Экология
Аль Аруд М.А.-Х., доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой Университета Аль Фурат (Сирия) Автухович И.Е., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой
Постников Д.А., доктор сельскохозяйственных наук, доцент (Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЯ ХЕЛАТООБРАЗУЮЩИХ
АГЕНТОВ ЭДТА И ЭДДС, ПРИМЕНЕННЫХ В РАЗНЫХ ДОЗАХ, НА ПРОЦЕСС ФИТОЭКСТРАКЦИИ СВИНЦА И КАДМИЯ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА
Изучалось влияние хелатообразующих агентов ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) и ЭДДС (этилендиаминдиянтарная кислота), примененных в дозах 0; 20; 30 и 40 ммоль/кг грунта, на способность кукурузы (Zea mays L.) экстрагировать кадмий и свинец из искусственно загрязненного грунта в разные сроки - через 6, 12 и 25 дней после их внесения.
Исследования показали, что хелатообразующие агенты значительно повышают накопление свинца и кадмия растениями. Наиболее существенное усиление фитоэкстракционного процесса достигнуто при применении ЭДТА и ЭДДС в самой высокой дозе - 40 ммоль/кг грунта и экспозиции -25 дней.
Наиболее эффективным усилителем фитоэкстракции оказался препарат ЭДДС, по сравнению с ЭДТА .
Ключевые слова: хелитообразующие агенты, тяжелые металлы, фитоэкстракция, кукуруза.
COMPARATIVE CHARACTERISTIC OF THE INFLUENCE OF CHELATING AGENTS, APPLIED IN DIFFERENT DOSES, ON THE PROCESS OF PHYTOEXTRACTION OF LEAD AND CADMIUM FROM CONTAMINATED GROUND
Studied the effect of chelating agents EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) and EDDS (etilendiamin-edisuccinic acid), applied at the different doses: 0; 20; 30 and 40 mmol/kg of ground, on the ability of maize (Zea mays L.) to extract cadmium and lead from artificially contaminated soil at different exposure time: 6; 12 and 25 days.
Studies have shown that chelating agents greatly increase the accumulation of lead and cadmium by plants. The most significant enhancement of phytoextraction process achieved by the application of EDTA and EDDS at the highest dose - 40 mg/kg of soil and exposure - 25 days.
Chelating agent EDDS was more effective for enhancing phytoextraction in comparison to EDTA.
Keywords: chelating agents, heavy metals, phytoextraction, corn.
В условиях техногенеза поступление тяжелых металлов из разных источников, пагубно влияющих на здоровье людей и биоту в целом, является острой проблемой, стоящей перед человечеством. Исходя из этого, необходимо осуществлять поиск путей очистки и восстановления загрязненных экосистем.
Сохранение тяжелых металлов в почве является наиболее долгосрочным, по сравнению с другими частями биосферы - воздухом и водой. Так, период полуудаления свинца и кадмия из почвы достигает соответственно 5900 и 110 лет [2].
Индуцированная фитоэкстракция тяжелых металлов с использованием хелатообразую-щих агентов является одной из самых низкозатратных и динамичных технологий очистки почв и грунтов, не нарушающих их плодородия. Эффективность применения хелатообра-зующих агентов для усиления накопления металлов растениями уже доказана многими учеными [1,3,4,5,6,7,8,9 и др.].
Объекты и методы исследования
Изучалось влияние хелатообразующих агентов ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной кислоты) и ЭДДС (этилендиаминдиянтарной кислоты), внесенных в дозах 0; 20; 30 и 40 ммоль/кг в модельный грунт, на способность кукурузы (Zea mays L.) экстрагировать кадмий и свинец в разные сроки.
Двухлетний эксперимент был заложен и проведен в Сирии в вегетационных сосудах Митчерлиха в 2-хкратной повторности.
