerj.8175
3. Dinh T., Dobo Z., Kovacs H. Phytomining of noble metals. Areview Chemosphere. 2022. 2022286. 10.1016/j.chemos-phere.2021.131805.
4. Osman N. A., Ujang F. A., Roslan A. M., Ibrahim M. F. The effect of Palm Oil Mill Effluent Final Discharge on the Characteristics of Pennisetum purpureum. Scitntific Reports, 2019. Vol. 10. № 1, P. 36942—36951. doi: 10.1038/s41598-020-62815-0/
5. Zgorelec Z., Bilandzija N., Knez K., Galic M., Zuzul S. Cadmium and Mercury phytostabilization from soil using Mis-canthus x giganteus. Scientific Reports. Nature recherché, 2020. Vol. 10. № 1, P. 6685. doi: 10.1038/s41598-020-63488-5.
6. Yan Y. Wang S. N., Tan M. L. Mohd Yusof S., Ghosh Z. Chen Phytoremediation: a promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land. Front plant science. 2020. Vol. 11, P. 359. 10.3389/fpls.2020.00359.
7. Свергузова С. В., Хунади Л., Воронина Ю. С. Тяжелые металлы в окружающей среде и их трансформация // Chemical Bulletin. 2019. Т. 2. С. 9—14.
8. Перельман А. И. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1989. — 527 с.
9. Коханистая Н. В., Шишкина Д. Ю., Закруткин В. Е. Биогеохимическая характеристика агроландшафтов Ростовской
области // Успехи современного естествознания. — 2022. — № 11. — С. 53—60. 10. Гуменюк О. А., Авдеев А. М., Гуменюк И. С. Оценка эколого-геохимического состояния сельскохозяйственных почв Увельского района Челябинской области // Материалы научно-практических конференций. — Керчь. — 2024. — С. 560—563.
PHYTOREMEDIATORS OF DISTURBED ECOSYSTEMS OF THE CENTRAL ORENBURG REGION
T. N. Vasilyeva, Ph. D. (Biology), Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences E-mail: vtn1972@mail.ru, Orenburg, Russia
References
1. Doronina M. V. Yestestvennonauchnaya kartina mira i vozdeystviye cheloveka na prirodu [Natural-scientific worldview and human impact on nature]. Astrakhan Bulletin of Environmental Education, 2024. No. 1 (79). P. 114—117 [in Russian].
2. Bielecka A., Krôlak E. The accumulation of Mn and Cu in the morphological parts of Solidago canadensis under different soil conditions. Peer J Hubs, 2019. Vol. 7. P. 8175. doi: 10.7717/peerj.8175
3. Dinh T., Dobo Z., Kovacs H. Phytomining of noble metals. A review of Chemosphere. 2022. 2022286. 10.1016/j.chemos-phere.2021.131805.
4. Osman N. A., Ujang F. A., Roslan A. M., Ibrahim M. F. The effect of Palm Oil Mill Effluent Final Discharge on the Characteristics of Pennisetum purpureum. Scientific Reports, 2019. Vol. 10. No. 1, P. 36942—36951. doi: 10.1038/s41598-020-62815-0/
5. Zgorelec Z., Bilandzija N., Knez K., Galic M., Zuzul S. Cadmium and Mercury phytostabilization from soil using Mis-canthus x giganteus. Scientific Reports. Nature recherché, 2020. Vol. 10. No. 1. P. 6685. doi: 10.1038/s41598-020-63488-5.
6. Yan Y., Wang S. N., Tan M. L., Mohd Yusof S., Ghosh Z. Chen Phytoremediation: a promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land. Front plant science. 2020. Vol. 11. P. 359. 10.3389/fpls.2020.00359.
7. Sverguzova S. V., Khunadi L., Voronina Yu. S. Tyazhelyye metally v okruzhayushchey srede i ikh transformatsiya [Heavy metals in the environment and their transformation]. Chemical Bulletin. 2019. Vol. 2. No. 2. P. 9—14 [in Russian].
8. Perelman A. I. Geochemistry. Moscow, Higher School. 1989. 527 p. [in Russian].
9. Kokhanistaya N. V., Shishkina D. Yu., Zakrutkin V. E. Biogeokhimicheskaya kharakteristika agrolandshaftov Rostovskoy ob-lasti [Biogeochemical characteristics of agricultural landscapes of the Rostov Region]. Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya. 2022. No. 11. P. 53—60 [in Russian].
10. Gumenyuk O. A., Avdeev A. M., Gumenyuk I. S. Otsenka ekologo-geokhimicheskogo sostoyaniya sel'skokhozyaystvennykh pochv Uvel'skogo rayona Chelyabinskoy oblasti [Assessment of the ecological and geochemical state of agricultural soils in the Uvelsky District of the Chelyabinsk Region]. Materialy nauchno-prakticheskikh konferentsiy. Kerch'—2024. P. 560—563 [in Russian].
