CC BY
71
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 634.0.5:582.475.2
ИНДУЦИРОВАННАЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ КАК ЭКСТЕНСИВНЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ГРУНТОВ
И.Е. Автухович, д.с.-х.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Изучено действие разных доз хелатообразующего агента трилона Б на фиторемедиационную способность горчицы белой и смеси газонных трав. Исследования показали, что под влиянием трилона Б значительно увеличивается поглощение и вынос свинца растениями из загрязненного грунта.
Выявлено, что эффективность фиторемедиации увеличивается при повышении доз трилона Б.
Ключевые слова: хелатообразующий агент, фиторемедиация, газонные травы, загрязненный грунт, метод индуцированной фитоэкстракции.
INDUCED PHYTOREMEDIATION AS AN EXTENSIVE METHOD OF RESTORATION OF CONTAMINATED SOILS AND GROUNDS I.E. Avtukhovich
There was studied the influence of different doses of chelat forming agent Trylon B on the phytoremediation ability of the white mustard (Sinapis alba L.) and a mix of lawn grasses. The conducted researches showed that accumulation and removing of Pb out of contaminated ground by plants increased significantly under the influence of chelat forming agent Trylon B. It was found out that efficiency ofphytoremediation is increasing accordingly with that of the dose of chelat forming agent.
Keywords: chelate forming agent, phytoremediation, lawn grass, polluted ground, method of induced phytoextraction.
В ряде районов нашей страны сложилась довольно напряженная экологическая обстановка, при этом пик неблагополучия приходится на урбанизированные территории [1, 2]. Среди загрязнителей окружающей среды значительное место занимают тяжелые металлы (ТМ), высокие концентрации которых являются токсичными. Для очистки почв и грунтов, загрязненных ТМ, применяют интенсивные и экстенсивные технологии. Интенсивные -довольно дорогостоящие и, кроме этого, некоторые из них нарушают почвенное плодородие. Экстенсивные технологии рассчитаны на более длительный промежуток времени и не требуют больших энергетических затрат.
Фиторемедиация (очистка и восстановление почв с использованием растений) входит в группу экономически выгодных и экологически оправданных экстенсивных методов, применяемых в условиях загрязнения ТМ. Одна из разновидностей метода фиторемедиации - фи-тоэкстракция - удаление ТМ из загрязненных почв, путем длительного выращивания растений.
В качестве индукторов процесса удаления ТМ из почв (грунтов) растениями применяют органические хелатообразующие кислоты, в частности, ЭДТА (эти-лендиаминтетрауксусная кислота), или ее натриевую соль. Препарат ЭДТА не только повышает доступность металлов, но и играет роль транспортного средства в растении, что способствует значительно большему накоплению и выносу металлов надземными органами растений а, следовательно, и более полной очистке почвы (грунта) от поллютантов.
Вегетационные эксперименты по индуцированной фитоэкстракции свинца из загрязненного грунта были заложены 22 мая 2008 г. в вегетационном домике размером 2 х 6 м, накрытом полиэтиленовой пленкой в сосудах без отверстий в дне. Объектами исследований были горчица белая (Sinapis alba L.) и смесь газонных трав: овсяница красная (Festuca rubra) - 50%, овсяница овечья
(Festuca ovina) - 20%, овсяница луговая (Festuca pratensis) - 20%, мятлик луговой (Poa pratensis) - 10%. Для эксперимента использован грунт, изначально незагрязненный свинцом, составленный на основе торфа и минеральных удобрений с рЩа 6 и содержанием N - 252 мг/л, Р2О5 - 300, К2О - 340 и Mg - 52 мг/л грунта. Масса грунта в сосудах составляла 0,5 кг. Эксперименты проводили в трехкратной повторности по укороченной схеме (с упразднением вариантов без внесения Pb в грунт).
Перед посевом семян в сосуды с грунтом вносили свинец в виде (Pb(NO3)2) в дозах согласно схеме опыта (в мг/кг абс. сух. грунта). Внесение трилона Б было произведено через 1 месяц после посева растений, когда они достаточно окрепли и образовали большую биомассу. В период произрастания растений осуществляли регулярный полив по массе до 60% ПВ.
Эксперименты были окончены 25 июля. Растения извлечены из сосудов, измерены, промыты дистиллированной водой, высушены и взвешены. Пробоподготовку к анализам на содержание свинца в растениях осуществляли по методике ОСТ 10-221-98 с последующим определением концентрации металла на атомно-абсорбцион-ном спектрофотометре «Perkin-Elmer».
В эксперименте с горчицей (таблицы, опыт 1) при содержании свинца в грунте 200 мг/кг под влиянием трилона Б, внесенного в различных дозах, накопление поллютанта в растениях повышалось в соответствии с увеличением дозы индуктора фитоэкстракции. Коэффициенты биологического поглощения Pb (представляющие собой отношение содержания Pb в растении в мг/кг к его валовому содержанию в почве в мг/кг) под влиянием трилона Б, внесенного в дозах: 1; 3 и 10 ммоль/кг, возросли соответственно в 8; 20,1; 85,5 раза, по сравнению с вариантом без трилона Б.
