Биологические науки Экология
Автухович И.Е., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой Российского государственного аграрного университета - МСХА им. К.А. Тимирязева
ФИТОЭКСТРАКЦИЯ СВИНЦА ИЗ ЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА ТРАВЯНИСТЫМИ РАСТЕНИЯМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗНЫХ ДОЗ ХЕЛАТООБРАЗУЮЩЕГО АГЕНТА
Индуцированная фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных ими почв и грунтов, - это разновидность метода фитоэкстракции, основанного на использовании растений для концентрирования почвенных поллютантов, с использованием агентов, усиливающих поглощение и вынос тяжелых металлов растениями.
В качестве агентов, увеличивающих полноту очистки почв растениями, могут применяться органические хелатообразующие кислоты, в частности, ЭДТА (этилендиаминтетраук-сусная кислота), или ее натриевая соль.
Положительная роль препарата ЭДТА в фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, уже доказана нами ранее [1] в экспериментах с древесными растениями.
Целью данной работы явилось изучение влияния разных доз хелатообразующего агента на повышение грунтоочистительной способности травянистых растений.
Вегетационный эксперимент был заложен нами 22 мая 2008 года на ЛОД ТСХА в вегетационном домике размером 2 м Х 6 м, накрытом полиэтиленовой пленкой в сосудах без отверстий в дне. Объектами исследований явились горчица белая (Sinapis alba L.) и смесь газонных трав: овсяница красная (Festuca rubra) - 50%, овсяница овечья (Festuca ovina) - 20%, овсяница луговая (Festucapratensis) - 20%, мятлик луговой (Poapratensis) - 10%. Для эксперимента был использован грунт, изначально незагрязненный свинцом, составленный на основе природного материала торфа и минеральных удобрений с рН=6 и содержанием азота (N) - 0,63-0,85, фосфора (Р2О5) - 0,75-1, калия (К2О) - 0,85-1,15, магния - 0,13-0,25 г/кг. Масса грунта в сосудах составляла 0,5 кг. Эксперимент состоял из 16 вариантов (фото 1 и 2) в 3-х кратной повторности:
I в. - 200 РЬ без Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой - к о н т р о л ь;
II в. - 1000 РЬ без Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой - к о н т р о л ь;
III в. - 200 РЬ + 1ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
IV в. - 1000 РЬ + 1ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
V в. - 200 РЬ + 3 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
VI в. - 1000 РЬ + 3 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
VII в. - 200 РЬ + 10 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
VIII в. - 1000 РЬ + 10 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием горчицы белой;
IX в. - 200 РЬ без Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав- к о н т р о л ь;
X в. - 500 РЬ без Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав- к о н т р о л ь;
XI в. - 200 РЬ + 1 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав;
XII в. - 500 РЬ + 1ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав;
XIII в. - 200 РЬ + 3 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав;
XIV в. - 500 РЬ + 3 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав;
XV в. - 200 РЬ + 10 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав;
XVI в. - 500 РЬ + 10 ммоль/кг Na-ЭДТА с выращиванием смеси газонных трав.
Перед посевом семян растений в сосуды с грунтом вносился свинец (Pb(NO3)2) в двух разных дозах согласно схеме опыта. Внесение №-ЭДТА было произведено через 1 месяц после посева растений (25 июня), когда они достаточно окрепли и образовали достаточно большую биомассу.
В период произрастания растений осуществлялся регулярный уход за растениями и полив.
Эксперимент был окончен 25 июля. Растения извлечены из сосудов, измерены, промыты дистиллированной водой, высушены, взвешены и проанализированы на содержание в них свинца по методике ОСТ 10-221-98 с последующим определением концентрации металла на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Perkm-Elmer».
I вариант (200 РЬ
без ^-ЭДТА - контроль)
II вариант (1000 РЬ
без ^-ЭДТА - контроль)
III вариант
(200 РЬ + 1 ммоль/кг ^-ЭДТА
IV вариант
(1000 РЬ + 1 ммоль/кг ^-ЭДТА
V вариант (200 РЬ + 3 ммоль/кг ^-ЭДТА
VI вариант
(1000 РЬ + 3 ммоль/кг ^-ЭДТА)
VII вариант
(200 РЬ + 10 ммоль/кг ^-ЭДТА)
VIII вариант
(1000 РЬ + 10 ммоль/кг ^-ЭДТА)
Рис. 2. Газонные травы
IX вариант X вариант XI вариант XII вариант XIII вариант XIV вариант XIV вариант XVI вариант (200 РЬ (500 РЬ (200 РЬ (1000 РЬ (200 РЬ (1000 РЬ (200 РЬ (1000 РЬ
без без + 1 ммоль/кг + 1 ммоль/кг + 3 ммоль/кг + 3 ммоль/кг + 10 ммоль/кг + 10 ммоль/кг
Na-ЭДТА Na-ЭДТА ^-ЭДТА Na-ЭДТА Na-ЭДТА Na-ЭДТА) Na-ЭДТА) ^-ЭДТА)
— контроль) — контроль)
В результате проведенных исследований выявлено, что вопреки ожиданиям, в вариантах без применения Ка-ЭДТА и с его применением в дозе 1 ммоль/кг почвы, повышение концентрации свинца оказало стимулирующее влияние на рост и весовые характеристики всех изучаемых растений. Однако в вариантах с более высокими дозами Ка-ЭДТА - 3 и 10 ммоль/кг, увеличение концентрации свинца повлияло на растения уже угнетающе (фото 1 и 2).