Для исследований был использован модельный грунт рН=6,2 и содержанием валовых форм: РЬ - 682; Cd - 102; Си - 1298; Zn - 2165,8 Fe - 18555; Ni - 657мг/кг грунта. Масса грунта в каждом сосуде составляла 5 кг. В процессе проведения эксперимента осуществлялся регулярный уход за растениями и их полив, с последующим возвратом поливной воды, просочившейся сквозь грунт, в сосуды из поддонов. Через 6, 12 и 25 дней после внесения хелатообразующих агентов ЭДТА и ЭДДС в дозах соответственно: 0; 20; 30 и 40 ммоль/кг грунта, осуществлялся отбор растительных образцов для определения в них свинца и кадмия с целью изучения динамики фитоэкстракционного процесса.
Подготовка образцов растений и грунта к анализу осуществлялась по общепринятым методикам с последующим определением металлов в вытяжках на атомно-абсорбционном спектрофотометре Perkin Elmer.
Результаты и обсуждение
В результате проведенных исследований нами установлено, что в контрольном варианте (без применения хелатообразующих агентов) за время между первым и вторым определением содержание кадмия в растениях увеличилось в 1,1 раза, а между первым и третьим -в 1,2 раза (рис. 2). В вариантах с применением ЭДТА и ЭДДС процесс накопления данного поллютанта растениями оказался более динамичным. Так, при дозах хелатообразующих агентов 20 и 30 ммоль/кг грунта, за период между первым и вторым определением, накопление кадмия в растениях увеличилось в среднем в 2,2 раза, между первым и третьим -в 3,4 раза. При дозе ЭДТА и ЭДДС 40 ммоль/кг грунта, концентрация кадмия в растениях между первым и вторым определением возросла в среднем 3 раза, а между первым и третьим - в 5 раз (рис. 2).
Накопление свинца растениями кукурузы в контрольном варианте при втором определении увеличилось в 2,2 раза и в 3 раза при третьем определении, по сравнению с первым (рис. 1). В варианте, где препарат ЭДТА был внесен в дозе 20 ммоль/кг, процесс накопления свинца оказался наиболее интенсивным. Так, аккумуляция свинца при втором определении увеличилась в 4,5 раза, а при третьем в 8,3 раза, по сравнению с первым определением. Далее, при увеличении дозы ЭДТА, динамика накопления свинца снижается. Так, при дозах ЭДТА 30 и 40 ммоль/кг грунта концентрация РЬ в растениях между первым и вторым определением увеличилась соответственно в 2,6 и 2,3 раза, а между вторым и третьим - в 5,8 и 4 раза (рис. 1). При применении ЭДДС найденные закономерности для свинца выражены менее резко.
Итак, в результате проведенных исследований выявлено, что хелатообразующие агенты значительно повышают накопление свинца и кадмия растениями, при этом наиболее существенное усиление фитоэкстракционного процесса достигнуто при применении ЭДТА и ЭДДС
в самой высокой дозе - 40 ммоль/кг грунта при наибольшей экспозиции - 25 дней. Наиболее эффективным оказался препарат ЭДДС, по сравнению с ЭДТА. (рис. 1 и 2).
Так, самое низкое накопление РЬ и Сё кукурузой отмечено в контрольном варианте, где хелатообразующие агенты не вносились при шестидневной экспозиции, соответственно -0,87 и 1,93 мг/кг абс. сух. массы. Наивысшее накопление свинца и кадмия в эксперименте зарегистрировано при применении ЭДДС в дозе 40 ммоль/кг грунта через 25 дней, соответственно - 489,80 и 92,65 мг/кг абс. сух. массы (рис. 1 и 2).
600
500 400 300 200
100 0
6 дней 12 дней 25 дней экспозиция
Рис. 1. Влияние различных доз хелатообразующих агентов ЭДТА и ЭДДС, ммоль/кг грунта, на динамику накопления Pb, мг/кг, растениями кукурузы (Zes mays L.)
