CC BY
9
Оригинальная статья / Original article УДК 504.054; 631.8
DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021 -11 -2-228-235
Влияние гумусовых кислот низинного торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы при комплексном загрязнении тяжелыми металлами
© Т.А. Кирдей
Ивановская государственная сельскохозяйственная академия им. Д.К. Беляева, г. Иваново, Российская Федерация
Рузюме: Фиторемедиация является перспективной технологией очистки почвы и воды от тяжелых металлов. Несмотря на свидетельства повышения накопления тяжелых металлов культурными растениями под влиянием природных комплексообразователей - гумусовых кислот, их эффективность в фиторемедиации остается малоизученной. В связи с этим цель настоящей работы состояла в выяснении особенностей влияния препарата гумусовых кислот торфа на реме-диационный потенциал растений пшеницы (Triticum aestivum L.) при комплексном загрязнении тяжелыми металлами. Влияние полиметаллического загрязнения на ремедиационные свойства пшеницы изучали в модельных вегетационных экспериментах с использованием водной культуры. Растения выращивали на питательном растворе Хогланда. Комплексное действие тяжелых металлов создавали при использовании 10 мкмоль/л CdSO4, 25 и 50 мкмоль/л CuSO4, 500 и 1000 мкмоль/л Pb(NO3)2 в различных сочетаниях с добавлением препарата гумусовых кислот торфа (0,005%) или без него. Фиторемедиационную эффективность препарата гумусовых кислот определяли по выносу тяжелых металлов в фазу колошения пшеницы. В результате исследований установлено, что фиторемедиационная эффективность препарата гумусовых кислот определяется как усилением поглощения тяжелых металлов, так и снижением их токсического действия на растения. При комплексном загрязнении раствора тяжелыми металлами, которое характеризовалось высокой токсичностью, в вариантах с добавлением гумусовых кислот накопление растениями пшеницы меди и кадмия повысилось в 1,2-2,5 раза. Данные свидетельствуют о возможности использования препарата гумусовых кислот торфа в фиторемедиационных технологиях в качестве эффектора фитоэкстракции тяжелых металлов.
Ключевые слова: пшеница, гумусовые кислоты, тяжелые металлы, свинец, кадмий, медь, фито-ремедиация
Для цитирования: Кирдей Т.А. Влияние гумусовых кислот низинного торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы при комплексном загрязнении тяжелыми металлами. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 2. С. 228-235. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-2-228-235
Influence of humic acids in lowland peat on the remediation properties of wheat plants against heavy metal contamination
Tatiana A. Kirdey
Ivanovo State Agricultural Academy by D.K. Belyaev, Ivanovo, Russian Federation
Abstract: Phytoremediation is a promising technology for removing heavy metals from soil and water. Despite the pronounced increase in heavy metal accumulation by cultivated plants under the influence of naturally occurring complexing agents, such as humic acids, their efficiency in phytoremediation has been poorly studied. In this regard, the aim of this work is to elucidate the effect of peat humic acid formulations on the remediation potential of wheat plants (Triticum aestivum L.) against heavy metal contamination. The influence of polymetallic pollution on the remediation properties of wheat was studied in model vegetation experiments using a culture solution. Plants were grown in a Hoagland nutrient solution. A complex exposure to heavy metals was simulated using 10 ymol/L CdSO4, 25 and 50 ymol/L CuSO4, 500 and 1000 ymol/L Pb(NO3)2 in various combinations with or without the addition of a peat humic acid formulation (0.005%).
The phytoremediation efficiency of the humic acid formulation was determined by the removal of heavy metals during the heading stage of wheat growth. The research results showed that the phytoremediation efficiency of the humic acid formulation is defined by both an increase in the absorption of heavy metals and a decrease in their toxic action on the plants. In the case of mixed contamination of the solution with highly toxic heavy metals, the samples with humic acids showed a 1.2-2.5-fold increase in the accumulation of copper and cadmium by wheat plants. The data demonstrates the possibility of using the formulation of peat humic acids in phytoremediation technologies as an effector of heavy metal phytoextraction.
Keywords: wheat, humic acids, heavy metals, lead, cadmium, copper, phytoremediation
For citation: Kirdey TA. Influence of humic acids in lowland peat on the remediation properties of wheat plants against heavy metal contamination. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021;11(2):228-235. (In Russian) https://doi. org/10.21285/2227-2925-2021-11 -2-228-235
ВВЕДЕНИЕ
Химическое загрязнение окружающей среды, вызванное ростом производства различных химических соединений, развитием промышленности и транспорта, отсутствием эффективных систем очистки выбросов, использованием устаревшего оборудования и несовершенных технологий, приводит к нарушению сбалансированного, устойчивого существования экосистем, снижению их продуктивности, видового разнообразия, что является мощным фактором разрушения биосферы. Тяжелые металлы (ТМ) являются особо опасными загрязнителями, так как проявляют свойства экотоксикантов, обладают высокой токсичностью в небольших концентрациях и кумулятивным эффектом [1, 2]. При этом часто встречается комплексное загрязнение ТМ. Среди наиболее распространенных ТМ выделяются свинец, кадмий, медь [3].
