CC BY
63
УДК 634.0.5:582.475.2
ВЛИЯНИЕ ЭДТА НА ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СУБСТРАТЕ И ИХ НАКОПЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ
И.Е. Автухович, д.с. -х.н., Д.А. Постников, д.с. -х.н. РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Хелатообразующий агент ЭДТА был внесен в субстрат, составленный на основе осадков сточных вод под растения. Выявлено, что ЭДТА имеет высокую стабильность в субстрате, повышает биодоступность меди и цинка и их накопление растениями. В конце эксперимента зарегистрировано явление антагонизма между ионами цинка и меди, вследствие частичного разрушения металл-ЭДТА комплексов.
Ключевые слова: осадки сточных вод, субстрат, тяжелые металлы, ЭДТА, фиторемедиация.
INFLUENCE OF EDTA ON METALS BEHAVIOR IN THE SUBSTRATE AND IT'S ACCUMULATION BY PLANTS I.E. Avtukhovich, D.A. Postnikov
Chelating agent EDTA was applied to the substrate, composed on the basis of sewage sludge, under the plants. It is revealed, that EDTA has high stability in the substrate, increased bioavailability of zinc and copper and their accumulation by plants. By the end of experiment the antagonism phenomenon between ions of zinc and copper is registered due to partial destruction of metal-EDTA complexes.
Keywords: sewage sludge, substrate, heavy metals, EDTA, phytoremediation.
Осадки сточных вод (ОСВ) применяют в сельском и лесном хозяйстве, в озеленении, а также в качестве наполнителя и дешевого агрохимиката. Однако при их длительном применении даже при содержании в них тяжелых металлов (ТМ) ниже предельно-допустимых уровней, опасность загрязнения сохраняется [1]. Результаты балансовой оценки вклада отдельных источников в общий уровень загрязнения почв Московской области ТМ, проведенной Центральным научно-исследовательским институтом агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО), свидетельствуют о наибольшем вкладе ОСВ, по сравнению с другими источниками загрязнения [2]. Исходя из этого, экологизация работы очистных сооружений - одно из стратегических направлений. Составной частью ее служит поиск и применение технологий реме-диации (очистки и восстановления) осадков сточных вод и продуктов, составленных на их основе [3].
Фитоэкстракция - разновидность ремедиации и представляет собой длительное выращивание непищевых растений на загрязненном субстрате с целью извлечения из него поллютантов. Для повышения эффективности этого процесса применяют различные хелато-образующие агенты. Хелатообразующие агенты повышают биодоступность металлов в субстрате и играют роль транспортного средства в растениях, что способствует увеличению выноса металлов их биомассой.
По заказу Истринского водоканала Московской области в 2010-2012 гг. были проведены исследования на полевом участке Истринских очистных сооружений в условиях открытого грунта. Цель - испытание биологического метода очистки органоминерального субстрата на основе ОСВ от тяжелых металлов. В качестве растения-аккумулятора тяжелых металлов использовали сафлор красильный (Carthamus tinctorius L.) сорта Шифо, образующий большую биомассу.
Хелатообразующий агент - динатриевая соль эти-лендиаминтетрауксусной кислоты (Na2ЭДТА) (далее ЭДТА) применяли в различных дозах (1; 3 и 6 ммоль/кг
грунта) и кратности внесения (однократно и ежегодно).
Эксперимент проводили в четырехкратной повтор-ности. Внесение ЭДТА в грунт осуществляли в вариантах с III по VIII в дозах соответственно 1; 3 и 6 ммоль/кг летом 2010 г. однократно. В вариантах с IX по XIV - в тех же дозах - ежегодно (летом 2010, 2011 и 2012 гг.) по схеме, в 2012 г принявшей вид: I - контроль, II - контроль с растениями, III - ЭДТА 1, IV -растения + ЭДТА 1, V - ЭДТА 3, VI - растения + ЭДТА 3, VII - ЭДТА 6, VIII - растения + ЭДТА 6, IX - ЭДТА 1 + 1 + 1, X - растения + ЭДТА 1 + 1 + 1, XI - ЭДТА 3 + 3 + 3, XII - растения + ЭДТА 3 + 3 + 3, XIII - ЭДТА 6 + 6 + 6, XIV - растения + эДтА 6 + 6 + 6.
После завершения каждого экспериментального сезона (2010, 2011 и 2012 гг.), высушенные растения и субстрат взвешивали и анализировали на содержание Pb, Cd, Cu и Zn на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Perkin Elmer». В грунте определялись валовые и доступные формы металлов. Подготовку проб для исследования грунта ризосферы осуществляли по зарубежной методике [4]. Статистическую обработку результатов исследований производили по методике [5] с использованием программ STATISTICA и MS Excel.
