CC BY
65
9. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Metody issledovaniya fizicheskikh svoystv pochv. - M.: Agropromizdat, 1986. - 416 s.
10. Makarychev S.V., Zaykova N.I., Patrushev V.Yu. Regulirovanie vodnogo rezhima chernozema pri oroshenii ovoshchnykh kultur // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. -2017. - № 2. - S. 56-61.
11. van Genuchten M.Th. A slosed-form equation for predicting the hydraulic conduc-
tivity of unsaturated soils / / Soil Sci. Soc. Am. J. - 1980. - Vol. 44. - P. 892-898.
12. Shein E.V. Kurs fiziki pochv. - M.: Izd-vo MGU, 2005. - 432 s.
13. Bolotov A.G., Shein E.V., Milanovskiy E.Yu., Tyugay Z.N., Pochatkova T.N. Osnov-nye gidrofizicheskie kharakteristiki kashtano-vykh pochv sukhoy stepi Altayskogo kraya // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2014. - № 9. -S. 36-41.
+ + +
УДК 542.6:546.56:633.853.494
М.Т. Койгельдинова, А.С. Торопов M.T. Koygeldinova, A.S. Toropov
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТОРОВ ФИТОЭКСТРАКЦИИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯ BRASSICA NAPUS
USE OF PHYTOEXTRACTION EFFECTORS TO INCREASE HEAVY METALS INTAKE
BY BRASSICA NAPUS PLANTS
Ключевые слова: тяжелые металлы, фитоэкс-тракция, фиторемедиация, хелатообразующие агенты, загрязнение почвы, полиэлементное загрязнение, рапс яровой (Brassica napus), Na-ЭДТА, вынос металлов, аккумуляция.
Представлены данные по индуцируемой фито-экстракции тяжелых металлов рапсом яровым (Brassica napus), выращенных в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы. Цель исследования — провести сравнительное изучение влияния лимонной, щавелевой кислот и Na-ЭДТА на повышение накопления и выноса тяжелых металлов растениями Brassica napus в условиях модельного загрязнения темно-каштановой почвы. Накопление токсичных элементов в побегах B. napus зависело от типа и дозы применяемого хелатообразующего агента. Внесение Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг способствовало увеличению содержания меди в побегах B. napus при медном загрязнении почвы в дозе 1 ПДК в 6,5 раза и в дозе 3 ПДК — в 8,3 раза относительно контроля. При цинковом загрязнении почвы (1 и 3 ПДК) максимальное накопление цинка в побегах B. napus зафиксировано при использовании лимонной кислоты и Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг.
При кадмиевом загрязнении почвы (1 и 3 ПДК) значительная аккумулирующая способность кадмия B. napus выявлена при внесении щавелевой кислоты в дозе 5 ммоль/кг (концентрация Cd увеличивается по отношению к контролю в 3,9 и 18 раз соответственно). Значительное увеличение содержания свинца при свинцовом загрязнении почвы отмечено при применении Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг и в дозе 5 ммоль/кг (концентрация свинца увеличивалась в 9,8-16,4 раза). В условиях полиэлементного загрязнения почвы (1 ПДК) наиболее оптимальным эффектором фитоэкс-тракции Cu, Zn, Pb побегами B. napus является Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (концентрация меди увеличилась в среднем в 4 раза, цинка и свинца — в 2 раза). Повышение накопления кадмия B. napus не наблюдалось.
Keywords: heavy metals, phytoextraction, phy-toremediation, chelating agents, soil contamination, multi-element contamination, spring rape (Brassica napus), Na-EDTA, metal removal, accumulation.
Induced phytoextraction of heavy metals by spring rape (Brassica napus) growing under the condition of mono- and multi-element soil contamination
is discussed. The research goal is a comparative study of the effect of citric acid, oxalic acid and Na-EDTA on increased accumulation and removal of heavy metals by seedlings of Brassica napus under model contamination of dark chestnut soil. The accumulation of toxic elements in B. napus sprouts depended on the dose and type of chelating agent applied. The application of Na-EDTA at a dose of 2 mmol kg increased copper content in the B. napus seedlings at copper pollution of soil of MPC excess up to 6.5 times (Doze 1) and MPC excess up to 8.3 times (Dose 3) as compared to the control. In the experiment with zinc-contaminated soil (1 and 3 MPC), the maximum zinc accumulation in the shoots of B. napus was recorded with application of citric acid and Na-EDTA in a dose of 2 mmol kg. Under
cadmium soil contamination of 1 and 3 MPC, significant cadmium accumulation by B. napus was detected with oxalic acid applied in a dose of 5 mmol kg (3.9 and 18 times increase, respectively). Significant increase of lead content in monoelement soil contamination was found with the use of Na-EDTA at a dose of 2 mmol kg, and at a dose of 5 mmol kg (lead content increased 9.8-16.4 times). Under multielement soil contamination (1 MPC), 2 mmol kg Na-EDTA application increased copper removal on average 4 times and zinc and lead — up to 2 times respectively. It was the most optimal option for che-late-induced phytoextraction of Cu, Zn, Pb by B. napus seedlings. No increased cadmium accumulation by B. napus under multi-element contamination was observed.
