CC BY
63
УДК 574.24
ФИТОРЕМЕДИАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ МАСЛИЧНОЙ РЕДЬКИ ПО ОТНОШЕНИЮ К НИТРАТНОМУ АЗОТУ
© 2017 Н. П. Неведров1, Е. П. Проценко2, Г. И. Будакова3, Е. В. Иванова4, О. А. Большакова5
1канд. биол. наук, ассистент кафедры общей биологии и экологии
e-mail: 9202635354@mail.ru 2докт. с.-х. наук, профессор кафедры общей биологии и экологии e-mail: protselena@yandex.ru 3студентка естественно-географического факультета e-mail: budakovag@mail.ru 4аспирант кафедры почвоведения, общего земледелия и растениеводства Курской государственной сельскохозяйственной академии e-mail: ekaterina-ivanoval990@mail.ru 5аспирант кафедры общей биологии и экологии
Курский государственный университет
В статье сообщается о транслокации нитрат-ионов в органы растений редьки масличной (Rafhanus sativus oliveira) при модельном загрязнении почв агробиоценоза. Приводятся данные по аккумуляции нитрат-ионов в органах редьки масличной. Отмечена зависимость между загрязнением почвы высокими дозами нитратного азота (3, 6, 9 ПДК) и продукцией надземной биомассы. Установлено, что редька масличная является гипераккумулятором нитратов на загрязненных почвах с содержанием нитратов в почвах в диапазоне от 80 до 1300 мг/кг.
Ключевые слова: нитраты, серые лесные почвы, редька масличная, агроценоз, модельное загрязнение.
Нитратное загрязнение почв сельхозугодий сегодня является одной из важных экологических проблем. Стратегические разработки технологий снижения концентраций нитратов в производимой сельскохозяйственной продукции напрямую связаны с поддержанием качества почвенного покрова. Стремительные темпы производства животноводческой продукции и нерегулируемое применение органических стоков животноводческой отрасли в целях удобрения пахотных угодий ведут к занитрачиванию масштабных площадей пашни вблизи свинокомплексов, птицефабрик и ферм КРС [Журавлева, Цапков 1983].
В Курской области располагается более 100 производственных мясных и молочных площадок. Несоблюдение технологий утилизации органических отходов привела к тому, что часть земель загрязнена нитратами. Нитратное загрязнение почв создает риск попадания токсикантов в сопредельные природные среды. Неблагоприятное воздействие животноводческих комплексов на грунтовые воды и системы водоснабжения может стать существенным на местном и даже региональном уровнях вследствие их усиленной централизации. Из-за дождей и таяния снега происходит поступление азота, содержащегося в фекалиях животных, в грунтовые воды, или посредством стоков осуществляется поступление его в водные объекты [Проценко и др. 2016; Проценко и др. 2016а].
Одним из наиболее рациональных способов снижения концентраций нитратного азота в почвах является фиторемедиация. Растения с высокой нитратредуктазной активностью способны отчуждать большие количества нитратов со своей биомассой из
загрязненного агроценоза. Таким растением является редька масличная, которая толерантна к высоким концентрациям нитратов в почве и обладает высокой нитратредуктазной активностью [Антипина 1990; Баранчикова 2010; Бояркин 2013].
Целью нашей работы является изучение транслокационной и аккумуляционной способностей редьки масличной по отношению к нитратному азоту в серых лесных почвах, а также рассмотрение использования данного вида растения в качестве фитомелиоранта почв с высокими концентрациями нитратов.
Исследование проводились на участке агробиостанции Курского государственного университета в вегетационный период 2015 г. Участок находится в северной части г. Курска на водораздельном плато, представляет собой агроценоз, опоясанный смешанным лесонасаждением. Почва серая лесная, среднемощная, среднегумусированная на тяжелом карбонатном лессовидном суглинке. Содержание гумуса - среднее (4,2 %), содержание КР/К - 18,2/17,1/19,3 мг/100 г почвы, что соответствует повышенному уровню обеспеченности питательными веществами.
