Экологическая безопасность и биологическая полноценность моркови (Daucus carota), выращенной на почвах, загрязненных кадмием

Введение. Почва как фактор окружающей среды может служить источником вторичного загрязнения подземных вод, атмосферного воздуха, сельскохозяйственной продукции. Загрязнение и последующая деструкция почвы обусловлены либо локальным влиянием источника на почву, либо атмосферным переносом токсикантов в аэрозольной фазе [1].

При попадании тяжелых металлов в почву происходит трансформация их первичных форм, вертикальное и горизонтальное перераспределение, то есть начинается миграция. Способность металлов к миграции приводит к более быстрому поступлению к корневищам растений, попадая тем самым в пищевую цепочку «почва – растение – животное – человек».

Тяжелые металлы представляют опасность для живых организмов в различной степени. Более опасны тяжелые металлы первого класса опасности, такие как свинец, ртуть, кадмий [4].

Кадмий достаточно легко поступает из почвы и атмосферы в растения. По фитотоксичности и способности аккумулироваться в растениях в ряду тяжелых металлов он занимает первое место (Cd > Cu > Zn > Pb). Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, а также ингибировании восстановления NО 2 до NО. Кроме того, в метаболизме растений он является антагонистом ряда элементов питания (Zn, Cu, Mn, Ni, Se, Ca, Mg, P). У растений наблюдаются задержка роста, повреждение корневой системы и хлороз листьев.

Кадмий способен накапливаться в организме человека и животных, так как сравнительно легко усваивается из пищи и воды. Токсичное действие металла проявляется уже при очень низких концентрациях: ингибируется синтез ДНК, белков и нуклеиновых кислот, уменьшается активность ферментов, нарушается усвоение и обмен других микроэлементов (Zn, Cu, Se, Fe), что может вызывать их дефицит [3].

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вызывает тревогу, потому что оно многопланово снижает продуктивность растений, нарушает естественно сложившиеся фитоценозы, ассимиляционный потенциал фитомассы, ухудшает качество среды обитания человека, включая качество продукции и продуктов питания [7].

Большинство овощных культур возделывается на всей территории нашей страны на полях сельскохозяйственных предприятий, на дачных и приусадебных участках и относятся к продуктам частого потребления. Поэтому качество овощной продукции является актуальным вопросом на сегодняшний день.

Цель исследований . Оценка влияния загрязнения чернозема кадмием в дозе 5 ПДК и применения детоксикантов на показатели экологической безопасности и биологической полноценности моркови.

Объекты и методы исследований. В качестве модельного объекта исследования выбрана морковь (Daucus Carota) сорта Марлинка. Данный сорт растения включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Оригинатор – ГНУ ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия.

Исследования проводились на базе лаборатории кафедры экологии и естествознания и Испытательного центра по контролю качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Поведение кадмия в системе «почва-растение» изучали в вегетационно-полевом эксперименте. Кадмий вносился в 0–20 слой почвы в виде 3СdSO 4 ∙8Н 2 О в концентрации 5 ПДК по фону N 40 P 50 K 50 . Расчет концентрации проводили согласно данным ПДК [2]. Одновременно, согласно схеме опыта, вносились детоксиканты: гумат натрия в количестве 0,15 г/кг, 0,3 г/кг; суперфосфат – 3,75 г/кг, 7,5 г/кг; катионит – 1,5 г/кг, 3 г/кг; птичий помет – 15 г/кг, 30 г/кг. Почва на опытном участке имеет следующую характеристику: гумус – 7,7%; рН KCl – 7,5; гидролитическая кислотность – 6,3 мг-экв/100 г почвы; сумма обменных оснований – 42 мг-экв/100 г; подвижный фосфор – 300 мг/кг; обменный калий – 150 мг/кг; ЕКО – 57,6 мг-экв/100 г почвы. Полевые эксперименты проведены в 2011 году на опытном поле в с. Зыково (Берёзовском районе Красноярского края). Содержание тяжелых металлов в образцах почвы и растениях определялся атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре (AAС) «Спектр-5». Анализ проводился в соответствии с ГОСТ 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов». Извлечение подвижной формы тяжелых металлов из почвы проведено ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 по методу Крупского-Александровой. При анализе биохимического состава моркови определяли: общие сухие вещества – методом высушивания до постоянной массы (ГОСТ 28561-90), содержание редуцирующих сахаров в корнеплодах – по Бертрану [6], нитраты – фотометрически (ГОСТ 29270-95), витамины: каротин (ГОСТ 8756.22-80), С (ГОСТ 24556-89), РР (ГОСТ РР 50479-93-89). Статистическую обработку проводили при помощи пакета Microsoft Excel 97 для Windows и компьютерного пакета статистических программ «Snedecor».

Результаты исследований и их обсуждение. При оценке влияния модельного загрязнения почвы кадмием в концентрации 5 ПДК на экологическую безопасность растительной продукции установлено, что без использования детоксикантов (контрольный вариант) наблюдалось превышение ПДК кадмия в корнеплодах моркови в 3,3 раза (табл. 1).

Использование детоксикантов позволило уменьшить (Р≤0,01) аккумуляцию кадмия в корнеплодах моркови. Наибольшую эффективность показали гумат натрия и птичий помет. При их внесении в двойных дозах морковь отвечала гигиеническим требованиям. Менее эффективным среди мелиорантов оказался суперфосфат. При его использовании в двукратной дозе (7,5 г/кг почвы) содержание кадмия в корнеплодах моркови уменьшилось в 1,5 раза.