Койгельдинова Мадина Талгатовна, к.б.н., зав. лаб. элементного анализа, Институт радиационной безопасности и экологии (филиал), Национальный ядерный центр РК, г. Курчатов, Республика Казахстан. E-mail: koigeldinova@nnc.kz. Торопов Андрей Сергеевич, аспирант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет; инженер, отдел разработки систем мониторинга окружающей среды, Институт радиационной безопасности и экологии (филиал), Национальный ядерный центр РК, г. Курчатов, Республика Казахстан. E-mail: torop990@gmail.com.
Koygeldinova Madina Talgatovna, Cand. Bio. Sci., Head, Elemental Analysis Lab., Institute of Radiation Safety and Ecology (Branch), Natl. Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan, Kurchatov, Republic of Kazakhstan. E-mail: koigeldinova@nnc.kz. Toropov Andrey Sergeyevich, post-graduate student, Natl. Research Tomsk Polytechnic University; Engineer, Institute of Radiation Safety and Ecology (Branch), Natl. Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan, Kurchatov, Republic of Kazakhstan. E-mail: torop990@gmail.com.
\
Введение
Огромный потенциал в целях фитомели-орации почв имеют растения, способные аккумулировать тяжелые металлы (ТМ). Суть технологии фитоэкстракции состоит в интенсивном накоплении ТМ корневой частью растений и их транслокации в надземную часть, с их последующей переработкой.
Метод фитоэкстракции сравнительно недорогой; отсутствует вредное химическое воздействие на почву; в практическом применении прост, а главное, в основе данной технологии лежит естественный природный процесс биологического круговорота [1-4].
Для повышения накопления тяжелых металлов в растениях применяют различные хелатообразующие агенты (ХА). Наиболее широко изучены такие ХА, как ЭДТА и ее соли, которые способны образовывать прочные водорастворимые хелатные соединения многих металлов [5, 6].
Цель исследования — провести сравнительное изучение влияния лимонной, щавелевой кислот и Na-ЭДТА на повышение накопления и выноса ТМ растениями Brassica napus в условиях моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы.
Методы исследования
Для модельных опытов отобраны пробы темно-каштановой почвы Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан с глубины 0-20 см.
Путем просеивания выделялась фракция < 3 мм, из которой квартованием отбирался образец весом 1 кг в пластмассовые сосуды. Для эксперимента с моноэлементным загрязнением почвы азотнокислые соли всех элементов (Cu, Zn, Cd, Pb) в виде водных растворов вносили в почву отдельно; для имитации полиэлементного загрязнения — совместно. Использованы дозы металлов 1, 3, 5 ПДК: Cu=100, 300 и 500 мг/кг, Zn=300, 900 и 1500 мг/кг, Cd=3, 9, 15 мг/кг [7], Pb=32, 96, 160 мг/кг [8]. Почву выдерживали в течение 7 дней при температуре (22±1)°С в условиях полной полевой влагоемкости.
В качестве посевной культуры использовали высокоурожайный и районированный по Восточно-Казахстанской области сорт кормовой культуры — рапс яровой сорта «Кубанский» (Brassica napus).
Вегетационные опыты были заложены по методике Журбицкого [9]. На сосуд высаживали 30 семян. Полив осуществлялся дистиллированной водой. Уборка растений производилась через 4 недели.
Для экспериментов использовали такие агенты, как лимонная кислота (ЛК), щавелевая кислота (ЩК), а также динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na-ЭДТА). Водные растворы исследуемых ХА вносили в почву в дозах 1, 2, 5, 10 ммоль/кг за 7 дней до уборки вегетативной массы.
Концентрацию меди, цинка, свинца и кадмия в почве и растениях определяли фотоколориметрическим дитизоновым методом Ринькиса [10] с использованием спектрофотометра СФ-2000. Повторность опытов — трехкратная. Достоверность различий между вариантами опыта оценивали с использованием t-критерия Стьюдента [11].