В ходе исследования использовался микрополевой опыт. Размер делянок 1х1 м, защитная полоса 0,5 м. Моделировалось искусственное загрязнение почв агроценоза. В почвы делянок вносился азот в форме мочевины. Дозы загрязнения почв рассчитывались соответственно 3, 6 и 9 ПДК в пересчете на нитраты. В качестве контроля использовали незагрязненные делянки с фоновым содержанием нитратов. Была проведена рендомизация опытных делянок. Семена редьки масличной высаживались на делянках с учетом двукратной стандартной густоты посева. Затем производили определение нитратов в корнях, побегах и цветках редьки ионометрическим методом [Минеев 2001]. Опыт проводился в четырехкратной повторности.
При выращивании масличной редьки на возрастающих дозах вносимых нитратов в агросерые почвы,отмечается рост биомассы растений в диапазоне от фонового содержания до 3 ПДК и затем резкое снижение накопления биомассы в диапазоне 69 ПДК (табл. 1). Вероятно, это связано со стимуляцией интенсивного роста растений нитратной формой азота и повышением нитратредуктазной активности. Аналогичная отзывчивость отмечается и для показателя высоты побегов редьки. Однако эффект стимуляции роста побегов распространяется на более широкий диапазон внесенного азота (фон 6 ПДК). Доза 9 ПДК не задерживает рост растений в длину, но на 53,3 % снижает сырую массу растений масличной редьки.
Таблица 1
Зависимость морфометрических показателей редьки масличной _от уровня загрязнения серых лесных почв нитратами_
Доза внесенного азота Высота побегов Сырая биомасса
Фон 57,75 3,705
3 ПДК 82,4 3,98
6 ПДК 83,75 3,29
9 ПДК 77,55 1,975
НСР05 11,3 0,9
Накопление нитратов в органах редьки масличной носит сугубо акропетальный характер, это отмечается во всех вариантах опыта. Наибольшее содержание N03 в побегах редьки зафиксировано в варианте с дозой загрязнения 9 ПДК - 898,8 мг/кг (табл. 2).
Неведров Н. П., Проценко Е
П., Будакова Г. П., Иванова Е. В., Большакова О. А. Фиторемедиационная способность масличной редьки по отношению к нитратному азоту
Таблица 2
Зависимость накопления нитратов различными органами редьки масличной __от их содержания в почве_
Доза внесенного азота Содержание N03 мг/кг сырой массы
в корнях в побегах в цветках
Фон 190,9 274,6 212,0
зпдк 444,0 720,0 386,3
6 ПДК 447,0 484,1 138,3
9 ПДК 256,6 898,8 376,7
НСР05 67 84 132
Содержание снижается с возрастанием дозы загрязнения, а содержание в побегах возрастает за исключением дозы 6 ПДК, где отмечено снижение аккумуляции нитратов редькой масличной. Содержание нитратов в цветках значительно ниже, чем содержание в побегах и корнях, за исключением вариантов фон и 9 ПДК. Концентрации нитратов в побегах редьки масличной превышают ПДК во всех вариантах опыта, кроме растений, выращенных в опытах с фоновым содержанием нитратов. Транслокационный фактор редьки по отношению к нитратному азоту выше единицы во всех вариантах опыта. Максимальное значение его отмечено в варианте 9 ПДК - 3,5. Это говорит о том, что редька масличная является гипераккумулятором нитратов.
Рис. 1. Коэффициент транслокации редьки масличной по отношению к нитратам
В целом, депонирование нитратов в органах редьки масличной идет по следующей схеме:
корень < побег > цветок.
Максимальный биологический вынос нитратного азота побегами редьки отмечен в варианте опыта 3 ПДК и составил 28,6 кг/га. Это обусловлено очень высокими показателями синтезированной биомассы растений, а также мощной аккумулирующей способностью по отношению к нитратам, проявленной в этих условиях (рис. 2). Минимальный вынос зафиксирован на контроле с фоновым содержанием нитратов в
почве - 10,1 кг/га. В остальных двух вариантах с высокими дозами загрязнения отмечается тенденция к росту биологического выноса не за счет синтеза биомассы, а за счет более интенсивного депонирования нитратов в побегах редьки.