Эффективную очистку почвы и воды от ТМ обеспечивают фиторемедиационные технологии [4-8]. Основными направлениями фиторемедиа-ции являются: фитоэкстракция, включающая поглощение, накопление и удаление загрязняющих ионов; фитофильтрация с использованием проростков; фитодеградация; фитостабилизация и фитоиспарение [9].
Для фитоэкстракции ТМ обычно используют растения, которые называются гипераккумуляторами, так как они накапливают загрязняющие ионы в количестве более 1% сухой надземной массы, что превышает накопление обычными растениями в 100 раз. Но такие растения, как правило, характеризуются невысокой скоростью роста и низкой массой [10]. Культурные растения в основном не являются гипераккумуляторами ТМ, но имеют способность поглощать эти ионы, а также характеризуются интенсивной скоростью накопления биомассы [11]. Растения, которые накапливают загрязняющие ионы преимущественно в корневой системе [5], могут, очевидно, найти применение в технологиях ризофильтра-ции [12].
С целью усиления накопления ТМ растениями
применяют синтетические хелаторы, например, этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА) [13], что небезопасно для живых организмов и окружающей среды. Несмотря на свидетельства повышения накопления растениями тяжелых металлов под влиянием природных комплексообразо-вателей - гумусовых кислот [14-16], их эффективность в фиторемедиации остается малоисследованной. Перспективными являются препараты гумусовых кислот торфа в связи со значительными запасами этого возобновляемого природного ресурса [17].
В связи с этим цель работы заключалась в изучении особенностей влияния препарата гумусовых кислот торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы (Triticum aestivum L.) в условиях комплексного загрязнения тяжелыми металлами.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В исследованиях использовали препарат гумусовых кислот (ГФК), полученный из низинного торфа [18]. Гумусовые кислоты торфа характеризуются высокой оксилительно-восстано-вительной, поверхностной, антиоксидантной активностью1. В качестве объекта исследований выбрана яровая пшеница (Triticum aestivum L.; сорт Приокская) как представитель культурных растений - «исключателей» токсичных ионов [5].
Исследования включали вегетационные эксперименты с использованием водной культуры. Семена проращивали на растворах солей ТМ (10 мкмоль/л CdSO4, 25 и 50 мкмоль/л CuSO4, 500 и 1000 мкмоль/л Pb(NOз)2) с добавлением препарата гумусовых кислот (0,01%) или без него в соответствии со схемой опыта (табл. 1).
Концентрации солей ТМ выбраны по результатам предшествующих экспериментов как не вызывающие гибель растений в течение вегетации. Затем 7-дневные проростки высаживали на 1-литровые сосуды (по 4 растения) с питательным раствором Хогланда (1/4 нормы) [19] с добавлением солей ТМ и ГФК (0,005%) в соответствии со схемой опыта. Для приготовления
1Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гуминовых кислот: дис. Москва, 2000. 360 с.
д-ра хим. наук: 02.00.02.