Результаты исследований и их обсуждение
Содержание ТМ в проростках Brassica napus в условиях индуцируемой фитоэкс-
тракции. При моноэлементных загрязнений почвы (5 ПДК) и в условиях полиэлементного загрязнения почвы в дозе 3 и 5 ПДК зафиксирована гибель проростков B. napus.
Медное загрязнение почвы. В варианте медного загрязнения почвы (1 ПДК) воздействие ЛК (1 и 2 ммоль/кг) на повышение накопления меди побегами было малоэффективным (табл. 1). С увеличением концентрации ЛК (5 и 10 ммоль/кг) выявлено увеличение транслокации меди в побеги в среднем в 2,6 раза.
При повышении медного загрязнения почвы до 3 ПДК максимальная концентрация меди в побегах наблюдалась при использовании ЛК в дозе 2 ммоль/кг (208 мг/кг), что было в 3 раза выше содержания металла в варианте без внесения агента.
Таблица 1
Содержание ТМ (мг/кг) в Brassica napus при добавке исследуемых эффекторов фитоэкстракции
в дозе 1,2, 5 и 10 ммоль/кг
Вариант Cu-1 ПДК Cu-3 ПДК Zn-1 ПДК Zn-3 ПДК Cd-1 ПДК Cd-3 ПДК Pb-1 ПДК Pb-3 ПДК
Без внесения ХА 32,0 ± 1,60 98,0 ± 7,00 67,0 ± 3,40 202 ± 16,5 340 ± 16,0 670 ± 47,0 1600±100 1900±140 3,65 ± 0,20 14,0 ± 0,90 4,40 ± 0,20 15,0 ± 0,60 6,40 ± 0,30 10,0 ± 0,50 16,6 ± 0,70 29,0 ± 1,50
ЛК-1 27,6 ± 1,00 78,0 ± 5,60 506 ± 19,0 1810±120 4,10 ± 0,30 6,30 ± 0,30 7,80 ± 0,40 19,0 ± 0,90
104 ± 6,30 107 ± 6,80 302 ± 16,0 1710±130 7,20 ± 0,30 12,0 ± 0,50 15,0 ± 0,65 46,0 ± 2,00
ЛК-2 37,0 ± 0,90 72.0 ± 4,00 208 ± 16,0 112 ± 6,70 880 ± 35,0 176 ± 5,80 2800±215 1390±81 4,60 ± 0,20 16,5 ± 1,00 19,0 ± 0,80 7,10 ± 0,30 6,90 ± 0,30 8,50 ± 0,40 27,0 ± 1,20 34,0 +1,70
ЛК-5 89,0 ± 3,6 101 ± 7 410 ± 17,0 3100 ±230 10,0 ± 0,4 12,0 ± 0,5 9,80 ± 0,30 58,0 ± 2,90
212 ± 15,6 306 ± 24 260 ± 9,50 860 ± 53 12,0 ± 0,6 15,6 ± 0,8 12,0 ± 0,60 46,0 ± 2,20
ЛК-10 76,4 ± 3,00 181 ± 12,0 81,6 ± 3,70 219 ± 14,5 426 ± 30,0 312 ± 20,0 2450 ± 160 1710±93 5,0 ± 0,2 10,0 ± 0,5 8,2 ± 0,4 21,0 ± 1,2 10,6 ± 0,40 14,2 ± 0,70 36,2 ± 1,4 19,2 ± 1,0
ЩК-1 50,4 ± 1,7 69,2 ± 6,0 91,3 ± 7,2 111,0 ± 7,0 360 ± 15,0 523 ± 29,0 1880 ± 100 1690±86 3,20 ± 0,14 5,70 ± 0,20 5,80 ± 0,20 18,0 ± 0,75 7,9 ± 0,4 14,3 ± 0,7 18,5 ± 0,8 37,2 ± 1,4
ЩК-2 82,0 ± 5,60 70,5 ± 4,10 40,5 ± 2,00 90,0 ± 5,00 414 ± 28,0 272 ± 12,0 2420± 114 805 ± 31 6,5 ± 0,2 12,2 ± 0,6 42,2 ± 2,50 9,16 ± 0,40 8,70 ± 0,30 11,6 ± 0,50 53,0 + 2,20 16,8 ± 0,85
ЩК-5 51 ± 3 76,2 ± 5,2 592 ± 34 2050 ± 120 14,1 ± 0,8 78,6 ± 4,2 19,0 ± 0,8 88,5 ± 4,4
307 ± 19 341 ± 20 473 ± 29 972 ± 47 10,5 ± 0,5 13,2 ± 0,5 6,7 ± 0,3 102,0 ± 5,0
ЩК-10 46,8 ± 3,0 80,0 ± 6,0 70,3 ± 3,5 134,0 ± 9,5 671 ± 46 415 ± 26 2640 ± 100 1100±55 13,2 ± 0,8 16,1 ± 0,9 20,5 ± 0,7 18,0 ± 0,8 25,3 ± 1,1 8,6 ± 0,4 62,7 ± 2,8 26,1 ± 1,3
