Влияние гумата натрия на морфометрические показатели тесткультуры в условиях загрязнения почв тяжелыми металлами

Большинство тяжелых металлов не являются необходимыми для растений, однако они могут ими активно поглощаться, накапливаться и по пищевым цепям поступать в организм человека [5, 12, 17]. Опасность металлов усугубляется еще и тем, что они обладают кумулятивным действием и сохраняют токсические свойства в течение длительного времени [11, 16]. Наиболее опасными среди них считаются свинец и кадмий [1, 3, 4, 6].

Одним из способов предотвращения неблагоприятного воздействия тяжелых металлов является использование детоксицирующих препаратов. В качестве детоксикантов могут выступать органические вещества как прекрасные инактиваторы тяжелых металлов в почве. Они повышают буферность почвы, способствуют снижению концентрации солей в почвенном растворе, уменьшению фитотоксичности многовалентных тяжелых металлов и препятствует поступлению их в растения. Внесение в почву детоксиканта способствует улучшению условий произрастания растений. Одним из таких веществ может служить гумат натрия.

Цель исследований . Оценка влияния гумата натрия на морфометрические показатели тест-культуры в условиях загрязнения почв кадмием и свинцом.

Объекты и методы исследований . Для исследования фитотоксичности почв, загрязненных кадмием и свинцом в качестве тест-культуры, был использован яровой ячмень сорта Красноярский 80.

Оценка влияния тяжёлых металлов и гумата натрия на морфометрические параметры ярового ячменя проводилась в лабораторных условиях с использованием вегетационных сосудов, наполненных почвой (чернозем выщелоченный). Для закладки опыта использовали почву пахотного слоя, взятую с полей СПК «Зыковский». Перед закладкой опыта по результатам агрохимического анализа почва имела следующие характеристики: гумус – 7,7 %, рН KCl – 7,5, 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.

Тяжелые металлы в концентрации от 1 до 5 ПДК вносили в опытные варианты в виде хорошо растворимых солей (CH 3 COO) 2 Pb, 3CdSO 4 *8H 2 O. Расчет концентрации проводили согласно данным ПДК [6]. В качестве детоксиканта тяжёлых металлов использовали гумат натрия в дозе 0,15 и 0,3 г на 1 кг почвы. После внесения необходимых ингридиентов почва инкубировалась в течение 7 дней. Объектами служили 30 семян в одном сосуде, все опыты проводили в 4 повторностях. По истечении 10 сут после появления дружных всходов проводили измерение длины и биомассы ростков и корней.

Статистическую обработку осуществляли при помощи пакета Microsoft Excel 97 для Windows и компьютерного пакета статистических программ «Snedecor».

Результаты исследований и их обсуждение . При выращивании ярового ячменя под действием ионов кадмия и свинца наблюдалось усиление ингибирования ростовых процессов с увеличением концентрации тяжелых металлов.

Снижение средней длины проростка кадмий и свинец начали вызывать в концентрации от 2 до 5 ПДК, причем значимые (Р < 0,01) изменения наблюдались только от 3 ПДК (табл. 1). Отличия от фона при загрязнении свинцом в концентрации 3 ПДК составило 5,9 %; 4 ПДК – 13,6; 5 ПДК – 16,2 %. В варианте с кадмием угнетение при 3 ПДК составило 5,3 %, при 4 ПДК – 12,4, а при 5 ПДК – 17,8 %.

Внесение гумата натрия как детоксиканта тяжелых металлов оказало положительное воздействие на величину средней длины проростка как в варианте с кадмием, так и в варианте со свинцом. Двойная концентрация гумата натрия оказалась более эффективной, так как увеличение средней длины проростка возросло в среднем на 14–16 %, а концентрация детоксиканта 0,15 г/кг почвы способствовала в среднем увеличению показателя лишь на 5–7 %.

