ФИТОРЕМЕДИАЦИОННАЯ  СПОСОБНОСТЬ  СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ  КУЛЬТУР  К  ЗАГРЯЗНЕНИЮ  ПОЧВЫ  ТЯЖЕЛЫМИ  МЕТАЛЛАМИ

Яковишина  Татьяна  Федоровна

канд.  сель.-хоз.  наук,  доцент,  доцент  кафедры  экологии  и  охраны  окружающей  среды,  Государственное  высшее  учебное  заведение  “Приднепровская  государственная  академия  строительства  и  архитектуры”,  Украина,  г.  Днепропетровск

E-mail:  t_yakovyshyna@ukr.net

E-mail:  tatyana_yakovyshyna@mail.ru

PHYTOREMEDIATION  ABILITY  OF  THE  CROP  TO  THE  CONTAMINATION  OF  THE  SOILS  BY  THE  HEAVY  METALS

Tatyana  Yakovyshyna

associate  Professor  of  Ecology  and  Environmental  Protection  Department,  Doctor  of  Philosophy  (Ecology),  Associate  Professor  State  Higher  Educational  Establishment  “Pridneprovska  Statе  Academy  of  Civil  Engineering  and  Architecture”,  Ukraine,  Dnipropetrovsk

АННОТАЦИЯ

Проведена  оценка  фиторемедиационной  способности  зерновых  культур  (овес,  яровой  и  озимый  ячмень,  озимая  пшеница,  тритикале,  просо)  к  загрязнению  почвы  тяжелыми  металлами  по  коэффициентам  биологического  поглощения  и  транслокации.  Установлено,  что  только  просо  можно  использовать  для  фитостабилизации  почвы.

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:

1. 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.
2. Ильин  В.Б.  Система  показателей  для  оценки  загрязненности  почв  тяжелыми  металлами  //  Агрохимия.  —  1995.  —  №  1.  —  С.  94—99.
3. Яковишина  Т.Ф.  Методы  детоксикации  тяжелых  металлов  в  почве.  Saarbruchen:  LAP  LAMBERT  Academic  Publishing,  2013.  —  164  с.
4. 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.