Na- 74,3 ± 4,8 71 ± 4 602 ± 34 2320±110 3,4 ± 0,2 5,0 ± 0,2 14,1 ± 0,5 52,4 ± 2,4
ЭДТА-1 85,4 ± 5,0 315 ± 14 461 ± 23 1580±65 12,2 ± 0,5 17,5 ± 1,0 15,6 ± 0,7 165,0 ± 7,0
Na- 205 ± 16 552 ± 28 715 ± 49 3250±178 9,8 ± 0,4 32,0 ± 1,4 82,0 ± 4,3 163 ± 7
ЭДТА-2 70 ± 3 105 ± 6 296 ± 16 958 ± 46 20,0 ± 1,0 13,0 ± 0,5 15,8 ± 0,6 122 ± 4
Na- 187 ± 10 612 ± 34 967 ± 62 1800±100 6,1 ± 0,3 8,3 ± 0,3 105 ± 6,0 208 ± 10
ЭДТА-5 336 ± 16 247 ± 21 454 ± 24 1505±92 14,8 ± 0,8 9,4 ± 0,4 17,0 ± 0,8 39,0 ± 1,6
Na- 270 ± 13 408 ± 37 981 ± 45 2100 ± 110 9,1 ± 0,4 10,0 ± 0,5 97 ± 5 137 ± 7
ЭДТА-10 243 ± 12 302 ± 20 506 ± 27 1620 ± 100 17,1 ± 0,8 16,0 ± 0,8 20 ± 0,9 51 ± 2
Примечание (табл. 1, 2). В числителе — содержание ТМ в побегах; знаменателе — в корнях.
Увеличение дозы ЩК от 1 до 10 ммоль/кг не оказало значительного стимулирующего воздействия на аккумуляцию меди B. napus.
При медном загрязнении почвы (1 ПДК) внесение в почву Na-ЭДТА (1-10 ммоль/кг) привело к повышению концентрации меди в побегах в 2,0-8,5 раза относительно варианта без внесения агента (табл. 1). В варианте загрязнения Cu-3 ПДК увеличение меди в побегах зафиксировано при внесении Na-ЭДТА до 5 ммоль/кг (612 мг/кг), где превышение составило в 9 раз. По эффек-
тивности воздействия исследуемые эффекторы составили убывающий ряд: №-ЭДТА>ЛК>ЩК. В вариантах опыта для Brassica napus выявлен акропетальный характер накопления меди.
Максимальный вынос меди в случае загрязнения почвы Cu-1 ПДК выявлен при использовании Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (рис.). При повышении медного загрязнения почвы (3 ПДК) значительный вынос меди обеспечило применение Na-ЭДТА в дозе 2 и 5 ммоль/кг.
6000
4000
2000
Zn-моноэлементное
-ДШИШМ
> л ,,*! ^ \ ,у ■$> > > Ь
□1ПДК "3ПДК
б
РЬ - моноэлементное
□ 1 ПДК пдк
а
г
в
Полиэлементное - 1 ПДК
10000 1000 100 I 10
ол
^ ^ ^ ^ ^ 4? ^ ^ ¿р
# # # ^
□ си штп аса ИРЪ 4
д
Рис. Вынос ТМ побегами B. napus при внесении хелатообразующих агентов: а — цинковое загрязнение; б — медное загрязнение; в — кадмиевое загрязнение; г — свинцовое загрязнение; д — полиэлементное загрязнение
Цинковое загрязнение почвы. В условиях цинкового загрязнения (1 ПДК) наибольшее содержание данного металла выявлено в вариантах с внесением Na-ЭДТА и ЛК (табл. 1). В варианте Zn-3 ПДК наиболее эффективно усиление накопления цинка B. napus наблюдалось при добавлении Na-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг и ЛК в дозировке 5 ммоль/кг.
Таким образом, культура B. napus имеет огромный потенциал для применения в целях фитомелиорации почв, загрязненных цинком (рис.).