Необходимо отметить, что в вариантах с дозой Ка-ЭДТА = 1 ммоль/кг почвы, зарегистрировано улучшение ростовых и весовых характеристик растений, по сравнению с контролем (табл. 1). Улучшение жизнедеятельности растений и почвенной биоты под воздействием умеренных доз Ка-ЭДТА уже было зарегистрировано нами и другими исследователями ранее. Это связано с повышением доступности для растений и других элементов, содержащихся в грунте, необходимых для питания растений и снижением токсического эффекта тяжелых металлов в комплексе с ЭДТА.
Однако дальнейшее повышение доз Ка-ЭДТА до 3 и 10 ммоль/кг грунта ухудшило ростовые и весовые характеристики растений (фото 1, 2 и табл. 1).
Применение хелатообразующего агента весьма эффективно повлияло на очистительную способность растений, при этом увеличение доз Ка-ЭДТА значительно усилило поглощение и вынос свинца изучаемыми растениями. На рисунках 1 и 2 представлены концентрации свинца в изучаемых растениях под действием разных доз индуктора фитоэкстракции.
Исследования показали, что в вариантах с выращиванием горчицы, при концентрации свинца в грунте 200 мг/кг, под влиянием №-ЭДТА, внесенной в дозах соответственно: 1; 3 и 10 ммоль/кг, его концентрации в растениях горчицы увеличились соответственно в 8; 20 и 85,4 раза (рис. 1), а коэффициенты биологического поглощения РЬ возросли соответственно в 8; 2,5; 4,3 раза, по сравнению с контролем.
При содержании свинца в грунте 1000 мг/кг, под влиянием №-ЭДТА, внесенной в дозах соответственно: 1; 3 и 10 ммоль/кг, концентрации свинца в растениях горчицы поднялись соответственно в 26; 45 и 29,2 раза,
Таблица 1
Воздушно-сухой вес растений горчицы белой и смеси газонных трав,
г/сосуд, (НСР05=0,14)
Дозы свинца, мг/кг грунта Дозы ЭДТА, моль/кг грунта
0 1 3 10
Г о р ч и ц а б е л а я
200 4,92 5,57 4,13 2,81
1000 5,24 6,15 3,71 2,01
Г а з о н н ы е т р а в ы
200 8,00 8,80 6,13 4,63
500 8,51 9,30 5,10 3,50
2500п 2000150010005000-
^—7
/
0 1 3 10
Доза №-ЭДТА, внесенной в грунт, ммоль/кг
Рис. 1. Накопление РЬ горчицей белой, мг/кг, при дозе свинца 200 мг/кг, внесенного в грунт и разных дозах Ш-ЭДТА
90' 80' 70' 60' 50' 40' 30' 20' 10'
•Л
.А .А
.А
г:
^ и
Г
0 1 3
Доза №-ЭДТА, внесенной в грунт, ммоль/кг
10
Рис. 2. Накопление РЬ газонными травами, мг/кг, при дозе свинца 200 мг/кг, внесенного в грунт и разных дозах №-
ЭДТА
0
а коэффициенты биологического поглощения свинца увеличились соответственно в 24,4; 43; 29,2 раза, по сравнению с контролем.
В вариантах с выращиванием газонных трав, при концентрации свинца в грунте 200 мг/кг, под влиянием №-ЭДТА, внесенной в дозах соответственно: 1; 3 и 10 ммоль/кг, концентрации РЬ в растениях увеличились соответственно в 2,7; 4,02 и 4,44 раза (рис. 2), а коэффициенты биологического поглощения РЬ увеличились соответственно в 3; 4; 4,4 раза, по сравнению с контролем.
При содержании свинца в грунте 500 мг/кг, под влиянием Ка-ЭДТА, внесенной в дозах соответственно: 1; 3 и 10 ммоль/кг, концентрации свинца в газонных травах увеличилась соответственно в 3,57; 3,66 и 20,75 раза, а коэффициенты биологического поглощения свинца увеличились соответственно в 3,75; 3,75; 21,5 раза, по сравнению с контролем.
Кроме преимуществ, метод индуцированной фитоэкстракции имеет и некоторые недостатки. Так, в результате индуцированной фитоэкстракции существует риск вымывания пол-лютаната в подземные воды при повышении его подвижности в комплексе с ЭДТА. В связи с этим очень важно правильно выбирать дозы ЭДТА и строго соблюдать технологию внесения данного препарата. Кроме этого, по мнению зарубежных ученых, вероятность загрязнения грунтовых вод тяжелыми металлами значительно снижается при условии хорошего роста растений и успешной корневой адсорбции. Для уменьшения вымывания тяжелых металлов в комплексе с ЭДТА сквозь почвенный профиль, зарубежные ученые рекомендуют применение барьеров из вермикулита, гидрогеля или апатита.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.