Таблица 1. Сухая масса побегов (г/растение) Table 1. Shoots dry mass (g per plant)
Вариант Кущение Трубкование Колошение
1. Контроль 0,96±0,08 3,57±0,06 7,10±0,10
2. ГФК 1,27±0,08 4,10±0,010 8,35±0,06
3. CdSO4 10 мкмоль/л 0,45±0,06 2,52±0,05 4,05±0,15
4. CdSO4 10мкмоль/л + ГФК 0,54±0,03 2,86±0,06 4,80±0,05
5. CuSO4 25 мкмоль/л 0,51±0,03 1,12±0,07 1,63±0,05
6. CuSO4 25 мкмоль/л + ГФК 0,80±0,04 1,70±0,13 2,10±0,11
7. CuSO4 50 мкмоль/л 0,28±0,03 0,66±0,05 0,90±0,14
8. CuSO4 50 мкмоль/л + ГФК 0,41±0,04 0,85±0,04 1,30±0,10
9. Pb(NO3)2 500 мкмоль/л 0,55±0,08 2,36±0,06 4,20±0,08
10. Pb(NO3)2 500 мкмоль/л + ГФК 0,70±0,04 2,50±0,02 4,90±0,18
11. Pb(NO3h 1000 мкмоль/л 0,49±0,05 1,29±0,05 3,37±0,05
12.Pb(NO3)2 1000 мкмоль/л + ГФК 0,47±0,03 1,42±0,09 3,70±0,05
13. Pb(NO3)2 500 + CdSO410 мкмоль/л 0,20±0,04 0,61±0,09 0,92±0,09
14. Pb(NO3h 500+CdSO4 10 мкмоль/л + ГФК 0,22±0,02 0,74±0,04 1,30±0,07
15. Pb(NO3h 1000+CdSO410 мкмоль/л 0,08±0,02 0,32±0,09 0,56±0,06
16. Pb(NO3h 1000+CdSO410 мкмоль/л + ГФК 0,11±0,04 0,47±0,05 0,84±0,04
17. Pb(NO3h 500+CuSO4 25 мкмоль/л 0,20±0,03 0,27±0,04 0,34±0,04
18. Pb(NO3h 500+CuSO425 мкмоль/л + ГФК 0,35±0,04 0,38±0,04 0,42±0,06
19. Pb(NO3h 1000 + CuSO4 50 мкмоль/л 0,15±0,04 0,16±0,03 0,17±0,04
20. Pb(NO3h 1000 + CuSO450 мкмоль/л + ГФК 0,20±0,03 0,22±0,03 0,24±0,04
21. CdSO4 10+CuSO425 +Pb(NO3)2 500 мкмоль/л 0,05±0,00 0,08±0,04 0,10±0,03
22. CdSO410+CuSO425 +Pb(NO3)2 500 мкмоль/л + ГФК 0,05±0,01 0,09±0,02 0,11±0,00
23. CdSO410+CuSO450 +Pb(NO3h 1000 мкмоль/л 0,02±0,00 0,03±0,01 0,06±0,02
24. CdSO4 10+CuSO450 +Pb(NO3)2 1000 мкмоль/л + ГФК 0,03±0,01 0,04±0,02 0,10±0,02
Примечание. Приведены средние значения и их стандартные отклонения; жирным шрифтом выделено статистически значимое влияние ГФК при р < 0,01.
раствора использовали химически чистые соли и водопроводную воду. Контрольные растения выращивали на питательном растворе без ТМ и ГФК. Норму питательной смеси увеличивали в соответствии с ростом растений до 1/2 и полной нормы. Смену раствора производили каждые 7 дней. Пробы растений отбирали по фазам развития контрольных растений - в фазе кущения убирали по два растения с сосуда, в фазах труб-кования и колошения - по одному. Повторность в опыте - 4-х кратная. Определяли сырую и сухую массу побегов и корней растений. Содержание ТМ в тканях растений анализировали на атомно-абсорбционном спектрометре Shimadzu-680.
За коэффициент взаимодействия ТМ принимали отношение их содержания (мг/кг сухой массы) при комплексном действии к содержанию при раздельном применении.
При расчете коэффициента фиторемедиаци-онной эффективности ГФК определяли соотношение выноса ТМ растениями (мг/растение), выращенными в присутствии ГФК и без ГФК.
При статистической обработке результатов применяли ранговый дисперсионный анализ Краскела - Уоллиса.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
При комплексном действии свинца и меди, свинца и кадмия, а также всех изучаемых ТМ наблюдалось усиление их токсичности по сравнению с раздельным действием (рисунок, см. табл. 1).
Внешний вид растений при раздельном и комплексном действии кадмия и свинца на растения пшеницы: слева направо - 10 мкМ CdSO4; 1000 мкМ Pb(N03h; 10 мкМ CdS04+1000 мкМ Pb(NO3)2 (в двух сосудах)
Wheat plant appearance under separate and complex cadmium and lead action: from left to right - 10 mcmol CdS04; 1000 mcmol Pb(N03h; 10 mcmol CdS04+1000 mcmol Pb(N03)2 (two vessels)
Токсичность тяжелых металлов оценивали по снижению массы побегов растений относительно контроля. Наиболее токсичным оказалось комплексное действие меди, кадмия и свинца: растения фактически оставались на стадии проростков до фазы колошения контрольных растений. Масса опытных растений была ниже контрольных более чем в 100 раз (см. табл. 1). При
комплексном действии кадмия и свинца масса опытных растений снизилась в 5-12 раз, при действии меди и свинца - в 5-40 раз по сравнению с контрольными растениями. Совместное действие свинца и меди на момент уборки опыта оказалось примерно в 3 раза более токсичным, чем свинца и кадмия.