Внесение ЛК в дозе 2 ммоль/кг при цинковом загрязнении почвы (1 ПДК) привело к максимальному увеличению выноса цинка B. napus. При увеличении загрязнения почвы (Zn-3 ПДК) наибольшее отчуждение цинка отмечено в случаях добавки ЛК в дозировке 2 и 5 ммоль/кг и Na-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг.
Анализ данных показал, что в исследованных вариантах одноэлементного загрязнения почвы высокий вынос цинка растениями B. napus можно осуществлять при внесении минимальных (2 ммоль/кг) и средних доз агентов (5 ммоль/кг). Более высокие дозы эффекторов фитоэкстракции (10 ммоль/кг) для накопления ТМ являются экономически и экологически неоправданными. Применение высоких концентраций хелатоборазующих агентов может привести к загрязнению грунтовых вод вследствие повышения подвижности металлов в грунте [6]. Таким образом, B. napus можно применять для фитомелиорации почв, загрязненных цинком (300 мг/кг), с использованием ЛК в дозировке 2 ммоль/кг, либо Na-ЭДТА в дозировке 2 и 5 ммоль/кг. Отмечено, что значительное увеличение выноса цинка в вариантах опыта Zn-3ПДК идет за счет высокого содержания цинка в побегах (1800-3250 мкг/сосуд). Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что культура B. napus не пригодна для фитомелиорации почв с высоким уровнем цинкового загрязнения (900 мг/кг и более). В технологии фитоэкстракции экологически более верным путем является увеличение относительной скорости выноса металлов из загрязненной почвы за счет инициирования роста массы надземной части растений [12].
Кадмиевое загрязнение почвы. Наиболее эффективной в увеличении накопления кадмия B. napus была ЩК по сравнению с другими эффекторами (табл. 1). Наибольший эффект накопления Cd в условиях
кадмиевого загрязнения почвы (1 ПДК) побегами B. napus выявлен в основном при внесении ЩК 5 ммоль/кг (14 мг/кг), затем в варианте ЛК 5 ммоль/кг (10 мг/кг) и Na-ЭДТА 2 ммоль/кг (9,8 мг/кг). В данных случаях установлено превышение концентрации кадмия в надземной части B. napus относительно варианта без внесения агента в среднем в 3 раза, а в случае с ЩК - в 4 раза.
При кадмиевом загрязнения почвы (3 ПДК) наибольшее накопление Cd побегами B. napus установлено при добавлении ЩК. Так, при использовании ЩК в дозе от 1 до 10 ммоль/кг концентрация кадмия в побегах (5,8-78,6 мг/кг) была выше варианта без внесения агента в 1,3-18 раз.
Как видно из рисунка, в условиях кадмиевого загрязнения почвы (1 ПДК) высокие показатели выноса кадмия побегами B. napus наблюдались в варианте применения Na-ЭДТА (2 и 10 ммоль/кг) и в варианте использования ЩК (5 и 10 ммоль/кг). При повышении кадмиевого загрязнения почвы до 3 ПДК максимальный вынос кадмия побегами B. napus выявлен в вариантах внесения ЩК 5 ммоль/кг.
Свинцовое загрязнение почвы. Выявлено, что в условиях свинцового загрязнения (1 ПДК) наиболее эффективным среди исследуемых хелатообразующих агентов оказался Na-ЭДТА. При использовании Na-ЭДТА от 1 до 10 ммоль/кг концентрация свинца в побегах B. napus составила от 14-105 мг/кг, что было выше варианта опыта без внесения агента в 2,2-16 раз (табл. 1).
Применение Na-ЭДТА в дозировке от 1 до 10 ммоль/кг обусловило повышение содержания свинца в побегах (52,4 до 208 мг/кг), где увеличение относительно варианта опыта без внесения агента составило в 3-13 раз. Выявлено, что при свинцовом загрязнении почвы (3 ПДК) внесение ЛК увеличивало содержание свинца в побегах только до 3,5 раза относительно варианта без внесения агента, а при добавке ЩК — до 5 раз. По эффективности воздействия исследуемые эффекторы составили ряд от более к менее эффективным: №-ЭДТА>ЩК>ЛК. Значительное увеличение выноса свинца (рис.) при свинцовом загрязнении почвы выявлено при использовании Na-ЭДТА в дозах 2 и 5 ммоль/кг.
Результаты применения исследуемых эффекторов фитоэкстракции в условиях полиэлементного загрязнения почвы в дозе 1 ПДК представлены в таблице (табл. 2).