При дозе свинца 1000 мг/кг под влиянием хелатообра-зующего агента, внесенного в дозах: 1; 3 и 10 ммоль/кг,
Фитоэкстракция свинца из загрязненных грунтов
Вариант Опыт 1 (горчица белая) Вариант Опыт 2 (газонные травы)
Концентрация Pb в растениях, мг/кг Коэффициент биол. поглощения Pb Вынос Pb растениями, мг/сосуд Концентрация Pb в растениях, мг/кг Коэффициент биол. поглощения Pb Вынос Pb растениями, мг/сосуд
200 Pb 24,05±0,31 0,12 0,12 200 Pb 19,87±0,25 0,10 0,16
200 Pb + 1 ммоль/кг 191,90±2,44 0,96 1,07 200 Pb + 1 ммоль/кг 52,80±0,67 0,30 0,46
трилона Б трилона Б
200 Pb + 3 ммоль/кг 482,84±6,15 2,41 1,99 200 Pb + 3 ммоль/кг 79,95±1,02 0,40 0,49
трилона Б трилона Б
200 Pb + 10 ммоль/кг 2052,85±26,13 10,26 5,77 200 Pb + 10 ммоль/кг 88,22±1,12 0,44 0,41
трилона Б трилона Б
1000 Pb 66,75±0,85 0,07 0,35 500 Pb 20,84±0,27 0,04 0,18
1000 Pb + 1 ммоль/кг 1705,91±21,72 1,71 10,49 500 Pb + 1 ммоль/кг 74,37±0,95 0,15 0,69
трилона Б трилона Б
1000 Pb + 3 ммоль/кг 3004,52±38,25 3,00 11,15 500 Pb + 3 ммоль/кг 76,32±0,97 0,15 0,39
трилона Б трилона Б
1000 Pb + 1 ммоль/кг 1951,09±28,84 1,95 3,92 500 Pb + 1 ммоль/кг 432,45±5,51 0,86 1,51
трилона Б трилона Б
коэффициенты биологического поглощения свинца увеличились соответственно в 24,4; 42,9; 27,9 раза, по сравнению с вариантом без трилона Б.
В эксперименте с газонными травами (таблица, опыт 2) под влиянием трилона Б, при концентрации свинца в грунте 200 мг/кг, его содержание в растении повышалось с увеличением дозы индуктора фитоэкстракции. Коэффициенты биологического поглощения РЬ под действием трилона Б, внесенного в дозах 1; 3 и 10 ммоль/кг, возросли соответственно в 3; 4; 4,4 раза. При содержании свинца в грунте 500 мг/кг, под влиянием хелатообра-зующего агента, внесенного в дозах: 1; 3 и 10 ммоль/кг, коэффициенты биологического поглощения свинца увеличились соответственно в 3,8; 3,8; 21,5 раза.
На основании теоретических расчетов, сделанных без учета потерь РЬ на вымывание из грунта, которые бы значительно сократили сроки очистки последнего, можно предположить, что при концентрации РЬ 200 мг/кг в грунте горчица белая (при трехкратном образовании достаточно высокой биомассы растениями и соответственно 3-х кратной ее уборке за сезон) могла бы полностью очистить грунт без применения трилона Б за 282 года, с применением трилона Б в дозе 1 ммоль/кг грунта - за 30-31 год, в дозе трилона Б = 3 ммоль/кг - за 16-17 лет и в дозе - 10 ммоль/кг грунта - за 6 лет.
Смесь газонных трав (при четырехкратном образовании достаточной биомассы за сезон и ее соответствующей уборке) при концентрации РЬ в грунте, составляющей 200 мг/кг, без применения трилона Б полностью очищает почву за 157 лет, с применением трилона Б в дозе 1 ммоль/кг грунта - за 53-54 года, в дозе трилона Б = 3 ммоль/кг - за 51 год и в дозе 10 ммоль/кг грунта - за 61 год.
На основании этого можно сделать вывод о существенном преимуществе использования горчицы белой для фиторемедиации грунтов, загрязненных свинцом, по сравнению с газонными травами, в условиях индуциро-
ванной фитоэкстракции.
Кроме преимуществ, метод индуцированной фитоэкстракции имеет и некоторые недостатки. Так, при индуцированной фитоэкстракции с применением хелато-образующих агентов существует риск вымывания пол-лютаната в подземные воды при повышении их подвижности в почвах и грунтах (Галиулин, 1998). В связи с этим, важно правильно выбирать дозы хелатообразую-щих агентов и строго соблюдать технологию их внесения. Кроме этого, вероятность загрязнения грунтовых вод ТМ значительно снижается при условии хорошего роста растений и успешного корневого поглощения. Для уменьшения перемещения хелатированных металлов сквозь почвенный профиль зарубежные ученые рекомендуют применение барьеров из сорбентов [4, 5].
Таким образом, индуктор фитоэкстракции - три-лон Б способен существенно уменьшить срок очистки грунта от свинца растениями. При этом эффективность очистки значительно выше при меньшем его загрязнении ТМ и при более высокой дозе внесения индуктора фитоэкстракции.
Литература
1. Вихман М.И. и др. Агроэкологическая характеристика урбаноземов Заполярного города Мурманска.// Агрохимический вестник, 2005, № 5.
2. Ковазин В.Ф. Динамика агрохимических свойств почв Санкт-Петербурга // Плодородие, 2008, № 3.
3. Галиулин Р.В. Влияние эффектов фитоэкстракции на ферментативную активность почвы, загрязненной тяжелыми металлами // Агрохимия, 1998, № 7.
4. Shen G.S. Lead phytoextraction from contaminated soil with high biomass / Shen G.S., Li X.D., Wang C.C. // Environ. Qual. - 2002. - Vol. 31. - № 6. - P. 1893-1990.
5. Kos B. Induced phytoextraction / Soil washing of lead using biodegradable chelate and permeable barriers / Kos B., Lestan D. // Environ. Sci. Technol. - 2003. - Vol. 37. - P. 624-629.
