Фиторемедиационная способность культурных и декоративных растений при комплексном загрязнении почв тяжёлыми металлами Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

АГРОЭКОЛОГИЯ

ФИТОРЕМЕДИАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ КУЛЬТУРНЫХ И ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ

ПОЧВ ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Р.Ф. Байбеков, чл.-корр. РАСХН, ВНИИА, Н.Ф. Ганжара, д.б.н., М.В. Злобина, РГАУ-МСХА

В вегетационных опытах проведено испытание фиторе-медиационной способности алиссума горного (Alyssum montanum), календулы лекарственной (Calendula officinalis L), сорго сахарного (Sorghum saccuratum Jakuschev.) и сурепицы яровой (Brassica campestris) при комплексном загрязнении почв кадмием, цинком, свинцом и никелем.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, фиторемедианты, суммарный показатель загрязнения (СПЗ), гиппераккумуля-торы.

В настоящее время в индустриально развитых странах активно развиваются технологии ремедиации почв, загрязненных неорганическими и органическими контаминантами, в основе которых лежит способность специально подобранных видов высших растений поглощать и аккумулировать в своей биомассе тяжелые металлы (ТМ) в количестве, значительно превышающем их содержание в среде произрастания [1-8].

Впоследствии загрязненная биомасса удаляется и утилизируется. В настоящее время в мире идентифицировано около 400 видов гипераккумуляторов различных металлов из 22 семейств, использование которых в качестве растений - фи-торемедиантов вызывает у исследователей большой интерес.

Объекты и методы исследований. Для закладки вегетационных опытов была использована дерново-подзолистая среднесуглинистая почва, отобранная на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Почва характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса 1,9%; S = 15,5 ммоль/100 г почвы; Нг = 0,63 ммоль/100 г почвы; рНКС1 = 6,1; подвижный Р2О5 = 142 мг/кг; подвижный К2О = 116 мг/кг; плотность 1,3г/см3. Содержание (фоновое) ТМ в почве в валовой форме (мг/кг): Zn - 41,31; Pb - 13,26; Ni -15,03; Cd - 0,42; в ацетатно-аммонийной вытяжке (мг/кг): Zn - 7,45; Pb - 8,25; Ni - 1,57; Cd - 0,12.

Схема опыта: 1) контроль; 2) Cd1Pb100Ni2oZn2oo (низкий уровень загрязнения, суммарный показатель загрязнения -СПЗ 9); 3) Cd3Pb250Ni40Zn400 (средний уровень загрязнения, СПЗ 27). 4) Cd6Pb400Ni60Zn600 (высокий уровень загрязнения, СПЗ 47). Опыт закладывали в пластмассовых сосудах в 4-кратной повторности. Использовали сернокислые соли кадмия, никеля, цинка и уксуснокислый свинец (так как сульфат свинца не растворяется в воде). Проводили испытание следующих культур: алиссум горный (Alyssum montanum) - известный гипераккумулятор ТМ, календула лекарственная (Calendula officinalis L.), сорго сахарное (Sorghum saccuratum Jakuschev.) и сурепица яровая (Brassica campestris).

Результаты и их обсуждение. На рисунке представлены данные по накоплению биомассы изучаемых растений в зависимости от уровня загрязнения почвы ТМ. Растения различаются по степени толерантности к повышенному содержанию четырех ТМ в почве. Показатель накопления биомассы является одним из наиболее важных характеристик растений -потенциальных фиторемедиантов. При анализе массы надземной и подземной частей алиссума выявлено стимулирующее действие ТМ при низком и среднем уровне, при высоком уровне - наблюдалось угнетение роста растений.

Наблюдалось угнетающее влияние на рост надземной части календулы при всех уровнях загрязнения, однако при низком и среднем уровнях отмечалось увеличение массы подземной части.

В вариантах с растениями сорго наблюдалось увеличение массы как надземной, так и подземной частей при всех уровнях загрязнения. При анализе массы надземной и подземной

частей сурепицы выявлено стимулирующее действие ТМ при среднем и высоком уровне загрязнения, при низком, напротив, наблюдалось угнетение роста растений.

В

- надземная масса Щ - подземная масса

Рис. Сухая надземная масса и подземная алиссума (А), календулы (Б), сорго (В) и сурепицы (Г), г/сосуд, по вариантам опыта

С повышением содержания металлов в почве их содержание в растениях возрастало. Наибольшее содержание кадмия в корнях наблюдалось у сорго- 5,77 мг/кг, в надземной части - у алиссума 6,03мг/кг. При этом содержание кадмия в надземной части алиссума оказалось в 1,5 раза выше, чем в корнях. Эти данные подтверждают литературные материалы, что алиссум является гиперакку-мулятором для кадмия.

42

Плодородие №5*2010

Наибольшее содержание цинка в корнях отмечено у сорго-138,9 мг/кг, в надземной части - у алиссума 104,23 мг/кг. При этом содержание цинка в корнях сорго оказалось почти в 1,5 раза выше, чем в надземной части. На основании этих данных можно сделать вывод, что среди изученных растений сорго и алиссум можно использовать для фиторемедиации почв, загрязненных цинком.