Таблица 2
Содержание ТМ (мг/кг) в B. napus при использовании эффекторов фитоэкстракции в условиях полиэлементного загрязнения почвы в дозе 1 ПДК
Вариант Cu Zn Cd Pb
Без внесения агента 28,5 ± 1,17 42,7 ± 2,16 655 ± 33,5 835 ± 42,3 0,30 ± 0,02 2,40 ± 0,12 4,40 ± 0,20 8,02 ± 0,41
ЛК-1 22,1 ± 0,88 72,5 ± 3,75 714 ± 34,3 472±17,2 0,26 ± 0,01 3,10 ± 0,14 2,70 ± 0,10 14,6 ± 0,70
ЛК-2 45,4 ± 1,80 193±10,5 908 ± 43,7 583 ± 22,7 0,57 ± 0,03 2,40 ± 0,15 1,54 ± 0,07 13,5 ± 0,55
ЛК-5 20,4 ± 0,77 144 ± 6,58 435 ± 17,8 357 ± 14,0 2,50 ± 0,12 0,61 ± 0,03 7,20 ± 0,35 16,1 ± 0,80
ЛК-10 31,4 ± 1,02 156 ± 8,90 326 ± 13,2 518 ± 29,0 2,10 ± 0,10 3,40 ± 0,14 5,30 ± 0,28 15,0 ± 0,65
ЩК-1 17,3 ± 0,74 68,1 ± 3,05 401 ± 22,5 556 ± 27,0 1,64 ± 0,07 3,01 ± 0,14 2,04 ± 0,10 11,6 ± 0,48
ЩК-2 10,1 ± 3,80 95,0 ± 5,41 239 ± 10,1 406 ± 21,1 2,00 ± 0,10 2,05 ± 0,10 6,70 ± 0,31 15,6 ± 0,70
ЩК-5 2,40 ± 0,09 63,0 ± 2,68 560 ± 31,7 538 ± 26,3 5,50 ± 0,28 3,12 ± 0,13 5,81 ± 0,26 10,3 ± 0,42
ЩК-10 3,10 ± 0,09 26,4 ± 1,05 320 ± 22,5 462 ± 32,2 1,02 ± 0,04 2,14 ± 0,11 8,40 ± 0,35 19,1 ± 1,01
№-ЭДТА-1 60,2 ± 6,17 87,7 ± 4,38 831 ± 52,4 506 ± 23,8 0,41 ± 0,02 2,30 ± 0,12 6,40 ± 0,25 5,60 ± 0,22
№-ЭДТА-2 124 ± 8,71 160 ± 6,56 1419±108 441 ± 22,5 0,36 ± 0,02 1,47 ± 0,07 9,20 ± 0,28 20,1 ± 0,87
Na-ЭДТА-Б 41,8 ± 2,62 210 ± 12,2 482 ± 30,5 512 ± 24,1 2,80 ± 0,12 0,55 ± 0,03 15,1 ± 0,09 30,6 ± 1,08
Na-ЭДТА-Ю 56,2 ± 2,56 143 ± 6,02 581 ± 37,4 344 ± 13,5 0,18 ± 0,01 0,91 ± 0,04 7,80 ± 0,35 24,2 ± 1,02
При полиэлементном загрязнении почвы в условиях воздействия изучаемых хелато-образующих агентов выявлено значительное уменьшение содержания в побегах B. napus РЬ, Cd, Си сравнительно с моноэлементными вариантами загрязнения почвы (табл. 2). Вероятно, понижение накопления связано с конкурентным механизмом транслокации исследуемых элементов в побеги, в частности, с антагонистичным влиянием образуемых комплексов с Zn, так как содержание цинка в почве значительно превышало концентрацию других элементов (Си10^п300 Cdз РЬ32). При полиэлементном загрязнении почвы (1 ПДК) максимальный вынос цинка, меди и свинца побегами В. napus происходило при использовании №-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг [13].
Заключение
Накопление исследуемых элементов побегами B. napus зависело от вида и дозы применяемого хелатообразующего агента. Внесение Na-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг способствовало увеличению содержания меди в побегах B. napus при медном загрязнении почвы в дозе 1 ПДК в 6 раз и в дозе 3 ПДК — в 8 раз относительно контрольного варианта. При цинковом загрязнении почвы (1 и 3 ПДК) максимальное накопление цинка в побегах B. napus зафиксировано при использовании лимонной кислоты и Na-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг. При кадмиевом загрязнении почвы (1 и 3 ПДК) значительная аккумулирующая способность кадмия B. napus зафиксирована при использовании щавелевой кислоты в дозировке 5 ммоль/кг
(содержание Cd увеличивалось по отношению к контролю в 3,9 и 18 раз соответственно). Значительное увеличение содержания свинца при свинцовом загрязнении почвы выявлено при применении Na-ЭДТА в дозировке 2 и 5 ммоль/кг (содержание свинца увеличивалась в 9,8-16,4 раза).