Препарат ГФК торфа снизил фитотоксич-ность кадмия на 13-19%, меди - на 29-52%, свинца - на 6-16%. Протекторное действие ГФК при комплексном действии ТМ оказалось слабее, чем при раздельном: к моменту уборки опыта эффективность ГФК доказана статистически только при совместном действии 500 мкмоль Pb(NO3)2 и 10 мкмоль CdSO4 (биомасса растений повысилась в 1,4 раза относительно варианта без ГФК). По-видимому, защитное действие ГФК снижено в связи с высокой токсичностью смесей ТМ. Тем не менее протекторное действие ГФК может иметь значение в фиторемедиационных технологиях, так как снижение токсичности ТМ приводит к увеличению их выноса.
Значения коэффициента взаимодействия ТМ свидетельствуют об усилении поглощения ТМ при их совместном действии (табл. 2). Причем практически во всех вариантах комплексного применения ТМ в наибольшей степени увеличилось содержание свинца в побегах растений (в 5-34 раза) по сравнению с раздельным действием.
Ремедиционный потенциал растений определяется их способностью удалять (выносить) поллютанты из среды роста (табл. 3).
Очевидно, что снижение ремедиационной способности растений при комплексном действии ТМ по сравнению с раздельным обусловлено усилением токсичности. Высокая токсичность приводит к снижению массы и, соответственно, к снижению выноса ТМ. Например, вынос кадмия побегами растений пшеницы при комплексном действии Pb(NO3)2 и CdSO4 оказался на порядок ниже выноса при их раздельном действии, хотя содержание элемента в растени-
ях (мг/кг сухой массы) увеличилось при комплексном действии в 3-5 раз по сравнению с раздельным. Вынос меди побегами растений также существенно снизился при комплексном действии 1000 мкмоль Pb(NO3)2 и 50 мкмоль CuSO4 - в 38 раз по сравнению с раздельным. Вынос свинца при комплексном действии 500 мкмоль Pb(NO3)2 и 10 мкмоль CdSO4 или 25 мкмоль CuSO4 снизился в 4,7 и в 1,7 раз соответственно. Самый низкий вынос ТМ наблюдался при действии самой токсичной смеси -смеси солей меди, кадмия и свинца.
Вынос ТМ корневой системой растений пшеницы может иметь значение для фиторемедиа-ционных технологий, предусматривающих удаление корневой системы с последующей утилизацией или извлечением ТМ. При комплексном действии ТМ вынос кадмия корневой системой пшеницы был выше в 3-7 раз, меди - в 5-7 раз, свинца - в 9-84 раза по сравнению с побегами. При комплексном действии нитрата свинца и солей кадмия или меди вынос кадмия корнями растений был ниже в 1,5-1,7 раз, меди - в 4-7,7 раза по сравнению с раздельным действием.
Таким образом, при комплексном загрязнении ТМ ремедиационная способность растений пшеницы снижется в связи с усилением токсичности смеси ТМ.
В присутствии ГФК вынос меди побегами растений пшеницы увеличился в 1,4 раза при 25 мкмоль CuSO4, в 1,3 раза - при комплексном действии 50 мкмоль CuSO4 и 1000 мкмоль Pb(NO3)2, и в 2,3 раза - при комплексном действии солей меди, кадмия и свинца (табл. 4). Препарат ГФК повысил вынос кадмия побегами растений в 1,2-1,8 раза при комплексном действии CdSO4 и Pb(NO3)2 и в 2,5 раза - в присутствии солей меди, кадмия и свинца. Существенный эффект ГФК в отношении накопления свинца побегами растений наблюдался при 1000 мкмоль Pb(NO3)2 - вынос увеличился почти в 7 раз.