Таблица 1

Влияние тяжелых металлов (ТМ) и гумата натрия на среднюю длину проростка ярового ячменя

ТМ	Вариант опыта	Доза гумата Na, г/кг почвы	Доза внесения в почву ТМ
			1 ПДК	2 ПДК	3ПДК	4 ПДК	5 ПДК
Средняя длина проростка (фон – 208,5±0,16), мм
Pb	Без детоксиканта	–	208,7±0,10	208,3±0,62	206,4±0,34**	201,7±0,88**	174,7±1,01**
	Гумат натрия	0,15	209,1±0,29	208,7±0,29	206,9±0,39*	206,5±0,37**	188,3±0,43**
		0,3	209,4±0,29	209,1±0,22	207,8±0,17	209±0,46 аа	201,9±0,33**
Cd	Без детоксиканта	–	208,6±0,23	208,3±0,34	206,5±0,38*	200,4±0,54**	171,3±0,81**
	Гумат натрия	0,15	208,8±0,36	208,5±0,29	206,9±0,35*	204,6±0,47**	184,5±1,23**
		0,3	209,1±0,26	209±0,12	208±0,36	208,4±0,31	198,3±1,09**

* Значения достоверны при Р<0,05; ** Р<0,01 (в качестве контроля выступает фон).

Возрастающие дозы тяжелых металлов вызывают у растений в первую очередь замедление роста корней [10, 12]. Это связано с тем, что корни являются первым барьером на пути транспорта металлов из почвы в растение, и именно корень берет на себя основную функцию по их аккумуляции и детоксикации.

Так, в случае внесения в почву токсикантов происходит достоверная (Р < 0,01) депрессия средней длины корня уже с концентрации 2 ПДК кадмия и 3 ПДК свинца (табл. 2). Наибольшее снижение наблюдается при высокой концентрации кадмия от 18 до 31 %, свинца – от 19 до 28 %.

При загрязнении почвы кадмием гумат натрия в концентрации 0,15 г/кг приводит к увеличению данного показателя при 1 ПДК на 1,5 %, при 2 ПДК – на 2,7, при 3 ПДК – на 5,4, при 4 ПДК – на 11,7, при 5 ПДК – на 28,4 % по сравнению с вариантом без детоксиканта (табл. 2). При использовании двойной концентрации гумата натрия средняя длина корня увеличивается почти в 1,5 раза, поэтому эта концентрация и является более эффективной. Сходные тенденции стимулирующего действия детоксиканта выявлены и при загрязнении почвы свинцом.

Таблица 2

Влияние тяжелых металлов (ТМ) и гумата натрия на среднюю длину корня ярового ячменя

ТМ	Вариант опыта	Доза гумата Na, г/кг почвы	Доза внесения в почву ТМ
			1 ПДК	2 ПДК	3ПДК	4 ПДК	5 ПДК
Средняя длина корня (фон – 61,7±0,17), мм
Pb	Без детоксиканта	–	60,7±0,88	59,9±0,96	55,8±1,02**	50,1±0,78**	44,5±1,16**
	Гумат натрия	0,15	61,0±0,54	60,5±1,09	59,6±0,47	58,0±0,45**	57,3±0,66**
		0,3	66,4±0,84**	65,4±0,62**	64,9±0,82**	64,0±0,58*	63,9±0,92
Cd	Без детоксиканта	–	60,0±0,63	58,1±0,26**	55,3±0,32**	50,5±0,68**	42,6±0,89**
	Гумат натрия	0,15	60,9±0,22	59,7±0,45**	58,3±0,22**	56,4±0,64**	54,7±0,74**
		0,3	61,4±0,32	60,9±0,37	60,6±0,31	60,0±0,80	59,9±0,94

* Значения достоверны при Р<0,05; **Р<0,01 (в качестве контроля выступает фон).

По результатам регрессионного анализа установлена прямая зависимость средней длины корней ячменя от концентрации тяжелых металлов (свинца и кадмия), внесенных в почву (рис.). Причем эта зависимость носит линейный характер с высоким значением коэффициента детерминации (в варианте со свинцом R2= 0,903, с кадмием R2= 0,907). Еще более тесная положительная корреляция наблюдается между дозой детоксиканта и длиной корней ячменя (рис.).

На показатели биомассы проростков ярового ячменя большее негативное воздействие оказали также повышенные дозы тяжелых металлов (табл. 3–4). Присутствие свинца в почве в концентрации 5 ПДК привело к снижению средней массы проростка на 30,5 %, а массы корня на 62 % по сравнению с контролем. При загрязнении кадмием в такой же концентрации средняя масса проростка уменьшилась на 32,4%, а средняя масса корня практически в 3 раза.