В условиях полиэлементного загрязнения почвы (1 ПДК) наиболее оптимальным эффектором фитоэкстракции Cu, Zn, Pb побегами B. napus является Na-ЭДТА в дозировке 2 ммоль/кг (содержание меди увеличилось в среднем в 4 раза, цинка и свинца — в 2 раза). Повышение накопления кадмия B. napus не наблюдалось.
Библиографический список
1. Башмаков Д.И., Лукаткин А.С. Эколо-го-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений. — Саранск: Изд-во Мордов. унта, 2009. — 236 с.
2. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фито-экстракция тяжелых металлов из загрязненных почв // Агрохимия. — 2003. — № 3. — С. 77-85.
3. Chaney R.L., Malik M., Li Y.M., et al. Phytoremediation of soil metals // Current Opin. Biotechnol. — 1997. — Vol. 8 (3). — P. 279-284.
4. Prasad M.N.V. Metal-tolerant plants: biodiversity prospecting for phytoremediation technology / M.N.V. Prasad, H. Freitas // Trace elements in the environment: biogeo-chemistry, biotechnology, and bioremedia-tion. — Boca Raton, London. — New York: CRC Press, Taylor & Fransis Group, 2006. — Chapter 25. P. 483-506.
5. Peters R.W. Chelant extraction of heavy metals from contaminated soils // J. Hazard Mater. — 1999. — Vol. 66 (1-2). — P. 151-210.
6. Huang J.W.W., Chen J.J., Berti W.R., Cunningham S.D. Phytoremediation of lead contaminated soils — role of synthetic chelates in lead phytoextraction // Env. Sci. Technol.
— 1997. — Vol. 31. — P. 800-805.
7. Kloke A. Richwerte '80, Orientierungsdaten fuer tolerierbare Gesamtgehalte einiger Elemente in Kulturboeden // Mitt. VDLUFA.
— 1980. — Nr. 2. — S. 9-11.
8. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы (ГН 2.1.7.2041-06). — М.: Информ.-издат. центр Госкомсанэпид-надзора России, 2006.
9. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. — М.: Наука, 1968.
— 263 с.
10. Ринькис Г.Я. Методы ускоренного колориметрического определения микроэлементов биологических объектов. — Рига: Зинатне, 1987. — 175 с.
11. Лакин Г.Ф. Биометрия. — М.: Высшая школа, 1990. — 352 с.
12. Дричко В.Ф., Ефремова М.А., Изо-симова А.А. Математическая модель накопления радионуклидов и тяжелых металлов растениями из почвы // Радиационная биология. Радиоэкология. — 2009. — Т. 49. — № 2. — С. 166-171.
13. Койгельдинова М.Т. Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы: автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Новосибирск, 2011. — 20 с.
References
1. Bashmakov D.I., Lukatkin A.S. Ekologo-fiziologicheskie aspekty akkumulyatsii i raspre-deleniya tyazhelykh metallov u vysshikh ras-teniy. — Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2009. — 236 s.
2. Galiulin R.V., Galiulina R.A. Fitoekstraktsiya tyazhelykh metallov iz zagryaznennykh pochv // Agrokhimiya. — 2003. — № 3. — S. 77-85.
3. Chaney R.L., Malik M., Li Y.M., et al. Phytoremediation of soil metals / / Current Opin. Biotechnol. — 1997. — Vol. 8 (3). — P. 279-284.
4. Prasad M.N.V. Metal-tolerant plants: biodiversity prospecting for phytoremediation technology / M.N.V. Prasad, H. Freitas // Trace elements in the environment: biogeo-chemistry, biotechnology, and bioremedia-tion. — Boca Raton, London. — New York: CRC Press, Taylor & Fransis Group, 2006. — Chapter 25. P. 483-506.
5. Peters R.W. Chelant extraction of heavy metals from contaminated soils // J. Hazard Mater. — 1999. — Vol. 66 (1-2). — P. 151-210.
6. Huang J.W.W., Chen J.J., Berti W.R., Cunningham S.D. Phytoremediation of lead contaminated soils — role of synthetic chelates in lead phytoextraction // Env. Sci. Technol.
— 1997. — Vol. 31. — P. 800-805.