4898 Без хелата 20 ммоль/кг ЭДТА 379 65 30 ммоль/кг ЭДТА 40 ммоль/кг ЭДТА 20 ммоль/кг ЭДДС 11,0S 30 ммоль/кг ЭДДС 40 ммоль/кг ЭДДС
342,76
228,88 2
18°,'8 18 „0 58 122'П 122,54
80,78 89,91 53,8 65,98 U87 2,63 -087-"-*-"-♦-'-
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
9
2,65 ♦ без хелата 20 ммоль/кг ЭДТА 30 ммоль/кг ЭДТА 40 ммоль/кг ЭДТА 20 ммоль/кг ЭДДС 3,63 30 ммоль/кг ЭДДС 1,440 40 ммоль/кг ЭДДС
У
/
56,87 5
32,76
28,56 22,94 «Г21,7 ^^ ----%98
13,8 1264367 14,45
8,987 71 8,55 5 94 ' 3 78 ж -ф 1,93 2,05 2,39
6 дней
12 дней
25 дней
экспозиция
Рис. 2. Влияние различных доз хелатообразующих агентов ЭДТА и ЭДДС, ммоль/кг грунта, на динамику накопления Cd, мг/кг, растениями кукурузы
(Zes mays L.)
0
Нами были найдены прямые линейные зависимости с высокой теснотой связи накопления свинца и кадмия растениями кукурузы от доз хелатообразующих агентов ЭДТА и ЭДДС, внесенных в грунт при экспозиции 6, 12 и 25 дней.
Так, зависимости накопления свинца растениями от доз ЭДТА при экспозиции 6, 12 и 25 дней выражаются следующими уравнениями:
y=17,86x-18,65 (R2=0,99), y=38,46x-26,20 (R2=0,95) и y=70,16x-41,65 (R2=0,89). Зависимости накопления Pb кукурузой от доз ЭДДС при экспозиции 6, 12 и 25 дней, выражаются следующими уравнениями:
y=56,95x-49,13 (R2=0,97), y=110,89x-98,18 (R2=0,99) и y=165,12x-147,31 (R2=0,99). Взаимосвязь между аккумуляцией кадмия Zea mays L. и дозами ЭДТА при экспозиции 6, 12 и 25 дней выражается соответствующими уравнениями:
y=2,33x-0,67 (R2=0,99), y=8,34x-7,96 (R2=0,91) и y=16,13x-17,20 (R2=0,90). В случае применения ЭДДС указанная зависимость при 6, 12 и 25 днях экспозиции выражается соответственно:
y=6,54x-5,07 (R2=0,99), y=18,09x-18,20 (R2=0,98) и y=28,93x-32,47 (R2=0,93).
В результате применения хелатообразующих агентов существенно увеличились коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой отношение содержания металла в растении, выраженное в мг/кг абс. сух. массы, к его содержанию в грунте, мг/кг (рис. 3 и 4). Так, самые низкие коэффициенты биологического поглощения свинца и кадмия в эксперименте отмечены в контрольных вариантах при экспозиции 6 дней, соответственно - 0,001 и 0,019 и самые высокие - в варианте с применением ЭДДС в дозе 40 ммоль/кг при экспозиции 25 дней, соответственно - 0,718 и 0,908 (рис. 3).
0,72
0,63
0,54
0,45
0,36
0,27
0,09
0,718.
■ Без хелата
П 20 ммоль/кг грунта
□ 30 ммоль/кг грунта
В 40 ммоль/кг грунта
3,29F1
0,18 0,179
0,079
0,1 0,09
),001
0,003
0,004
0,051 0,02
6 дней 12 дней 25 дней контроль(без хелата)
6 дней 12 дней 25 дней ЭДТА
0,557
0,503
0,336
0,265
0,20
_а_ц
0,119
i *
i
0,279
6 дней 12 дней 25 дней ЭДДС
Рис. 3. Коэффициенты биологического поглощения Pb растениями кукурузы (Zea mays L.) при разной экспозиции (6, 12 и 25 дней) и разных дозах ЭДТА и ЭДДС (20, 30 и
40 ммоль/кг грунта).
0
0,9 0,81 0,72 0,63 0,54 0,45 0,36 0,27 0,18 0,09 0
0,908
,019
■ Без хелата
Б 20ммоль/кг грунта
□ 30ммоль/кг грунта
□ 40ммоль/кг грунта
0,526
0,28
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.