ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯЧМЕНЯ ОБЫКНОВЕННОГО HORDEUM VULGARE (L.) В ЦЕЛЯХ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ

Неведров Николай Петрович

аспирант, КГУ, г. Курск

e-mail: 9202635354@mail.ru

Проценко Елена Петровна

д-р с.-х. наук, профессор КГУ, г. Курск

Кузнецов Алексей Егорович

аспирант, КГУ, г. Курск

e-mail: kaf-ecolbiol@yandex.ru

Введение. С каждым годом все большую актуальность приобретает проблема повышенного содержания тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде. В связи с тем, что урбаноземы и некоторые почвы сельскохозяйственного назначения имеют повышенные содержания ТМ, остро стоит вопрос об их очистке. В Курской области одним из основных загрязнителей почв среди тяжелых металлов является цинк. Исследования последних лет показали, что содержание цинка в почвах отдельных районов г. Курска может достигать 2777 мг/кг, что в 27,7 раза превышает предельно допустимое значение [3, с. 7].

Наиболее перспективным недорогим и экологичным методом очистки почв является фитоэкстракция, основанная на поглощении растениями ТМ, находящихся в виде свободных ионов в почвенном растворе, а так же в виде обменных катионов из твердой фазы почвы [1, с. 77].

В качестве растения-ремедиатора использовалась культура ячмень обыкновенный (лат. Hordеumvulgаre) сорта «Гонар» — травянистое растение, вид рода Ячмень (Hordeum) семейства Злаки (Poaceae). Однолетнее растение, являющееся не только важной сельскохозяйственной культурой, но и перспективным аккумулятором ТМ [6, с. 11].

Цель работы:изучить возможность применения ячменя обыкновенного в целях фиторемедиации загрязненных цинком почв Курской области.

Методика исследования. В ходе эксперимента растение ячмень обыкновенный выращивалось на двух типах почв Курской области: чернозем типичный (садово-огородный участок п.Духовец, Курский район) и серая лесная почва (агробиостанция КГУ), основные агрохимические свойства которых представлены в (табл. 1).

Таблица 1.

Агрохимические свойства почв

На данных участках, в п. Духовец и на агробиостанции КГУ, были размечены экспериментальные площадки размером 1Х1 м., защитная полоса между площадками составляла 50 см. Затем проводилось искусственное загрязнение почвы экспериментальных площадок цинком (для загрязнения почв использовали ZnSO₄ Х 7Н₂О), соответствующее дозам 1,2,10 и 50 ПДК. В качестве контроля использовали незагрязненные цинком почвы.

По истечении трех недель с момента загрязнения почвы, на каждую экспериментальную и контрольные площадки были высажены семена ячменя обыкновенного с густотой 500 растений на м². Растения выращивались с мая по август в естественных условиях. Опыт проводился в двукратной повторности. Укос побегов происходил во время восковой спелости зерна.

Измерение массовых концентраций цинка в почвенных и растительных образцах проводилось методом инверсионной вольт­амперометрии на анализаторе ТА 4. Пробоподгоовка и анализ проб выполнены в соответствии с методикой МУ 31-04/04

Результаты и обсуждение. На экспериментальных площадках с дозой загрязнения 50 ПДК семена всходов не дали.

Таблица 2.

Изменение биометрических показателей ячменя обыкновенного в зависимости от загрязнения почв

Отмечено увеличение биомассы лишь в варианте с дозой загрязнения 2 ПДК на серой лесной почве. Во всех остальных вариантах опыта биомасса побегов ячменя обыкновенного несколько ниже, чем на контроле. Средняя длина побегов ячменя обыкновенного выращенного на серой лесной почве при дозах 1 ПДК и 2 ПДК достоверно выше, чем на контроле (табл. 2). По всей вероятности, внесенный в почву цинк вызвал стимуляцию роста побегов, так как он влияет на образование аминокислоты триптофана, предшественника ауксина — гормона роста [4, с. 282].

Таблица 3.

Зависимость содержания цинка в органах ячменя от степени загрязнения почвы

Полученные данные показывают следующее: содержание цинка в корневой системе ячменя обыкновенного, выращенного на черноземе типичном возросло с 13,1 до 390 мг/кг (в 29,7 раза), в надземной части с 10 до 121 мг/кг (в 12,1 раза), в зерне с 4 до 56 мг/кг (в 14 раз). При этом концентрация тяжелого металла при загрязнении почвы изменилась с 29 до 1000 мг/кг (в 34,4 раза). Динамика накопления цинка ячменем обыкновенным в серой лесной почве меняется в следующем диапазоне: в корневой системе возрастает с 24 до 429 мг/кг (в 17,8 раза), в надземной части с 49 до 326 мг/кг (в 6,7 раза), в зерне с 17 до 134 мг/кг (в 7,8 раза). Тем временем при загрязнении почвы концентрация возросла с 13 до 1000 мг/кг (в 76,9 раза).В ходе исследования установили, что количественное поглощение ТМ растениями обратно пропорционально увеличению содержания токсиканта в почве.

Также отмечено снижение миграции цинка от корневой системы к плоду, содержание в корне > в побеге > в зерне (Табл. 3). Это явление обусловлено активацией физиологических барьеров, препятствующих проникновению больших концентраций тяжелого металла в растение. Данные барьеры расположены на границе «корневая система — стебель», т. к. в корнях обнаружено наибольшее количество цинка [2, с. 97].

Таблица 4.

Биологический вынос цинка побегами ячменя обыкновенного в пересчете кг/га

Наибольший биологический вынос цинка из почвы (4,46 кг/га) надземной частьюячменя обыкновенного отмечен в варианте эксперимента при степени загрязнения чернозема типичного 10 ПДК (табл. 4). В то время как в серой лесной почве он значительно ниже (2,12 кг/га) при таком же уровне загрязнения почвы. Данный эффект проявляется за счет более высокого показателя биомассы растений, выращенных на черноземе типичном. Этот показатель является основополагающимфактором при формировании биологического выноса растениями из почвы элемента загрязнителя [5, с. 20].

Выводы

1.Ячмень обыкновенный является перспективным растением-фиторемедиатором на загрязненных цинком серых лесных и черно­земных почвах Курской области. Биологический вынос загрязняющего элемента из почвы варьирует от 1,02 до 4,46 кг/га.

2.Миграция цинка в звене «почва-растение» определяется его химическими свойствами, почвенными условиями и биологичес­кими особенностями растения.

Список литературы:

1. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв // Агрохимия. — 2003. — № 3. — С. 77—85.
2. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. Ин-т биохимии им. А.Н. Баха. — М.: Наука, 2005. — 199 с.
3. Прусаченко А.В. Экотоксикологическая оценка загрязнений тяжелыми металлами урбаноземов города Курска: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. — М.: — 2011. — 19 с.
4. Третьяков Н.Н., Кошкин Е.И., Макрушин Н.М. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. — М.: КолосС, 2005. — 656 с.
5. Флёсс Н.А. Фиторемедиация почв, подвергшихся загрязнению в результате применения жидких органических удобрений: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. — М.:— 2007. — 20 с. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://rudocs.exdat.com/docs/index-341939.html.
6. Яковишина Т.Ф. Детоксикация загрязненных тяжелыми металлами черноземов обыкновенных северной Степи Украины: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйст­венных наук:— Днепропетровск, — 2006. — 19 с.