Экология
Автухович И.Е., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Постников Д.А., доктор сельскохозяйственных наук, доцент (Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева)
ВЛИЯНИЕ ЭДТА НА ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СУБСТРАТЕ И ИХ НАКОПЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ
Хелатообразующий агент ЭДТА был внесен в субстрат, составленный на основе осадков сточных вод (ОСВ), под растения (Carthamus tinctorius L.).
Выявлено, что ЭДТА имеет высокую стабильность в ОСВ субстрате, повышает биодоступность меди и цинка и их накопление растениями. В конце эксперимента зарегистрировано явление антагонизма между ионами цинка и меди, вероятно вследствие частичного разрушения металл-ЭДТА комплексов.
Ключевые слова: осадки сточных вод, тяжелые металлы, ЭДТА, фиторемедиация.
INFLUENCE OF EDTA ON BEHAVIOR OF METALS IN THE SUBSTRATE AND THEIR ACCUMULATION BY PLANTS
Chelating agent EDTA was applied to the substrate, composed on the basis of Sewage Sludge, under the plants (Carthamus tinctorius L.).
It is revealed, that ЭДТА has high stability in the Sewage Sludge 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 probably due to partial destruction of metal-EDTA complexes.
Key words: sewage sludge, heavy metals, EDTA, phytoremediation.
Осадки сточных вод применяются в различных сферах человеческой деятельности: в сельском и лесном хозяйстве, в озеленении в качестве питательного субстрата, в качестве наполнителя и дешевого агрохимиката. Однако при длительном применении осадков сточных вод, даже при содержании в них тяжелых металлов ниже предельно-допустимых уровней, опасность загрязнения сохраняется [8]. Результаты балансовой оценки вклада отдельных источников в общий уровень загрязнения почв Московской области тяжелыми металлами, проведенного Центральным научно-исследовательским институтом агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО), свидетельствуют о наибольшем вкладе ОСВ, по сравнению с другими источниками загрязнения [7].
Исходя из этого, экологизация, является одним из стратегических направлений в работе очистных сооружений в наши дни. Составной частью экологизации является поиск и применение технологий ремедиации (очистки и восстановления) осадков сточных вод и продуктов, составленных на их основе.
Фитоэкстракция является разновидностью ремедиации и представляет собой длительное выращивание непищевых растений на загрязненном субстрате с целью извлечения из него поллютантов. Для повышения эффективности этого процесса применяются различные хе-латообразующие 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, с целью испытания биологического метода очистки органо-минерального субстрата на основе ОСВ, от тяжелых металлов, исследования были проведены 2010-2012 гг. на полевом участке Истринских очистных сооружений в условиях открытого грунта. В качестве растения-аккумулятора тяжелых металлов использовался сафлор красильный (Carthamus tinctorius L.) сорта Шифо, образующий большую биомассу.
Хелатообразующий агент - динатриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты (Na2 ЭДТА) (далее ЭДТА) применялся в различных дозах (1; 3 и 6ммоль/кг грунта) и кратности внесения (однократно и ежегодно).
Эксперимент проводился в четырехкратной повторности. Внесение ЭДТА в грунт осуществлялось в варианты с III по VIII, в дозах соответственно 1; 3 и 6 ммоль/кг летом
2010 года однократно. В c варианты с IX по XIV - в тех же дозах - ежегодно (летом 2010,
2011 и 2012гг) по схеме, в 2012 г принявшей вид: I - контроль без растений 0 ЭДТА, II -контроль с растениями 0 ЭДТА, III - без растений 1 ЭДТА, IV -с растениями 1 ЭДТА, V -без растений 3 ЭДТА, VI - с растениями 3 ЭДТА, VII - без растений 6 ЭДТА, VIII - с растениями 6 ЭДТА, IX - без растений 1 + 1+1 ЭДТА, X - с растениями 1+1+1 ЭДТА, XI - без растений 3+3+3 ЭДТА, XII - с растениями 3+3+3 ЭДТА, XIII - без растений 6+6+6 ЭДТА, XIV - с растениями 6+6+6 ЭДТА.
