Извлечение тяжелых металлов рапсом яровым (Brassica napus L.) при полиэлементном загрязнении почвы с внесением хелатообразующих агентов

Свойство некоторых растений накапливать поллютанты рассматривается как важный источник фиторемедиационного способа очистки почв от тяжелых металлов (ТМ) [1].

Целью данного исследования установить влияние хелатообразующих агентов (ХА) на усиление экстракции металлов в условиях полиэлементного загрязнения почвы растениями Brassica napus L.

Для опытов были отобраны образцы нормальной среднесуглинистой темно-каштановой почвы пахотного горизонта Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан. Почву предварительно просеивали через сито, с диаметром отверстий 3 мм, тщательно перемешивали и загружали по 1 кг в пластмассовые сосуды. Для моделирования полиэлементного загрязнения нитраты всех элементов (Cu, Zn, Cd, Pb) в виде водных растворов вносили в почву совместно. Доза металлов соответствовала 1 ПДК в перерасчете на металл (мг/кг): Cu=100, Zn=300, Cd=3 [2], Pb=32 [3] на 1 кг воздушно-сухой почвы. Затем почву компостировали в течение 7 дней при комнатной температуре в условиях полной полевой влагоемкости. Постановка вегетационных опытов проведена по методике Журбицкого [4]. Полив осуществлялся дистиллированной водой. Сбор растений производился через 28 суток. Контролем во всех вариантах опытов служили растения, выращенные на почве без внесения солей металлов.

Для изучения индуцируемой фитоэкстракции ТМ использовали такие ХА, как лимонная кислота (ЛК), щавелевая кислота (ЩК) и натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na-ЭДТА). В условиях опыта за 7 суток до уборки вегетативной массы рапса ярового (B. napus. L.) в почву вносили водные растворы ЛК, ЩК и Na-ЭДТА в дозах 1, 2, 5, 10 ммоль/кг.

Содержание Cu, Zn, Сd и Pb в почвенных и растительных образцах определяли химическим методом по методике Ринькиса с фотоколориметрическим окончанием [5]. Эксперимент осуществлялся в трехкратной повторности.

Одновременное поступление в почву сразу нескольких металлов, а также индуцирующее влияние ХА с одной стороны, с другой конкурентное влияние образуемых комплексов может существенным образом повлиять на транслокацию в побеги каждого элемента.

В вариантах внесения ХА поглощение металлов побегами B. napus при полиэлементном загрязнении почвы изменилось по сравнению с моноэлементным. Общей закономерностью в условиях воздействия изучаемых эффекторов фитоэкстракции явилось существенное понижение накопления побегами B. napus Pb, Cd, Cu (за некоторым исключением) сравнительно с аналогичными вариантами раздельного внесения данных металлов. Ингибирование накопления может быть связано с конкурентным механизмом транслокации металлов в побеги, а именно с антагонистичным влиянием образуемых комплексов с цинком, так как концентрация Zn в почве значительно превышала концентрацию других металлов (Cu₁₀₀Zn₃₀₀Cd₃ Pb₃₂).

Применение дозы ЛК в 2 ммоль/кг в условиях комплексной нагрузки на почву обусловило на фоне пика накопления в побегах Zn (908 мг/кг) и Cu (45,4 мг/кг) максимальное понижение содержания Pb и Cd до 1,54 и 0,57 мг/кг соответственно. Дальнейшее повышение дозировки ЛК до 5 и 10 ммоль/кг в условиях полиэлементного загрязнения почвы способствовало увеличению накопления Pb и Cd побегами B. napus L.: Pb – до 7,2 мг/кг и 5,3 мг/кг, Cd – до 2,5 мг/кг и 2,1 мг/кг соответственно. Таким образом, увеличение дозировок внесения ЛК до 5 и 10 ммоль/кг способствовало повышению доли поглощения побегами Pb и Cd и напротив понижения содержания Zn. Аналогично ЛК, увеличение дозировки внесения ЩК и Na-ЭДТА (5 и 10 ммоль/кг) способствовало усилению поглощения Pb побегами B. napus L., выращенных в условиях полиэлементной нагрузки на почву. Обращает на себя внимание и то, что с усилением добавления ЩК (от 1 до 10 ммоль/кг) наблюдалось существенное понижение накопления Cu от 17,3 до 3,1 мг/кг.

В условиях совместного внесения металлов действие Na-ЭДТА на процесс усиления поглощения элементов (за исключением Cd) растениями был более эффективным. Так, добавление Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг привело к максимальным значениям величин Zn и Cu в побегах B. napus L. до 1419 и 124 мг/кг соответственно. Наибольшее извлечение Pb побегами зафиксировано при применении Na-ЭДТА в дозе 5 ммоль/кг и составило – 15,1 мг/кг.

Установлено, что наиболее оптимальным эффектором фитоэкстракции меди, цинка, свинца побегами Brassica napus L. в условиях полиэлементного загрязнения почвы при дозе 1 ПДК является Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (концентрация меди увеличилась в 4,4 раза, цинка – в 2,2 раза, свинца – в 2,1 раза по сравнению с вариантом полиэлементного загрязнения без внесения ХА).

ЛИТЕРАТУРА

1. Башмаков Д.И. Лукаткин А.С. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений // Под ред. А.С. Лукаткина. Саранск. Изд-во Мордов. ун-та: 2009. – С. 236.

2. Kloke A. Richtwerte 80. Orientirugsdaten fur tolerierbare einiger Elemente in Kulturboden // Mittailungen des VDLUFA. – 1980. – Bd. ІІ. H. 1-3. – S. 9.

3. Виноградов А.П. Основные закономерности распределения микроэлементов между растениями и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: АН СССР. – 1952. – 270 с.

4. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. М.: Наука.– 1968. – 263 с.

5. Ринькис Г.Я. Методы ускоренного колориметрического определения микроэлементов биологических объектов. – Рига: Зинатне. – 1987. – 175 с.