Наибольшее содержание никеля в корнях наблюдалось у сурепицы - 74,4 мг/кг, в надземной части у алиссума - 25,2 мг/кг. При этом содержание никеля в корнях сурепицы оказалось примерно в 7 раз выше, чем в надземной части. На основании этих данных можно сделать вывод, что сурепицу и алиссум можно использовать в качестве фиторемедиантов на почвах, загрязненных никелем.

При увеличении уровня загрязнения почвы ТМ содержание свинца в корнях и надземных частях растений последовательно возрастало. Исключение составляет алиссум, у которого снижалось содержание свинца в вар. 4, как в надземной части так и в корнях.

Алиссум также показал наибольшие значения по накоплению свинца в надземной части - 22,16 мг/кг. В корнях наибольшее накопление свинца у сорго - 54,92 мг/кг, в 10 раз больше, чем в надземной части. Исходя из этого, делаем вывод, что сорго и алиссум можно использовать для фиторемедиации почв, загрязненных свинцом. Наиболее высокие коэффициенты биологического поглощения (отношение содержания элемента в золе растений к общему содержанию в почве) наблюдали в контрольных вариантах (вар. 1): для кадмия -3,8 в вар.1 с сорго; для никеля - 1,5 в вар. 2: для свинца - 0,9 в вар. 1 с алиссумом; для цинка - 1,1 в вар. 1 с календулой.

Транслокационные коэффициенты (отношение содержания металлов в надземной части к содержанию в корнях) наиболее высокими были для кадмия - 1,5 в вар. 3 со средним уровнем загрязнения с алиссумом и сурепицей; для никеля - 4,7 в вар. 1 с сорго; для свинца - 0,9 в вар. 1и вар. 2 с низким уровнем загрязнения с алиссумом; для цинка - 2,4 в вар. 1 с алиссумом.

Таким образом, данные по содержанию четырех тяжелых металлов в ряде растений (календула, сорго, сурепица) свидетельствуют, что ни одно из них не является гипераккумулятором в отношении изученных металлов. Однако некоторые из экспериментальных растений в отношении определенного металла (или нескольких металлов) показали выраженную способность к накоплению и способность к их транслокации из корней в надземные органы. Гипераккумулятор - алиссум можно рекомендовать для фиторемедиации почвогрунтов цветочных клумб, загрязнённых тяжёлыми металлами.

Литература

1. Агроэкологическая характеристика пахотных почв Российской Федерации по содержанию тяжелых металлов, мышьяка и фтора / Максимов П.Г., Васильева Н.М., Кузнецов А.В. (под ред. П.Г.Максимова). М.: Агроколсалт, 2002.-50 с. 2. Андреева И.В. Особенности накопления и распределения никеля в некоторых сельскохозяйственных культурах: Автореф. дис. .. канд. биол. наук: 07.09.01.-М.:, 2003. - 60 с. 3. Буравцев ВН., Головатый В.Г., Котова Е.А., Го-ловатая Н.Н., Ильинский А.В. Подбор растений для фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Международная научная конференция (Костяковские чтения). Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации. - Москва, 2005. С. 282 - 286. 4. Буравцев ВН., Крылова Н.П. Современные технологические схемы фиторемедиации загрязненных почв // Сельскохозяйственная биология. Серия Биология растений. - 2005. - №5. - С. 67 - 75. 5. Васильцова А.В., Шведова Л.В., Куприяновская А.П., Невский А.В. Тяжелые металлы в компонентах экосистем // Вузовская наука - региону: Тезисы IV Всеросс. научно-техн. конф. - Вологда, 2006. - С. 395-397. 6. Галиулин Р.В. Фиторемедиация почв и промышленных сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами // Экологические системы и приборы.- 2004.- №2.- C. 24-31. 7. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф. и др., Экологические требования к почвам и грунтам г. Москвы (Методическое пособие).- М.: Агроконсалт, 2005.- 32 с. 8.Кудряшов В.И. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими растениями: Автореф. дис. ... канд. биол. наук: 02.08.04. -Л.: Саранск, 2003.-50 с.

PHYTOREMEDIATION CAPACITY OF CULTURAL AND ORNAMENTAL PLANTS UNDER THE INTEGRATED CONTAMINATION OF SOILS WITH HEAVY METALS

R.F. Baibekov1, N.F. Ganzhara2, M. V. Zlobina2 1Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul. Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia, [email protected] 2Russian State Agricultural University - Moscow Agricultural Academy, Russian Academy of Sciences,

ul. Timiryazeva 49, Moscow, 127550 Russia

Phytoremediation capacities of mountain gold (Alyssum montanum), pot marigold (Calendula officinalis), sweet sorghum (Sorghum saccuratum Jakuschev.), and field mustard (Brassica campestris) were studied in pot experiments under the integrated contamination of soils with cadmium, zinc, lead, and nickel.

Key words: heavy metals, phytoremediants, total pollution index (TPI), hyperaccumulants.

Плодородие №5^2010

43