Исследуемый субстрат представлял собой термофильно-ферментированный осадок сточных вод в смеси с древесными опилками (2:1).
Содержание общего азота в субстрате составило 2,35%, общего фосфора - 0,48%, общего калия - 0,25%, рН 6,2. Валовое содержание химических элементов составило: Pb - 19, 30 мг/кг; Cd - 3,45; Co - 1,56; Cu -164,6; Zn - 587,0; Al - 6260; As - 1,57 мг/кг.
В результате исследований выявлено, что содержание доступных металлов Cu и Zn в субстрате всех вариантов возрастает по мере увеличения доз ЭДТА (рис. 1 и 2). Увеличение содержания доступных металлов в грунте под действием ЭДТА подтверждается в работах [6, 7].
Хелатообразующий агент ЭДТА проявил высокую устойчивость в природе, продолжая увеличивать подвиж-
Рис. 1. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на содержание доступной ^ в субстрате
Рис. 2. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на содержание доступного Zn в субстрате
500
475
450
425
400
375
350
о 325
8 300
275
й 250
225
ю 200
175
150
125
100
75
50
25
0
X
II с. II к. IV сГУ к. VI с.У1 к. VIII сУШ к.Х с.Х к. XII сХП к. XIV с.XIV к.
Рис. 3. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на накопление ^ стеблями и корнями (к.) растений сафлора
ность металлов в субстрате, оказывая влияние на показатели продуктивности растений и накопление ими ТМ, даже на третий год после его однократного внесения. Однако в конце эксперимента в вариантах с однократным внесением ЭДТА зарегистрировано явление антагонизма между высвободившимися ионами Си+2 и Zn2+ при поступлении в растения, вследствие частичного разрушения металл-ЭДТА комплексов.
Рис. 4. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на накопление Zn стеблями и корнями (к.) растений сафлора
Так, в 2012 г ризосферный грунт вариантов II, IV, VI и VIII (рис. 1) оказался обеднен доступной медью по сравнению с неризосферным грунтом вариантов I, III, V и VII. При этом в вариантах II, IV, VI и VIII медь накапливалась преимущественно корнями растений по сравнению со стеблями (рис. 3). Это свидетельствует об интенсивном поглощении меди корнями растений из ризо-сферного грунта вариантов II, IV, VI и VIII.
В противоположность этому отмечено несколько более высокое содержание доступного Zn в ризосферном грунте вариантов II, IV, VI и VIII (рис. 2), по сравнению с грунтом без влияния растений вариантов I, III, V и VII. Закономерность по преимущественному накоплению цинка корнями или стеблями растений вариантов II, IV, VI и VIII не выражена (рис. 4).
В вариантах IX-XIV, где ЭДТА вносили трехкратно, отмечено существенное увеличение накопления металлов растениями по сравнению с вариантами П-VШ с однократным внесением ЭДТА (рис. 3 и 4).
В вариантах X и XII грунт ризосферы наиболее значительно обеднен доступными Си и Zn по сравнению с неризосферным грунтом вариантов IX и XII (рис. 1 и 2), что совпадает с резким увеличением накопления этих металлов растениями (рис. 3 и 4).
Увеличение биодоступности металлов в грунте под действием ЭДТА сопровождается повышением накопления их растениями. Таким образом, наиболее эффективными по аккумуляции цинка и меди оказались варианты X и XII - с ежегодным внесением ЭДТА в дозах 1 и 3 ммоль/кг грунта. В этих вариантах также отмечены наилучшие показатели продуктивности растений, что способствовало повышению общего выноса всех металлов растениями [6].
В условиях эксперимента препарат ЭДТА в дозе 6 ммоль/кг грунта оказался токсичным для сафлора, особенно при ежегодном его внесении, что проявилось в виде хлороза листьев и снижении биомассы растений [6]. Это послужило уменьшению общего выноса всех металлов растениями варианта XIV.
Суммарный вынос Си за три года в вариантах IV, VI, VIII, X, XII и XIV составил соответственно 119,8%; 118,4; 83,2; 210; 213,5 и 132% по сравнению с контрольным вариантом II.
Общий вынос Zn в перечисленных вариантах составил соответственно: 129,9%; 127,5; 111,5; 204,6; 225,3 и 190,1% по сравнению с контролем.
Таким образом, хелатообразующий агент ЭДТА увеличивает доступность металлов в субстрате, повышает их накопление растениями и, при определенных дозах, а также способах внесения, улучшает показатели жизнедеятельности растений.