Таблица 2. Коэффициент взаимодействия тяжелых металлов
Table 2. Heavy metals interaction coefficient
Вариант Побеги Корни
Cu Cd Pb Cu Cd Pb
13. Pb(NO3)2 500 + CdSO410 мкмоль/л - 3,24 0,83 - 2,5 27,5
14. Pb(NO3)2 500 + CdSO4l0 мкмоль/л + ГФК - 5,61 0,68 - 5,67 9,63
15. Pb(NO3)2 1000 + CdSO4 10 мкмоль/л - 5,54 16,40 - 4,32 3,19
16. Pb(NO3)2 1000 + CdSO4 10 мкмоль/л + ГФК - 5,30 0,59 - 5,41 5,11
17. Pb(NO3)2 500 + CuSO4 25 мкмоль/л 2,81 - 5,20 1,18 - 29,05
18. Pb(NO3)2 500 + CuSO4 25 мкмоль/л + ГФК 1,38 - 2,19 0,68 - 5,97
19. Pb(NO3)2 1000 + CuSO4 50 мкмоль/л 0,11 - 34,4 1,48 - 0,82
20. Pb(NO3)2 1000 + CuSO4 50 мкмоль/л + ГФК 1,30 - 1,47 1,12 - 3,52
21. CdSO4 10 + CuSO4- 25 + Pb(NO3)2 500 мкмоль/л 1,28 3,78 5,20 - - -
22. CdSO4 10 + CuSO4 25 + Pb(NO3)2 500 мкмоль/л+ ГФК 2,59 7,88 0,66 - - -
Таблица 3. Вынос ТМ растениями пшеницы в фазу колошения (мг/растение) Table 3. Heavy metals accumulation by wheat plants in earing phase (mg per plant)
Вариант Cu Cd Pb
1. Контроль 0,001±0,001/ 0,141 ±0,013 0,005±0,001/ 0,001±0,000 0,518±0,027/ 0,097±0,008
2. ГФК 0,002±0,001/ 0,221±0,016 0,003±0,000/ 0,003±0,000 0,710±0,012/ 0,140±0,009
3. CdSO4 10 мкмоль/л - 0,102±0,006/ 0,133±0,011 -
4. CdSO4 10мкмоль/л + ГФК - 0,018±0,002/ 0,100±0,010 -
5.CuSO4 25 мкмоль/л 0,031±0,003/ 0,349±0,028 - -
6. CuSO4 25 мкмоль/л + ГФК 0,043±0,003/ 0,626±0,005 - -
7. CuSO4 50 мкмоль/л 0,528±0,010/ 0,383±0,016 - -
8. CuSO4 50 мкмоль/л + ГФК 0,054±0,005/ 0,625±0,048 - -
9. Pb(NO3)2 500 мкмоль/л * - 0,236±0,012/ 0,222±0,079
10. Pb(NO3)2 500 мкмоль/л + ГФК - - 0,182±0,012/ 1,661±0,063
11. Pb(NO3)2 1000 мкмоль/л - - 0,032±0,003/ 8,404±0,733
12.Pb(NO3)21000 мкмоль/л + ГФК - - 0,213±0,011/ 1,266±0,056
13. Pb(NO3)2 500 + CdSO410 мкмоль/л - 0,015±0,002 /0,077±0,006 0,051±0,008/ 2,849±0,086
14. Pb(NO3)2 500 + CdSO4 10 мкмоль/л + ГФК - 0,027±0,002/ 0,115±0,035 0,037±0,006/ 1,820±0,051
15. Pb(NO3)2 1000 + CdSO4-10 мкмоль/л - 0,013±0,002/ 0,086±0,003 0,131±0,016/ 10,980±1,324
16. Pb (NO3)2 1000 + CdSO4 10 мкмоль/л + ГФК - 0,016±0,001/ 0,080±0,004 0,041±0,004/ 2,541±0,553
17. Pb(NO3)2 500 + CuSO425 мкмоль/л 0,024±0,004/ 0,087±0,006 - 0,140±0,014/ 2,150±0,087
18. Pb(NO3)2 500 + Cu SO4 25 мкмоль/л + ГФК 0,015±0,001/ 0,069±0,003 - 0,061±0,011/ 0,827±0,042
19. Pb(NO3)2 1000 + CuSO4 50 мкмоль/л 0,014±0,001/ 0,050±0,002 - 0,138±0,009/ 1,256±0,090
20. Pb(NO3)2 1000 + CuSO450 мкмоль/л + ГФК 0,018±0,001/ 0,053±0,003 - 0,048±0,007/ 0,636±0,041
21. CdSO4 10 + CuSO4 25+ Pb (NO3)2 500 мкмоль/л 0,003±0,000/ - 0,002±0,000/ - 0,042±0,006/ -
22. CdSO410 + CuSO425+ Pb(NO3)2 500 мкмоль/л + ГФК 0,007±0,001/ - 0,005±0,001/ - 0,004±0,001/ -
Примечание. В числителе - побеги, в знаменателе - корни. Приведены средние значения и их стандартные отклонения. Жирным шрифтом выделено статистически значимое влияние ГФК при р < 0,01.
Вынос меди корневой системой растений пшеницы в присутствии ГФК увеличился в 1,6 и 1,8 раза при 50 и 25 мкмоль CuSO4 соответственно, кадмия - в 1,5 раза при комплексном действии 500 мкмоль Pb(NO3)2 и 10 мкмоль CdSO4.