35
«
5Й 30
о о X 25
л
а 70
>я
s
* о 15
04
Т
S и 10
о
п
о "I
S
W
0
Фон ЗПДК 6 ПДК 9 ПДК
Доза загрязнения, ПДК
Рис. 2. Зависимость биологического выноса нитратов редькой масличной от дозы загрязнения почвы нитратами
Анализируя эффективность применения фиторемедиационного метода в целях очистки почв от загрязнений нитратной формой азота, заметили, что максимальный процент отчуждения нитратов наблюдается на низких дозах. Впоследствии происходит снижение эффективности до 6,2% на дозе 9 ПДК. Однако при дозе загрязнения 3 ПДК отчуждается 1/3 загрязняющего вещества, что говорит о колоссальном ремедиационном потенциале масличной редьки (табл. 3).
Таблица 3
Эффективность фитоэкстракции нитратов редькой масличной __из серой лесной почвы_
Вариант опыта Концентрация N03 в почве Вынесенный N03 с побегами, %
Фон 17,6 35,5
ЗПДК 85,8 33,3
6 ПДК 171,6 9,2
9 ПДК 286 6,2
Заключение. Полученные данные свидетельствует о том, что редьку масличную можно использовать в качестве фиторемедианта загрязненных нитратами почв. В проведенном исследовании она проявила себя гипераккумулятором нитратов на загрязненных почвах с содержанием нитратов в почвах в диапазоне от 80 до 1300 мг/кг. В данном диапазоне для неё не отмечается порога токсичности. Ремедиационный потенциал при высоких дозах загрязнения не снижается вследствие потерь биомассы и компенсируется и поддерживается за счет роста транслокационной и депонирующей активности растений редьки масличной. Можно предположить, что редька проявит себя как фитомелиорант и на более высоких дозах загрязнения почв нитратами.
Неведров Н. П., Проценко Е. П., Будакова Г. И., Иванова Е. В., Большакова О. А.
Фиторемедиационная способность масличной редьки по отношению к нитратному азоту
Эффективность метода фиторемедиационной очистки загрязненных нитратами серых лесных почв колеблется от 6,2 до 35,5 %. При загрязнении почв нитратами в диапазоне 6-9 ПДК можно применять многоразовые ротации редьки масличной в течение одного сезона, так как указанный фиторемедиационный эффект достигается на 40-е сутки вегетации растения.
Библиографический список
Антипина В.Д. «Нитратная проблема» и пути ее решения / В.Д. Антипина, З.П. Фалунина, Ю.Б. Моисеев, Н.Н. Рощина М.: Мосгорагропром НПО «Хранение», 1990. С. 42.
Баранникова Л.А. Растения рассказывают // Биология. 2010. № 24. С. 27.
Бояркин Е.В. Активность нитратредуктазы в органах редьки масличной в зависимости от факторов внешней среды. Иркутск: Изд-во ИрГСХА. 2013. 120 с.
Журавлева В.Ф., Цапков М.М. Токсичность нитратов и нитритов // Гигиена и санитария. 1983. № 1. С. 60-69.
Минеев, В.Г. Практикум по агрохимии: учеб. пособие. 2-е изд., переработ. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
Проценко Е.П., Неведров Н.П., Неведрова Н.Ю. Аккумуляция нитратного азота органами редьки масличной Raphanus sativus var. oleífera в условиях модельного загрязнения // Актуальные проблемы почвоведения экологии и земледелия: сб. докл. науч.-практич. конф. с междунар. участием Курского отделения МОО «Общество почвоведов им. В.В. Докучаева», Курск, 22 апреля 2016 г. Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2016. С. 256-257
Проценко Е.П., Неведров Н.П., Березуцкая Т.В., Протасова М.В., Иванова Е.В. Транслокационная и аккумуляционная способности Hordéum vulgáre по отношению к нитратному азоту // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2016а. № 3 (11). URL: auditorium.kursksu.ru/pdf/011-007.pdf (дата обращения: 13.12.2016).