Литература
1. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экоток-сикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. - М.: Авторск. редакц., 1999. - 175 с.
2. Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение // Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 4. - С. 8-16.
3. Башкин В.Н., Завалин А.А., Жеребцова Г.П., Прохоров И.С., Карпова Д.В. и др. Программа первоочередных
мероприятий по оздоровлению городских почв. - М.: Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, 2004. - 198 с.
4. Clegg S., Gobran G.R. Rhizospheric P and K in forest soil manipulated with ammonium sulphate and water // Can. J. Soil Sci., 1997. - P. 525-533.
5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агро-промиздат, 1985. - 552 с.
6. Автухович И.Е., Постников Д.А. Ремедиация грунтов. Индуцированная фитоэкстракция. Saarbrucken, Germany: Palmarium academic publishing, 2013. - 92 с.
7. Галиулин Р.В., Галиулина Р.Р., Башкин В.Н. Влияние эффекторов фитоэкстракции на ферментативную активность почвы, загрязненной тяжелыми металлами // Агрохимия, 1998, № 7. - С. 77-86.
УДК 631.81.095.337
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ
П.А. Яковлев, И.В. Верниченко, д.б.н., Л.С. Большакова, к.б.н. РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
В статье представлены результаты вегетационного опыта по изучению протекторного действия селена, кремния и цинка к стрессовым факторам (нарастающая почвенная засуха) на примере зерновых культур пшеницы и тритикале. Ключевые слова: почвенная засуха; селен; кремний; цинк; пшеница; тритикале; продуктивность; вегетационный опыт.
INFLUENCE OF SEED TREATMENT BY MICROELEMENTS ON THE SPRING CEREALS YIELD
UNDER DROUGHT CONDITIONS P.A. Yakovlev, I.V. Vernichenko, L.S. Bol'shakova
The results of pot experiments of the protective effect of selenium, silicon and zinc to increasing soil drought are shown for cultivars of spring wheat and spring triticale.
Keywords: soil drought; selenium; silicon; zinc; wheat; triticale; productivity; pot experiment.
Изменение климата в последние годы, прежде всего в сторону засухи, приводит к дефициту запасов почвенной влаги и высоким температурам [1, 2]. Отсюда возникают потери продуктивности зерновых культур, которые необходимо снижать.
В 2009-2010 гг. проводили мелкоделяночные полевые опыты с яровыми пшеницей и тритикале на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Площадь делянки 5 м2. Повторность опыта 4-кратная. Норма высева 4,5 млн. всхожих семян на 1 га. Почва опытного участка слабокислая (рНкс1 5,3), содержание подвижных форм фосфора и калия на уровне V и IV класса соответственно. Изучали влияние разных уровней азотного питания на продуктивность различных сортов опытных культур. Схема опыта включала три варианта по уровню азотного питания: 1) фон - ^7Р24К51 в виде комплексного удобрения в основное внесение; 2) фон + N30 по всходам; 3) фон + N3(5 по всходам + N3(5 в фазе кущения. Дополнительные дозы азота вносили в форме NN^N0^ Годы проведения полевых опытов крайне различались по условиям увлажнения. Если 2009 г. практически не отличался от средних многолетних данных по выпавшим осадкам и температуре воздуха, то 2010 г. был экстремально жарким и засушливым, что позволило получить
данные, указывающие на негативное влияние почвенной засухи и аномально высоких температур в период налива и созревания зерна на продуктивность опытных культур.
Из таблицы 1 видно, что в 2010 г урожайность всех трех сортов яровой тритикале и одного сорта пшеницы резко снижалась (в 2-4 раза) по сравнению с предыдущим годом. 2010 г в период налива и созревания зерна отличался выраженной почвенной засухой. Отдельные сорта тритикале различались по засухоустойчивости. Урожайность сорта 131/7 в наибольшей степени снижалась при воздействии засушливых условий. Сорта Укро и Legalo были более устойчивы к засухе и существенно превышали по этому показателю растения пшеницы. Дополнительные дозы азота в засушливых условиях способствовали снижению продуктивности обеих культур. Аналогичное снижение засухоустойчивости при повышенном уровне азотного питания было установлено ранее для растений пшеницы в исследованиях одного из авторов данной работы [3].
В связи с этим перед нами была поставлена задача изучить пути для снижения отрицательного влияния дефицита почвенной влаги на продуктивность зерновых культур. Один из путей решения этой проблемы - применение отдельных микроэлементов (МЭ), повышающих устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. Исследования последних лет