Влияние детоксикантов на содержание кадмия в корнеплодах моркови

Таблица 1

Варианты исследования		Содержание кадмия в корнеплодах моркови, мг/кг
Детоксикант	Дозы внесения детоксиканта, г/кг почвы
Гумат натрия	0,15	0,074 ±0,01*
	0,3	0,029 ±0,004*
Суперфосфат	3,75	0,092 ±0,005*
	7,5	0,039 ±0,006*
Катионит	1,5	0,087 ±0,01*
	3,0	0,035 ±0,004*
Птичий помет	15	0,082 ±0,003*
	30	0,027 ±0,005*
Фон+5Cd		0,114 ±0,006
Фон		0,012 ±0,005
ПДК#		0,03

* – значения, достоверно отличающиеся от контроля (фон+5Cd), при P≤0,01.

Загрязнение почвы кадмием оказало негативное воздействие и на биологическую полноценность растительной продукции, в частности на биохимические характеристики корнеплодов моркови. Подобный отрицательный эффект на биохимические характеристики растений выявляли и другие исследователи [5].

Так, при внесении в почву 5 ПДК кадмия в корнеплодах моркови по сравнению с фоном достоверно уменьшилось (Р≤0,01) содержание сухого вещества на 15,5%, сахаров на 17,1%, каротина на 5,4% , витамина С на 5,5%, витамина РР на 17,2%, а содержание нитратов увеличилось на 5,5% (табл. 2).

Применение детоксикантов позволило улучшить биохимические характеристики растительной продукции. Так, содержание изучаемых характеристик по сравнению с контролем (Фон+5Cd) увеличилось (Р≤0,01) при применении двойных доз гумата натрия и птичьего помета на 13,8 и 27,7% (витамин РР ); 0,7 и 6,6% (витамин С ); 6,8% и 8,1% (каротин); 21,5 и 23,5% (сахара); 10,2 и 16,3% (сухое вещество) соответственно. Также все исследуемые детоксиканты, кроме катионита, способствовали нивелировке негативного действия кадмия в отношении снижения количества нитратов в корнеплодах моркови.

Под воздействием двойных доз катионита и суперфосфата по сравнению с контролем (Фон+5Cd) увеличилось (Р≤0,01) содержание: сухого вещества на 4,9 и 3,9 %; сахаров – 1,9 и 18,6 %; каротина – 1,2 и 4,6%; витамина РР – 1,2 и 18,6% соответственно.

Таблица 2

Влияние кадмия и его детоксикантов на биологическую полноценность корнеплодов моркови

Фон+5Cd	Фон+5Cd + Детоксикант
	Гумат натрия		Суперфосфат		Катионит		Птичий помет
	Доза детоксиканта, г/кг почвы
	0,15	0,3	3,75	7,5	1,5	3,0	15	30
Сухое вещество (фон N 40 P 50 K 50 – 11,6 ±0,05), %
9,8 ±0,05*	10,6 ±0,05*	10,8 ±0,05*	10,4 ±0,05*	10,6 ±0,04*	10,4 ±0,05*	10,7 ±0,02*	10,8 ±0,05*	11,4 ±0,05
Сахара (фон N 40 P 50 K 50 – 12,3 ±0,05), %
10,2 ±0,05*	10,6 ±0,05*	12,4 ±0,05	10,6 ±0,05*	12,1 ±0,04	10,5 ±0,05*	10,4 ±0,02*	10,7 ±0,04*	12,6 ±0,03*
Каротин (фон N 40 P 50 K 50 – 9,2 ±0,04), мг/100г
8,7 ±0,04*	8,9 ±0,04*	9,3 ±0,05*	8,8 ±0,05*	9,1 ±0,0 5	8,5 ±0,05*	8,8 ±0,04*	9,2 ±0,04	9,4 ±0,05*
Витамин С (фон N 40 P 50 K 50 – 14,4 ±0,07), мг/100г
13,6 ±0,04*	13,7 ±0,04*	13,7 ±0,05*	13,5 ±0,02*	13,8 ±0,03*	13,4 ±0,02*	13,5 ±0,03*	13,8 ±0,03*	14,5 ±0,02*
Витамин РР (фон N 40 P 50 K 50 – 0,87 ±0,006), мг/100г
0,72 ±0,005*	0,78 ±0,003*	0,82 ±0,005*	0,77 ±0,002*	0,82 ±0,002*	0,73 ±0,003*	0,73 ±0,003*	0,81 ±0,004*	0,92 ±0,002*
Нитраты (фон N 40 P 50 K 50 – 108 ±0,29), мг/кг
114 ±0,40*	109 ±0,24	107 ±0,24	109 ±0,48	108 ±0,24	112 ±0,17*	111 ±0,24*	109 ±0,24	108 ±0,24

* - значения, достоверно отличающиеся от контроля (фона), при P<0,01.

Таким образом, в результате исследования выявлено, что при выращивании моркови сорта Марлинка на искусственно загрязненных почвах кадмием в дозе 5 ПДК происходит снижение биохимических показателей. При использовании детоксикантов: гумата натрия, суперфосфата, катионита, птичьего помета – отме- чено положительное действие на исследуемые биохимические показатели моркови. Также применение детоксикантов позволяет снизить содержание нитратов в корнеплодах моркови и получить экологически безопасную и биологически полноценную продукцию.

Выводы

• 1.    Загрязнение почвы кадмием оказало негативное воздействие на экологическую безопасность и биологическую полноценность моркови, что выразилось в превышении содержания кадмия в корнеплодах моркови в 3 ПДК, а также в уменьшении содержания сухого вещества на 12,1%; сахаров на 17,1%; каротина на 5,4%; витамина С на 6,2%; витамина РР на 19,1%.

• 2.    Использование детоксикантов позволило улучшить биохимические характеристики растительной продукции и получить корнеплоды моркови, отвечающие гигиеническим требованиям при использовании гумата натрия и птичьего помета в дозах 0,3 и 30 г/кг почвы соответственно .