ABSTRACT
The estimation of the phytoremediation ability of the crop (oats, spring and winter barley, winter wheat, triticale, millet) has been conducted using coefficients of the biological uptake and translocation. Determined, that only millet can be used for the phytostabilization of the soil.
Ключевые слова: фиторемедиационная способность; загрязнение; тяжелые металлы; почва.
Keywords: phytoremediation ability; contamination; heavy metals, soil.
Создание устойчивых агросоциокомплексов предполагает получение качественной сельскохозяйственной продукции при условии минимизации антропогенного воздействия на окружающую природную среду, и прежде всего — почву, на которую значительную антропогенную нагрузку оказывает загрязнение тяжелыми металлами. Кроме того остается актуальным вопросом пригодность выбранной территории для безопасной жизнедеятельности населения, ведь в Украине под обустройство агросоциокомплексов, как правило, отводят земли подверженные сильному антропогенному воздействию с уровнем техногенной нагрузки по тяжелым металлам в 1,5—3,0 ПДК, что соответствует слабому и среднему уровням загрязнения по В.Б. Ильину (1995) [2, с. 95]. Поэтому возникает необходимость в подборе сельскохозяйственных культур устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами.
Целью данной работы являлось изучение фиторемедиационной способности сельскохозяйственных культур к загрязнению почвы тяжелыми металлами с последующей их разбивкой на фитоэкстракторы и фитостабилизаторы. Следует отметить, что в условиях низкого и среднего уровня загрязнения важное значение приобретает фитостабилизация — выращивание культур, которые не выносят токсиканты из почвы и, соответственно, не накапливают их в своей биомассе; напротив, при высоком уровне загрязнения используют фитоэкстракцию — очистку почвы за счет поглощения катионов тяжелых металлов корневой системой с последующим накоплением их в надземной части растений. Наиболее перспективными фитоэкстракторами будут являться растения с высокими значениями коэффициентов биологического поглощения и транслокации [4, с. 264], а также базипетальным распределением химических элементов по органам, в то время как основным требованием фитостабилизации является акропетальное распределение токсикантов, что при наличии высокого геохимического барьера и защитных механизмов самого растения позволит получать качественную продукцию растениеводства, соответствующую санитарно-гигиеническим нормам с содержанием тяжелых металлов в товарной части в пределах ПДК. Однако, известно, что степень толерантности к тяжелым металлам сильно варьирует не только у разных сельскохозяйственных культур, но даже по видам в пределах отдельно взятой культуры [3, с. 144].
Анализ фиторемедиационной способности по отношению к тяжелым металлам был проведен у зерновых (овес, яровой и озимый ячмень, озимая пшеница, тритикале, просо), как наиболее распространенных культур в Северной Степи Украины. Микрополевые опыты проводили в пятипольном зернопаропропашном севообороте с уровнем техногенной нагрузки в 5 ПДК по Cd, Pb и Zn, которые вносили в почву в виде водных растворов нитратных солей весной под предпосевную культивацию.
Для оценки фиторемедиационного потенциала сельскохозяйственных культур определяли коэффициент биологического поглощения, который рассчитывали, как отношение содержания тяжелого металла в растении к его валовому содержанию в почве, и транслокационный коэффициент — отношение содержания тяжелого металла в надземной части к его содержанию в корневой системе, что показывает распределение токсиканта по органам растения [1, с. 12]. Согласно классификации W.J. Fitz и W.W. Wenzel (2002) интерес для фитоэкстракции представляют растения, у которых эти коэффициенты выше 1. Напротив, для фитостабилизации следует выбирать сильные деконцентраторы по А.Л. Ковалевскому (1973).
Как показали результаты исследований, коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов из почвы у выше перечисленных культур увеличивался в ряде: просо < озимые зерновые < яровые зерновые (табл. 1). Высокоурожайные сорта, хорошо отзывчивые на повышение уровня минерального питания, были более чувствительны и к токсическому действию тяжелых металлов, что отражалось на морфо-биологических показателях и проявлялось в виде более интенсивного накопления их в товарной части. В пределах культуры наибольший коэффициент биологического поглощения был отмечен у озимой пшеницы сорта Красуня, озимой ржи — сорта Кормовая 51, а наименьший — у сортов Фантазия и Харьковская 98 соответственно.
Таблица 1.
Коэффициенты биологического поглощения зерновых культур при загрязнении почвы тяжелыми металлами
Все без исключения зерновые культуры характеризовались акропетальным распределением тяжелых металлов по органам растений, длительным периодом вегетации, медленно формирующейся биомассой, наличием признаков токсикоза, которые проявлялись в виде некротических пятен, задержки роста и развития растений, поэтому по транслокационному коэффициенту их нельзя рекомендовать использовать, в качестве фитоэкстракторов. Только просо, как наиболее толерантное из них к токсическому действию тяжелых металлов, у которого коэффициенты биологического поглощения и транслокации на порядок ниже единицы, а признаки токсикоза слабо выражены, является перспективным для фитостабилизации загрязненной почвы.
Подытожив выше изложенное, следует отметить, что анализ фиторемедиационной способности зерновых культур (овес, яровой и озимый ячмень, озимая пшеница, тритикале, просо) к загрязнению почвы тяжелыми металлами по коэффициентам биологического поглощения и транслокации свидетельсьвует о бесперспективности использования данных культур для фитоэкстракции и, напротив, возможности использования проса для фитостабилизации загрязненной почвы.
Список литературы:
Андреева И.В. Злобина М.В., Байбеков Р.Ф., Ганжара Н.Ф. Фиторемедиационная способность дикорастущих и культурных растений // Известия ТСХА. — 2010. — Вып. 1. — С. 8—17.
Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв тяжелыми металлами // Агрохимия. — 1995. — № 1. — С. 94—99.
Яковишина Т.Ф. Методы детоксикации тяжелых металлов в почве. Saarbruchen: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. — 164 с.
Fitz W.J., Wenzel W.W. Arsenic transformation in the soil — rhizosphere — plant system, fundamentals and potential application of phytoremediation // Journal of Biotechnology. — 2002. — V. 99. — P. 259—278.