CC BY
27
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ХЕЛАТНЫЕ НИКЕЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСЫ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ В ПОЧВАХ Васильева М.С.
Васильева Маргарита Станиславовна - научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова,
г. Москва
Аннотация: в условиях вегетационного опыта изучалась способность пяти культур к фитоэкстракции тяжелых металлов из отвалов металлургического предприятия. В опыте имелись варианты с отвальным грунтом в чистом виде, а также с добавлением торфа и с внесением хелатов.
Ключевые слова: фиторемедиация, фитоэкстракция, тяжелые металлы, никель, медь.
УДК 631.4:631.95
Загрязнение тяжелыми металлами является одним из наиболее опасных факторов деградации как природных, так и сельскохозяйственных ландшафтов, поскольку повышенные концентрации металлов в почве способствуют их накоплению в дикорастущей флоре и сельскохозяйственных культурах, металлы передаются по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом. Высокие концентрации тяжелых металлов в почве, могут подавлять рост растений, что приводит нарушениям биоразнообразия. В случаях, когда содержание тяжёлых металлов превышает фоновое в несколько (до 5-10) раз, обычно не отмечают их заметного влияния на микрофлору, однако дальнейшее повышение концентрации металлов ведет к существенному снижению активности многих микробиологических процессов (азотфиксации, нитрификации, денитрификации, дыхания) [2, 3]. Загрязненные тяжёлыми металлами почвы могут быть восстановлены физическими, химическими и биологическими способами.
С 80-х годов ХХ века для очистки почв от тяжелых металлов начали применять биоремедиационные технологии, получившие название «фиторемедиация», использующие металл - аккумулирующие растения и ассоциированную с ними микробиоту. Растения, которые способны извлекать из почвы и накапливать в заметных количествах тяжелые металлы называют растениями -гипераккумуляторами [1]. В результате процесса фитоэкстракции возможно постепенное снижение содержания тяжелых металлов в загрязненной почве. Химически индуцированная фитоэкстракция базируется на том, что внесение хелатов металлов в почву существенно повышает накопление металлов растениями. Например, имеются данные о значительном снижение содержания свинца в почве за 2 года при использовании ЭДТА для индуцирования аккумуляции у гипераккумулятора Brassica juncea (Blaylock M.J., 2000).
Для исследования влияния добавления хелатов на поглощение металлов из сильнозагрязненных грунтов нами был проведен вегетационный опыт с грунтом, отобранным на территории Горно - металлургического комбината «Норильский никель», грунт серого цвета, представлял собой хвосты отвальные хвостохранилища №1. В опыте исследовался грунт в чистом виде и с добавлением 30 % торфа (от объема), имелись контрольные варианты и варианты с внесением хелатов (двукратная обработка ЭДТА в дозе 0,5 г/кг грунта). Опыт проводился с пятью видами растений: рапсом, горчицей, донником жёлтым, донником белым, фацелией.
Для характеристики состав и свойств грунта были проведены химические анализы и определены его водно-физические свойства. Валовой химический состав определялся на приборе «Спектроскан», подвижные формы тяжёлых металлов в общепринятой ацетатно - аммонийной вытяжке (рН-4.8), водная вытяжка при соотношении почва - вода 1 : 5, физико-химические свойства, плотность, плотность твёрдой фазы, водно - физические свойства по общепринятым методикам, изложенным в практикуме по почвоведению (Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф., 2003)
Валовой состав исходного отвального грунта характеризовался следующим содержанием: 47,8% SiO2, 16,2% Fe2Oз, 6,3% CaO, 3,0% Al2Oз. В исходном грунте отмечены также очень высокие концентрации тяжелых металлов - никеля, меди хрома, марганца и др.
Исследуемый грунт характеризовался высокой (по сравнению с зональными почвами) плотностью твердой фазы - 3,94 г/см3 и средней плотностью (1,34 г/см3), общая пористость и капиллярная влагоёмкость грунта находилась в оптимальных пределах.
В таблице 1 представлены результаты определения содержания подвижных форм тяжелых металлов в грунте после проведения вегетационного опыта по вариантам. Для всех исследованных металлов можно отметить, что добавление торфа (30% от объема) способствовало снижению их содержания, что связано, очевидно, с поглощением и закреплением части металлов торфом. Напротив, внесение хелатов в вариантах опыта обусловливало заметное повышение содержания всех исследованных металлов, как в варианте с исходным грунтом, так и при внесении 30% торфа.
Таблица 1. Содержание подвижных форм металлов в грунте, мг/кг
Грунт исходный Грунт с хелатами Грунт исходный с торфом Грунт с хелатами и с торфом
№ 452,43 484,05 253,33 449,39
Со 2,98 3,79 0,96 1,36
Си 48,96 66,82 31,22 37,04
Fe 3251,48 3513,90 2931,75 4604,25
В таблице 2 представлены результаты определения величины поступления никеля в растения по вариантам вегетационного опыта. Из данных таблицы видно, что в варианте с исходным грунтом наиболее высокое поглощение никеля отмечено для донника желтого, практически на порядок более высокое, чем для остальных исследованных культур.
Таблица 2. Содержание никеля в надземной части растений (мг/кг сухой массы)
№ Вариант Рапс Горчица Донник жёлтый Донник белый Фацелия
1 Грунт 53,52 18,57 267,33 34,82 6,86
2 Грунт + торф 34,90 39,63 69,16 26,81 28,70
3 Грунт + ЭДТА 89,63 806,00 202,26 - -
4 Грунт + торф + ЭДТА 131,27 447,00 29,18 247,01 21,08
Внесение торфа оказало разнонаправленное действие на поглощение никеля различными культурами - произошло значительное увеличение поступления никеля в растения горчицы и фацелии, некоторое снижение поступления в растения рапса и донника белого и резкое снижение поступления в растения донника желтого.
Внесение ЭДТА в исходный грунт привело к некоторому увеличению поступлению никеля в растения рапса и к снижению поступления никеля в растения донника желтого. В этом варианте произошло резкое повышение поступления никеля в растения горчицы, растения донника белого и фацелии в этих вариантах погибли, по-видимому, в связи с увеличением концентрации подвижных форм металлов при внесении хелата.
Список литературы
1. Байбеков Р.Ф., Злобина М.В., Борисов Б.А., Ефимов О.Е., Ганжара Н.Ф. Анализ фиторемедиационного потенциала растений в условиях загрязнения дерново-подзолистых почв тяжелыми металлами. Плодородие, 2012. № 6. С. 35-37.
2. Трибис Л.И., Селицкая О.В., Борисов Б.А. Влияние торфа на биологические особенности загрязненных тяжелыми металлами почв. Агрохимический вестник, 2014. № 6. С. 13-17.
3. Трибис Л.И., Селицкая О.В., Борисов Б.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из техногенного грунта и состояние почвенных микроорганизмов. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, 2015. № 2. С. 50-57.