Таким образом, проявление фиторемедиа-ционной эффективности ГФК неоднозначно и зависит от многих факторов. По-видимому, более высокая фиторемедиационная эффективность ГФК проявляется при меньшей токсично-
сти ТМ. Важно учитывать, что фиторемедиа-ционная эффективность ГФК определяется как усилением поглощения ТМ, так и снижением их токсического действия на растения. При полиметаллическом загрязнении, которое характеризуется высокой токсичностью, препарат гумусовых кислот торфа повысил фиторемедиа-ционный потенциал побегов пшеницы в отношении меди в 1,3-2,3 раза, кадмия - в 1,2-2,5 раза, и снизил примерно в 3 раза в отношении свинца.
Таблица 4. Коэффициент фиторемедиационной эффективности ГФК Table 4. HFA phytoremediation efficacy coefficient
Вариант Cu Cd Pb
Побеги
4. CdS04 10 мкмоль/л + ГФК - 0,18±0,01 -
6. CuS04 25 мкмоль/л + ГФК 1,36±0,04 - -
8. CuS04 50 мкмоль/л + ГФК 0,10±0,01 - -
10. Pb(N03)2 500 мкмоль/л + ГФК - - 0,77±0,01
12. Pb(N03)2 1000 мкмоль/л + ГФК - - 6,66±1,23
14. Pb(N03)2 500 + CdS0410 мкмоль/л + ГФК - 1,80±0,25 0,73±0,05
16. Pb(N03)2 1000 + CdS04 10 мкмоль/л + ГФК - 1,23±0,30 0,31±0,02
18. Pb(N03)2 500 + CuS04 25 мкмоль/л + ГФК 0,62±0,06 - 0,44±0,01
20. Pb(N03)2 1000 + CuS04 50 мкмоль/л + ГФК 1,29±0,04 - 0,35±0,04
22. CdS04 10 + CuS04 25 +Pb(N03)2 500 мкмоль/л + ГФК 2,33±0,12 2,50±0,19 0,10±0,01
Корни
4. CdS04 10 мкмоль/л + ГФК - 0,75±0,00 -
6. CuS04 25 мкмоль/л + ГФК 1,79±0,06 - -
8. CuS04 50 мкмоль/л + ГФК 1,63±0,12 - -
10. Pb(N03)2 500 мкмоль/л + ГФК - - 7,48±0,01
12. Pb(N03)2 1000 мкмоль/л + ГФК - - 0,15±0,00
14. Pb(N03)2 500 + CdS0410 мкмоль/л + ГФК - 1,49±0,00 0,64±0,01
16. Pb(N03)2 1000 + CdS04 10 мкмоль/л + ГФК - 0,93±0,03 0,23±0,00
18. Pb(N03)2 500 + CuS04 25 мкмоль/л + ГФК 0,79±0,03 - 0,38±0,01
20. Pb(N03)2 1000 + CuS04 50 мкмоль/л + ГФК 1,06±0,07 - 0,51±0,01
22. CdS04 10 + CuS04 25 +Pb(N03)2 500 мкмоль/л + ГФК 1,06 _* 0,51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При комплексном действии тяжелых металлов значительно усиливается их токсичность, что может снизить эффективность фиторемеди-ационных технологий. Более высокая токсичность комплексного действия ТМ обусловлена, по-видимому, более интенсивным поступлением ТМ в побеги пшеницы. Вынос ТМ при их комплексном действии снизился по сравнению с раздельным.
Как показали исследования, фиторемедиа-ционная эффективность гумусовых кислот низинного торфа неоднозначна и определяется как
усилением поглощения тяжелых металлов, так и снижением их токсического действия на растения. Препарат гумусовых кислот торфа, проявляя фитопротекторные свойства и снижая токсичность ТМ, повышает тем самым их вынос растениями. При полиметаллическом загрязнении в варианте с ГФК накопление растениями пшеницы меди и кадмия повысилось в 1,2-2,5 раза, что свидетельствует о возможности использования препарата гумусовых кислот торфа в фиторемедиационных технологиях в качестве эффектора фитоэкстракции тяжелых металлов.
СПИСОК Л
1. Lyanguzova I.V. Dynamic trends of heavy metal contents in plants and soil under different industrial air pollution regimes // Russian Journal of Ecology. 2017. Vol. 48. Issue 4. P. 311-320. https: //doi.org/10.1134/S1067413617040117
2. Гиниятуллин Р.Х., Бактыбаева З.Б. Особенности накопления Cd и Ni лиственницей Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) в условиях техноге-неза // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. N 51. C. 141-161. https://doi.org/10.17223/19988591/51/8
3. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / пер. с англ. Д.В. Гричука, Е.П. Янина; под ред. Ю.Е. Саета. М.: Мир, 1989. 439 с.