Зависимость средней длины корня ярового ячменя от концентрации тяжелых металлов и дозы гумата натрия

Гумат натрия в концентрации 0,15 г/кг почвы

"7Л
60 50 40 30 20 10 Л	♦--ф__ф___ ф   ^
	y = -0,64x + 66,84 R2 = 0,9508
0	12345 ПДК, свинец

Гумат натрия в концентрации 0,3 г/кг почвы

Окончание рис.

Таблица 3

Влияние тяжелых металлов (ТМ) и гумата натрия на среднюю массу проростка ярового ячменя

ТМ	Вариант опыта	Доза гумата Na, г/кг почвы	Доза внесения в почву ТМ
			1 ПДК	2 ПДК	3ПДК	4 ПДК	5 ПДК
Средняя масса проростка (фон – 0,256±0,002), мг.
Pb	Без детоксиканта	–	0,252±0,001*	0,248±0,001**	0,229±0,001**	0,209±0,001**	0,178±0,001**
	Гумат натрия	0,15	0,254±0,001	0,251±0,001**	0,237±0,001**	0,220±0,001**	0,212±0,001**
		0,30	0,258±0,001	0,257±0,001	0,256±0,001	0,254±0,001	0,250±0,001**
Cd	Без детоксиканта	–	0,250±0,006	0,238±0,003**	0,220±0,008**	0,196±0,001**	0,173±0,001**
	Гумат натрия	0,15	0,254±0,001	0,246±0,001	0,232±0,001**	0,212±0,001**	0,208±0,001**
		0,30	0,258±0,002	0,254±0,001	0,244±0,001*	0,230±0,008**	0,223±0,001**

* Значения достоверны при Р<0,01; ** Р<0,05 (качестве контроля выступает фон).

Под влиянием тяжелых металлов уменьшаются длина главного корня и количество боковых корней, отмирают корневые волоски и снижается биомасса корней [14]. В наших экспериментах с увеличением концентрации свинца и кадмия в почве наблюдалось значительное (по сравнению с фоном) снижение подземной биомассы (табл. 4). Использование детоксиканта привело к повышению обоих показателей, причем при применении двойной концентрации гумата натрия показатели возросли почти вдвое по сравнению с вариантами без использования мелиоранта.

Таблица 4

Влияние тяжелых металлов (ТМ) и гумата натрия на среднюю массу корней ярового ячменя

ТМ	Вариант опыта	Доза гумата Na, г/кг почвы	Доза внесения в почву ТМ
			1 ПДК	2 ПДК	3ПДК	4 ПДК	5 ПДК
Средняя масса корня (фон – 0,04					5±0,002), мг
Pb	Без детоксиканта	–	0,0420±0,001*	0,040±0,001**	0,035±0,001**	0,026±0,001**	0,017±0,001**
	Гумат натрия	0,15	0,044±0,001	0,042±0,002*	0,039±0,001**	0,035±0,001**	0,033±0,001**
		0,30	0,049±0,001	0,048±0,001	0,046±0,001	0,045±0,001	0,044±0,001
Cd	Без детоксиканта	–	0,040±0,009	0,034±0,074*	0,029±0,001	0,020±0,001	0,014±0,001
	Гумат натрия	0,15	0,043±0,003	0,039±0,001	0,036±0,001	0,029±0,001	0,027±0,001
		0,30	0,047±0,001	0,046±0,001	0,044±0,002	0,042±0,001	0,039±0,001

'Значения достоверны при Р<0,01; **Р<0,05 (в качестве контроля выступает фон).

Заключение . Таким образом, характер и сила воздействия тяжелых металлов на рост растений определяются в первую очередь их содержанием в корнеобитаемой среде. В относительно низких концентрациях они могут незначительно стимулировать ростовые процессы, тогда как в присутствии высоких ингибируют их. Использование в качестве детоксиканта тяжелых металлов, гумата натрия улучшало все показатели начального роста ярового ячменя, причем более эффективной оказалась концентрация гумата 0,30 г/кг почвы.