7. Kloke A. Richwerte '80, Orientierungsdaten fuer tolerierbare Gesamtgehalte einiger Elemente in Kulturboeden // Mitt. VDLUFA.
— 1980. — Nr. 2. — S. 9-11.
8. Predelno dopustimye kontsentratsii (PDK) khimicheskikh veshchestv v pochve: gigienicheskie normativy (GN 2.1.7.2041-06).
— M.: Inform.-izdat. tsentr Goskomsanepid-nadzora Rossii, 2006.
9. Zhurbitskiy Z.I. Teoriya i praktika vege-tatsionnogo metoda. — M.: Nauka, 1968. — 263 s.
10. Rinkis G.Ya. Metody uskorennogo ko-lorimetricheskogo opredeleniya mikroelemen-tov biologicheskikh obektov. — Riga: Zinatne, 1987. — 175 s.
11. Lakin G.F. Biometriya. — M.: Vysshaya shkola, 1990. — 352 s.
12. Drichko V.F., Efremova M.A., Izo-simova A.A. Matematicheskaya model nako-pleniya radionuklidov i tyazhelykh metallov
rasteniyami iz pochvy / / Radiatsionnaya bio-logiya. Radioekologiya. — 2009. — T. 49. — № 2. — S. 166-171.
13. Koygeldinova M.T. Fitoekstraktsiya tyazhelykh metallov iz iskusstvenno zagryaznennoy temno-kashtanovoy pochvy: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. — Novosibirsk, 2011. — 20 s.
+ + +
УДК 631.618(063)
В.М. Самаров V.M. Samarov
РОЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ В ОПТИМИЗАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КУЗБАССА
ROLE OF AGRICULTURAL RECLAMATION IN OPTIMIZATION OF KUZBASS ENVIRONMENT
Ключевые слова: сельскохозяйственная рекультивация, многолетние злаковые и бобовые травы, нормы высева, количество побегов, высота растений, урожайность.
Земельные ресурсы составляют основу целостности и базис развития любого государства, а при их эффективном и рациональном использовании являются одной из важнейших предпосылок устойчивого развития. Наряду с этим рациональное использование и охрана земельных ресурсов — одна из главных задач любого общества. В условиях Кузбасса основными типами нарушенных земель являются карьерные выемки, сопутствующие им внешние породные отвалы, формирующиеся при открытой добыче угля, поверхности с преобладанием провальных форм рельефа (проседания, провалы, большие трещины, оползни), карьерные выемки отходов обогащенного угля, гидроотвалы. Особенно велика доля нарушенных земель на территории Кузнецкого угольного бассейна. Площадь отработанных земель, которые подлежат рекультивации ежегодно, растут, составляют более 17 тыс. га, то есть 10,4%. По площади пашни на душу населения, равной 0,85 га, Россия входит в первую пятерку стран планеты Земля и в 3,3 раза превышает среднемировой уровень. Кемеровская область среди регионов Западной Сибири является самой малоземельной. На каждого жителя приходится всего 0,4 га пашни. Поэтому сохранение плодородной пашни является в области актуальной задачей.
Keywords: agricultural reclamation, perennial cereal grasses and legume grasses, sowing rates, number of shoots, plant height, yield.
Land resources are the basis of integrity and basis of any nation development and provided they are used efficiently and rationally, they may be one of the most important prerequisite for sustainable development. Besides, the rational use and protection of land resources are one of the main tasks of any society. Under the conditions of the Kuzbass, the main types of disturbed lands are open pits along with external rock dumps which are formed at open coal mining, surfaces with a predominance of failed landforms (subsidence, dips, big cracks, and landslides); borrow excavations filled with upgraded coal wastes, and sludge ponds. The proportion of disturbed lands is particularly high in the territory of the Kuznetsk coal basin. The area of disturbed lands which are subject to reclamation is growing from year to year, and at present is more than 17 thousand ha, or 10.4%. According to the area of arable land per capita of 0.85 ha, Russia is among the top five countries of the world; this is 3.3 times higher than the average world level. The Kemerovo Region is considered to have insufficient arable lands among the regions of West Siberia. There are 0.4 ha of arable land only per each inhabitant. Therefore, the preservation of fertile arable land is an important task.
Самаров Виктор Моисеевич, д.с.-х.н., проф., каф. земледелия и растениеводства, Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт. E-mail: agriculture@ksai.ru.
Samarov Viktor Moiseyevich, Dr. Agr. Sci., Prof., Chair of Agriculture and Crop Production, Kemerovo State Agricultural Institute. E-mail: agricul-ture@ksai.ru.