4. Prasad M.N.V. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization // Russian Journal of Plant Physiology. 2003. Vol. 50. Issue 5. Р. 686-701. https://doi.org/10.1023/A:1025 604627496
5. Baker A.J.M. Accumulators and excluders -strategies in the response of plants to heavy metals //
Journal of Plant Nutrition. 1981. Vol. 3. Issue 1-4. P. 643-654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867
6. Pilon-Smits E. Phytoremediation // Annual Review of Plant Biology. 2005. Vol. 56. P. 15-39. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.1 44214
7. Prieto M.J., Acevedo SOA, Prieto G.F., Nalle-ly T.G. Phytoremediation of soils contaminated with heavy metals // Biodiversity International Journal. 2018. Vol. 2. Issue 4. P. 362-376. https://doi.org/10. 15406/bij.2018.02.00088
8. Yan A., Wang Y., Tan S.N., Mohd Yusof M.L., Ghosh S., Chen Z. Phytoremediation: A promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. P. 359. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359
9. Evangelou M.W.H., Robinson B.H., Gunthardt-Goerg M.S., Schulin R. Metal uptake and allocation in trees grown on contaminated land: implications for biomass production // International Journal of Phytoremediation. 2012. Vol. 15. Issue 1. P. 77-90. https://doi.org/10.1080/15226514.2012.670317
10. Salt D.E., Blaylock M., Kumar N.P., Dushen-kov V., Ensley B.D., Chet I., Raskin I. Phytoreme-diation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants // Biotechnology. 1995. Vol. 13. Issue 5. P. 468-475. https://doi.org/10.1038/nbt0595-468
11. Vamerali T., Bandiera M., Mosca G. Field crops for phytoremediation of metal-contaminated land. A review // Environmental Chemistry Letters. 2010. Vol. 8. Issue 1. P. 1-17. https://doi.org/10.100 7/s10311-009-0268-0
12. Lee M., Yang M. Rhizofiltration using sunflower (Helianthus annuus L.) and bean (Phaseolus vulgaris L. var. vulgaris) to remediate uranium contaminated groundwater // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 173. Issue 1-3. P. 589-596. https://doi.org/10.1016/jJhaz-mat.2009.08.127
13. Jensen J.K., Holm P.E., Nejrup J., Borg-gaard O.K. A laboratory assessment of potentials and limitations of using EDTA, rhamnolipids, and compost-derived humic substances (HS) in enhanced phytoex-traction of copper and zinc polluted calcareous soils // Soil and Sediment Contamination: an International Journal. 2011. Vol. 20. Issue 7. P. 777-789. https://doi. org/10.1080/15320383.2011.609198
14. Halim M., Conte P., Piccolo A. Potential availability of heavy metals to phytoextraction from contaminated soils induced by exogenous humic
substances // Chemosphere. 2003. Vol. 52. Issue 1. P. 265-275. https://doi.org/10.1016/S0045-6535 (03)00185-1
15. Evangelou M.W.H., Daghan H., Schaeffer A. The influence of humic acids on the phytoextraction of cadmium from soil // Chemosphere. 2004. Vol. 57. Issue 3. P. 207-213. https://doi.org/10.1016/j. chemosphere.2004.06.017
16. Кирдей Т.А. Влияние гумата на фитореме-диационные свойства пшеницы при возрастающих концентрациях нитрата свинца // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 4. С. 110-115. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-4-110-115
17. Чураков А.А. Запасы торфа в России // Лесной вестник. 2003. N 3. С. 22-25.
18. Пат. № 2310633, Российская Федерация. Способ получения жидких торфяных гуматов / Ю.А. Калинников, И.Ю. Вашурина, Т.А. Кирдей; патентообладатель ООО «Научно-производственная фирма "Недра"»; заявл. 15.06.2006; опубл. 20.11.2007. Бюл. № 32. 4 с.
19. Hoaglond DR, Arnon DE. The water-culture method for growing plants without soil. California Agriculture Experimental Station. 1950. Available from: https://ia800306.us.archive.org/6/items/wa-tercultureme3450hoag/watercultureme3450hoag.pdf [Accessed 25th Novemder 2020].
