Применение ЭДТА, янтарной кислоты в процессе фитоэкстракции никеля и кадмия из загрязненных почв

Введение. Особым антропогенным воздействием на природную среду является загрязнение почвы различными поллютантами. К числу приоритетных поллютантов, обладающих высоким токсичным, мутагенным и канцерогенным эффектом, относят тяжелые металлы (ТМ). При загрязнении почвы ТМ могут накапливаться в верхних горизонтах почвы, активно воздействуя на растения. Известны различные способы очистки почв от тяжелых металлов, среди которых практический интерес вызывает фитоэкстракция [2], суть которой состоит в поглощении ТМ корневой системой растений и накоплении их в надземной биомассе.

При выборе растений-ремедиаторов основополагающую роль играет их аккумулирующая способность по отношению к ТМ [4, 5]. По способности аккумулировать ТМ все растения условно делят:

• 1)    на гипераккумуляторы – растения, способные выживать в почвах с высоким содержанием токсикантов (ТМ) и сорбировать их в большом количестве в своих органах за счет защитных физиологических механизмов к избытку ТМ;

• 2)    аккумуляторы – растения, способные накапливать ТМ в больших количествах в надземной биомассе при невысоком их содержании в почве;

• 3)    индикаторы – растения, накапливающие ТМ таким образом, что содержание металла в растении равно его содержанию в почве;

• 4)    исключители – устойчивые к ТМ растения, которые сохраняют низкую концентрацию ТМ в побегах при высоком уровне загрязнения.

В технологическом плане метод фитоэкстракции делят на два разных метода – индуцированную и непрерывную [6]. В первом способе используются специальные хелатирующие агенты (эффекторы фиторемедиации), которые образуют с металлами растворимые комплексы. Тяжелый металл, находящийся в составе такого комплекса, легко усваивается растениями и интенсивно транспортируется в побеги растений. Непрерывная технология фитоэкстракции отличается долгосрочностью. В основе этого способа лежит применение растений-супераккумуляторов [3].

Особо важен подбор для конкретных почвенноклиматических условий растений и хелатирующих агентов для фитоэкстракции тяжелых металлов из загрязненных почв с целью получения экологически безопасной продукции сельскохозяйственного производства.

Цель исследования: оценить влияние эти-лендиаминтетрауксусной (ЭДТА) и янтарной кислот на процесс фитоэкстракции никеля и кадмия.

Объекты и методы исследования. В лабораторно-вегетационном опыте исследование проводили с рапсом яровым сорта Надежный-92 и горчицей сорта Семеновская, которые вы- ращивались в сосудах с емкостью почвы 200 г. Для закладки опыта использовался чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый.

Для проведения опыта применялись соли тяжелых металлов: кадмий сернокислый 3CdSO 4 ×8H 2 O в концентрации 10 мг/кг (10ПДК) почвы и никель хлористый NiCl 2 ×6H 2 O в концентрации 850 мг/кг (10ПДК) почвы. Перед посевом семян в почву вносились эффекторы фиторемедиации янтарная кислота C 4 H 6 O 4 и этилен-диаминтетрауксусная кислота (C 10 H 16 N 2 O 8 ) в дозе 5 ммоль/кг. Всего было изучено 14 вариантов опыта.

В каждую емкость сеяли по 25 семян, повторность опыта – четырехкратная. На 21-е сутки проводили измерение растительной биомассы и морфометрических параметров: длины побега и главного корня.

Результаты исследования и их обсуждение. Изучая воздействие ТМ и эффекторов фиторемедиации на морфометрические параметры горчицы было установлено, что при внесении солей кадмия в почву длина побега и главного корня снизились на 21 и 19 % соответственно по сравнению с контролем, причем с добавлением янтарной кислоты и ЭДТА эти показатели незначительно увеличились. Самое благоприятное влияние эффекторов фиторемедиации обнаружено в варианте с внесением ЭДТА, длина побега увеличилась на 15 %, а длина главного корня – на 13 %. При внесении в почву солей никеля выявлено увеличение показателей длины побега на 5 % и снижение длины главного корня на 3 %. В вариантах с добавлением в почву эффекторов фиторемедиации установлено, что наибольшее положительное влияние оказывает янтарная кислота (рис. 1).

Рис. 1. Морфометрические параметры горчицы под действием кадмия, никеля и эффекторов фиторемедиации

При изучении воздействия кадмия и эффекторов фиторемедиации на морфометрические параметры рапса обнаружено положительное влияние на данный показатель. В варианте с добавлением янтарной кислоты выявлено уве- личение показателей длины побега и главного корня на 20 %. При внесении в почву никеля наблюдается угнетение морфометрических показателей, длины побега и главного корня снизились на 7 и 12 % соответственно в сравнении с контролем. В варианте с внесением в почву ЭД-ТА наблюдается увеличение значений длины побега на 6 %, а длины главного корня – на 12 % по сравнению с вариантом без эффектора (рис. 2).

Варианты опыта

Рис. 2. Морфометрические параметры рапса под действием кадмия, никеля и эффекторов фиторемедиации

Исследования биомассы растений рапса и горчицы показали, что у данных растений увеличивается биомасса при поглощении ТМ из почвы. При выращивании горчицы на загрязненной кадмием почве биомасса увеличилась незначительно. В варианте с внесением в почву солей никеля наблюдается увеличение показателей биомассы на 22 %. С применением эффекторов фиторемедиации наилучший результат наблюдается при внесении янтарной кислоты, биомасса увеличилась на 9 % в сравнении с вариантом без эффектора. Установлено увеличение биомассы рапса на 3 % в вариантах с внесением солей кадмия, причем при добавлением янтарной кислоты биомасса увеличилась еще на 15 %. При загрязнении почвы никелем варьирование показателей биомассы незначительное, более положительное действие оказал ЭДТА (рис. 3).

Для оценки влияния янтарной кислоты и ЭД-ТА использовали относительный показатель – фитотоксический эффект (ФЭ) [1]. Он характеризует долю снижения биомассы растений, выращенных на загрязненной почве, относительно биомассы растений, выращенных на условно чистой почве.

Полученные результаты ФЭ показывают, что под воздействием эффекторов фиторемедиации действие кадмия и никеля на растения рапса и горчицы снижается (рис. 4).

Рис. 3. Биомасса растений рапса и горчицы в исследуемых вариантах опыта

■ Горчица Рапс

Рис. 4. Фитотоксический эффект при выращивании растений на почве, загрязненной кадмием и никелем

Выводы

• 1.    Установлено, что при загрязнении почвы кадмием морфометрические параметры рапса увеличиваются с добавлением в почву янтарной

• 2.    При выращивании горчицы на загрязненной почве кадмием наиболее эффективно использовать ЭДТА как эффектор фиторемедиа-

• ции. При загрязнении почвы никелем лучший эффект дала янтарная кислота.

• 3.    Коэффициент фитотоксического эффекта подтверждает эффективность использования ЭДТА и янтарной кислоты при загрязнении почв кадмием и никелем, с использованием рапса ярового сорта Надежный-92 и горчицы сорта Семеновская как растений-ремедиаторов.

кислоты, в вариантах с загрязнением почвы никелем целесообразно использовать ЭДТА.