Койгельдинова М.Т.

Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК

Изучение фиторемедиационного потенциала Brassica napus при кадмиевом загрязнении темно-каштановой почвы

Решение проблем защиты окружающей среды, в частности загрязнения тяжелыми металлами и как следствие деградации почв невозможно без поиска экологически ориентированных технологий их очистки и восстановления. Одной из таких технологий очистки загрязнений является фиторемедиация. Фиторемедиация – использование растений для ремедиации загрязненных почвы, воды и воздуха [1].

Цель исследования провести сравнительное изучение влияния лимонной, щавелевой кислот и Na-ЭДТА на повышение накопления и выноса кадмия растениями Brassica napus L. в условиях модельного загрязнения темно-каштановой почвы.

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 кадмиевого загрязнения почвы нитрат кадмия вносили в почву в дозе 1 ПДК (3 мг/кг) , 3 ПДК (9 мг/кг) и 5 ПДК (15 мг/кг) на 1кг 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 [2]. Сбор растений производился через 4 недели.

Для изучения индуцируемой фитоэкстракции ТМ использовали такие хелатообразующие агенты (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 в почву вносили водные растворы ЛК, ЩК и Na-ЭДТА в дозах 1, 2, 5, 10 ммоль/кг.

Содержание Cd в почвенных и растительных образцах определяли химическим методом по методике Ринькиса с фотоколориметрическим окончанием [3]. Эксперимент осуществлялся в трехкратной повторности.

Результаты и их обсуждение. При внесении низких доз ХА в дозе 1 ммоль/кг концентрация Cd в побегах была минимальной (на уровне варианта без внесения агента), которая возрастала с увеличением дозировки индукторов фитоэкстракции. Однако уже при внесении максимальной дозы исследуемых агентов (10 ммоль/кг) в большинстве случаев наблюдалась обратная картина – понижение накопления кадмия в побегах. Последнее в большей степени проявилось при использовании ЛК, где в дозах от 1 до 5 ммоль/кг установлено повышение накопления Cd в побегах от 4,10 – 10,02 мг/кг, а в дозе 10 ммоль/кг – падение накопления до 5,04 мг/кг. Действие Na-ЭДТА имело нестабильный характер с максимумом накопления Cd в дозе 2 ммоль/кг, что составило 9,84 мг/кг.

В аналогичных условиях кадмиевой нагрузки на почву (3 мг/кг) добавление ЩК привело к достоверно значимому (Р_0,001) повышению накопления Cd. Начиная с дозы 2 ммоль/кг до 10 ммоль/кг – от 6,50 - 14,1 мг/кг (максимум накопления в дозе 5 ммоль/кг).

Таким образом, наибольший эффект поглощения Cd в данных условиях побегами B. napus L. зафиксирован в первую очередь при применении ЩК в дозе 5 ммоль/кг (14,1 мг/кг), затем в варианте ЛК 5 ммоль/кг (10,0 мг/кг) и Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (9,8 мг/кг). В вышеперечисленных вариантах в среднем было установлено примерно в 3 раза, а в случае с ЩК в 4 раза превышение содержания Cd в надземной биомассе B. napus L. относительно варианта без внесения агента.

В условиях усиления кадмиевой нагрузки на почву до 9 мг/кг максимальный эффект поглощения кадмия побегами B. napus L., аналогично кадмиевому загрязнению в дозе 3 мг/кг, зафиксирован при добавлении щавелевой кислоты. Так при внесении ЩК в дозе от 1 до 10 ммоль/кг концентрация Cd в побегах находилась в интервале 5,8-78,6 мг/кг (максимум накопления в дозе 5 ммоль/кг). При этом эффект поглощения Cd побегами возрастал в 1,3-18 раз относительно варианта без внесения агента. Сравнительно высокий уровень концентрирования Cd в побегах также выявлен в вариантах применения, прежде всего Na-ЭДТА, затем ЛК в дозе 2 ммоль/кг, что составило 32,1 и 19,2 мг/кг соответственно.

Использованные в эксперименте высокие дозы в 5 и 10 ммоль/кг ЛК и Na-ЭДТА оказали сравнительно слабое действие на стимулирование накопления Cd в побегах, точнее в данных вариантах наблюдалось понижение накопления Cd относительно соответствующей дозы в 2 ммоль/кг.

Таким образом, наиболее эффективной в повышении аккумуляции Cd побегами B. napus оказалась ЩК по сравнению с другими реагентами. Мы предполагаем, что для усиления извлечения Cd побегами B. napus L. из загрязненных данным металлом почв в дозе 3 мг/кг можно использовать в первую очередь ЩК 5 ммоль/кг, также эффективным может оказаться применение Na-ЭДТА 2 ммоль/кг. При усилении кадмиевой нагрузки на почву до 9 мг/кг целесообразно использовать ЩК в дозе 5 ммоль/кг.

При этом достижение максимального выноса кадмия должно идти, прежде всего, через дополнительное увеличение урожайности культуры B. napus L. на фоне выявленных в нашем эксперименте величин концентрирования кадмия.

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

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