REFERENCES
1. Lyanguzova IV. Dynamic trends of heavy metal contents in plants and soil under different industrial air pollution regimes. Russian Journal of Ecology. 2017;48(4):311-320. https://doi.org/10.113 4/S1067413617040117
2. Giniyatullin RH, Baktybaeva ZB. Features of Cd and Ni accumulation by Larix sukaczewii Dyl. under technogenesis. Vestnik Tomskogo Gosudar-stvennogo Universiteta. Biologiya = Tomsk State University Journal of Biology. 2020;51:141-161. (In Russian) https://doi.org/10.17223/19988591/51/8
3. Kabata-Pendias A, Pendias Kh. Trace elements in soils and plants. Moscow: Mir; 1989, 439 p. (in Russian)
4. Prasad MNV. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization. Russian Journal of Plant Physiology. 2003;50(5): 686-701. https://doi.org/10.1023/A:1025604627496
5. Baker AJM. Accumulators and excluders -strategies in the response of plants to heavy metals. Journal of Plant Nutrition. 1981;3(1-4):643-654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867
6. Pilon-Smits E. Phytoremediation. Annual Review of Plant Biology. 2005;56:15-39. https://doi. org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144214
7. Prieto MJ, Acevedo SOA, Prieto GF, Nallely TG. Phytoremediation of soils contaminated with heavy metals. Biodiversity International Journal. 2018;2(4):362-376. https://doi.org/10.15406/bij.201 8.02.00088
8. Yan A, Wang Y, Tan SN, Mohd Yusof ML, Ghosh S, Chen Z. Phytoremediation: A promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land. Frontiers in Plant Science. 2020;11:359. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359
9. Evangelou MWH, Robinson BH, Gunthardt-Goerg MS, Schulin R. Metal uptake and allocation in trees grown on contaminated land: implications for biomass production. International Journal of Phytoremediation. 2012;15(1):77-90. https://doi.org/10. 1080/15226514.2012.670317
10. Salt DE, Blaylock M, Kumar NP, Dushenkov V, Ensley BD, Chet I, Raskin I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology. 1995; 13(5):468-475. https://doi.org/10.1038/nbt0595-468
11. Vamerali T, Bandiera M, Mosca G. Field crops for phytoremediation of metal-contaminated land. A review. Environmental Chemistry Letters. 2010;8(1):1 -17. https://doi.org/10.1007/s10311 -0090268-0
12. Lee M, Yang M. Rhizofiltration using sunflower (Helianthus annuus L.) and bean (Phaseolus vulgaris L. var. vulgaris) to remediate uranium contaminated groundwater. Journal of Hazardous Materials. 2010;173(1-3):589-596. https://doi.org/10.101 6/j.jhazmat.2009.08.127
13. Jensen JK, Holm PE, Nejrup J, Borggaard OK. A laboratory assessment of potentials and limitations of using EDTA, rhamnolipids, and compost-
derived humic substances (HS) in enhanced phyto-extraction of copper and zinc polluted calcareous soils. Soil and Sediment Contamination: an International Journal. 2011 ;20(7):777-789. https://doi.org/ 10.1080/15320383.2011.609198
14. Halim M, Conte P, Piccolo A. Potential availability of heavy metals to phytoextraction from contaminated soils induced by exogenous humic substances. Chemosphere. 2003;52(1):265-275. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00185-1
15. Evangelou MWH, Daghan H, Schaeffer A. The influence of humic acids on the phytoextraction of cadmium from soil. Chemosphere. 2004;57(3):207-213. https://doi.org/10.1016/j.che-mosphere.2004.06.017
16. Kirdey TA. The influence of humate on the phytoremediation properties of wheat with increasing concentrations of lead nitrate. Izvestiya Vuzov.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Кирдей Татьяна Александровна,
к.б.н., доцент кафедры агрономии и агробизнеса, Ивановская государственная сельскохозяйственная академия им. Д.К. Беляева,
153012, г. Иваново, ул. Советская, 45, Российская Федерация, И e-mail: [email protected]
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Автор прочел и одобрил окончательный вариант рукописи.
Поступила в редакцию 27.01.2021. Одобрена после рецензирования 12.03.2021. Принята к публикации 31.05.2021.
Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2017;7(4):110-115. (In Russian) https://doi. org/10.21285/2227-2925-2017-7-4-110-115
17. Churakov AA. Peat reserves in Russia. Le-snoi vestnik = Forestry bulletin. 2003;3:22-25. (In Russian)
18. Kalinnikov JA, Vashurina IJ, Kirdej TA. Method for production of liquid peat humates. Patene RF, no. 2310633; 2006. (In Russian)
19. Hoaglond DR, Arnon DE. The water-culture method for growing plants without soil. California Agriculture Experimental Station. 1950. Available from: https://ia800306.us.archive.org/6/items/wa-tercultureme3450hoag/watercultureme3450hoag.pdf [Accessed 25th Novemder 2020].
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR Tatiana A. Kirdey,
Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Agronomy and Agrobusiness Department, Ivanovo State Agricultural Academy by D.K. Belyaev,
45, Sovetskaya St., Ivanovo, 153012, Russian Federation, S e-mail: [email protected]
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
Conflict interests
Author declares no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by the author.
The article was submitted 27.01.2021. Approved after reviewing 12.03.2021. Accepted for publication 31.05.2021.