После завершения каждого экспериментального сезона: 2010, 2011 и 2012гг, высушенные растения и субстрат взвешивались и анализировались на содержание Pb, Cd, Cu и Zn с использованием методики [6], на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Perkin-Elmer». В грунте определялись валовые и доступные формы металлов. Подготовка проб для исследования грунта ризосферы осуществлялась по зарубежной методике [9]. Статистическая обработка результатов исследований производилась 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% и общего калия - 0,25%, рН=6,2. Валовое содержание химических элементов составило: Pb - 19, 30; Cd - 3,45; Co - 1,56; Cu - 164,6; Zn - 587,0; Al - 6260; As - 1,57мг/кг.
В результате проведенных исследований выявлено, что содержание доступных металлов Cu и Zn в грунте всех вариантов эксперимента возрастает по мере увеличения доз ЭДТА (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на содержание доступной
^ в субстрате
350 ЗОО 250 200 150 100 50 О
I И
Ш IV
V VI
IX X
XI XII ХШ XIV
Рис. 2. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на содержание доступного 2п
в субстрате
Увеличение содержания доступных металлов в грунте под действием ЭДТА подтверждается в работах [1,4 и др.].
Хелатообразующий агент ЭДТА проявил высокую устойчивость в природе, продолжая увеличивать подвижность металлов в субстрате, оказывая влияние на показатели продуктивности растений и накопление ими металлов, 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 2п2+ при поступлении в растения, вследствие частичного разрушения металл-ЭДТА комплексов.
Так, в 2012 году ризосферный грунт вариантов II, IV, VI и VIII (рис. 1) оказался обеднен доступной медью, по сравнению с неризосферным грунтом 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 ризосферного грунта вариантов II, IV, VI и VIII.
Рис. 3. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на накопление Си стеблями (с.)
и корнями (к.) растений сафлора
В противоположность этому, отмечено несколько более высокое содержание доступного 2п 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).
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
II с. II к. IVс. IVк. VI с.Л/[ к. VIII с.\Ш к. Xс.Х к. XII с.ХП к. XIVс.Х^к.
Рис. 4. Влияние различных вариантов внесения ЭДТА в 2012 г. на накопление Zn стеблями
и корнями (к.) растений сафлора
В вариантах X - XIV, где ЭДТА вносился трехкратно, отмечено существенное увеличение накопления металлов растениями, по сравнению с вариантами П—УШ с однократным внесением ЭДТА (рис. 3 и 4).
Выявлено, что в вариантах X и XII грунт ризосферы наиболее значительно обеднен доступными Си и 2п по сравнению с неризосферным грунтом вариантов IX и XI (рис. 1 и 2), что совпадает с резким увеличением накопления этих металлов растениями данных вариантов -X и XII (рис. 3 и 4).
Увеличение биодоступности металлов в грунте под действием ЭДТА сопровождается повышением накопления их растениями. Данная закономерность подтверждается [1,2,3,4 и др.].
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 [1].
В условиях данного эксперимента препарат ЭДТА в дозе 6ммоль/кг грунта оказался токсичным для сафлора, особенно при ежегодном его внесении, что проявилось в виде хлороза листьев и снижении биомассы растений [1]. Это послужило уменьшению общего выноса всех металлов растениями варианта XIV.
Суммарный вынос Си за три года эксперимента 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 2п за весь экспериментальный период в перечисленных выше 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. Автухович И.Е., Д.А. Постников. Ремедиация грунтов. Индуцированная фитоэкстрак-ция. Saarbibcken, Germany: Palmarium academic publishing, 2013. 92 с.
2. Аль Аруд М.Л.-Х., Автухович И.Е. Загрязнение окружающей среды свинцом и кадмием и их влияние на некоторые физиологические свойства (Zea mays L.) и оценку процесса фитоэкстракции Pb-Cd из загрязненных почв // Известия ТСХА. 2011. №5. С 27-34.
3. Аль Аруд МЛ.-Х., Автухович И.Е., Постников Д.А. Сравнительная характеристика влияния хелатообразующих агентов ЭДТА и ЭДДС, примененных в разных дозах, на процесс фитоэкстракции свинца и кадмия из загрязненного грунта // Естественные и технические науки. 2011. № 2. С. 117-122.
4. 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.
5. Доспехов Б.А
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.