Фиторемедиация почв загрязненных тяжелыми металлами

В целях сохранения близкой к природной растительности, а также для растение- водческих и лесоводческих целей в условиях антропогенного загрязнения особое значение придается вопросу, насколько имеющиеся растения уже обладают устойчивостью к тяжелым металлам. Для проверки этого существует несколько способов, например, сравнительное измерение роста корней и метод сравнительной протоплазматики [1–3].

Воздействие на почву неодинаково в зависимости от источника загрязнения на плотно заселенной территории, которые обычно занимают удобные и выгодные местоположения. По этой причине очищение (восстановление) почв от избыточных масс поллютантов представляет весьма актуальную задачу. Ее практическое решение пока остается на стадии разработки. Одним из возможных путей решения этой задачи может быть фиторемедиация – очищение почвенного покрова от загрязнения посредством культивирования растений, активно поглощающих загрязняющие вещества. Фиторемедиация является высокоэффективной технологией очистки от ряда органических веществ. Растения можно использовать для очистки твёрдых, жидких и воздушных субстратов [4–6]. Фиторемедиация загрязнённых почв и осадочных пород уже применяется для очистки военных полигонов (от металлов, органических поллютантов), сельскохозяйственных угодий (пестициды, металлы, селен), промышленных зон (органика, металлы, мышьяк), мест деревообработки (ПХБ). Фиторемедиации могут быть подвергнуты городские сточные воды, сточные воды сельского хозяйства и промышленности, грунтовые воды [5]. Для достижения максимальной эффективности очистки фиторемедиация может использоваться в сочетании с другими методами биоремедиации и небиологическими технологиями очистки. Например, наиболее загрязненные части субстрата могут удаляться путем экскавации, после чего дальнейшая очистка может проводиться с помощью растений [7].

Цель исследований: подобрать травосмеси для конкретных климатических условий данных регионов с учетом способности отдельных культур накапливать загрязняющие вещества в надземной биомассе.

Такими растениями могут служить кукуруза, рыжик, горчица, салат, овес, ячмень, горох, фасоль, многолетние травы и другие. Так же они должны быть нетребовательны к почвенному плодородию (мезотрофы или олиготрофы) и способны к произрастанию в условиях сильного загрязнения. Основным критерием классификации предлагаемых травосмесей являлся способ нарушения или загрязнения земель.

Материалы и методы исследования

Наши исследования были направлены на реабилитацию загрязненных почв с помощью растений, обладающих сорбционной способностью. Это растения амаранта, зернобобовые культуры (их пожнивные остатки), бобовые травы, амброзия, стевия, кукурузные кочерыжки, корзинки подсолнечника, масличные культуры (рыжик, гвизоция, крамбе и другие).

Вместе с растениями для рекомендации почв вносим цеолитсодержащие глины местного происхождения (гор и предгорий Северного Кавказа), а также биоудобрения, обеспечивающие восстановление нарушенных земель. Опыты проводили на экспериментальных участках Горского ГАУ, Геофизического института и Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного сельского хозяйства Владикавказского научного центра РАН, Кабардино-Балкарского аграрного университета им. В.М. Кокова, Северо-Осетинского государственного университета, Юго-Осетинского государственного университета (г. Цхинвал), Комплексного научно-исследовательского института РАН (г. Грозный).

В другом опыте для снижения радиоактивности почв семена бобовых трав обволакивали смесью измельченных корзинок подсолнечника и кочерыжек кукурузы, глиной Аланит и мелассы в соотношении 1:1:10:1. На скошенном участке в конце вегетации, располагали слой опавших листьев древесных культур как органическое вещество, в смеси с аланитом в дозе 2–2,05 т/га [8, 9].

На загрязненном радионуклидами участке (стронцием, цезием, торием), где радиация превышает более 1,2 микроЗивертах в час, высевали мелкосеменные многолетние бобовые травы с преимуществом клевера ползучего (Trifolium repens L.) – 8 кг/га, люцерны изменчивой (Medicaqo Sativa L.) – 6 кг/га, козлятника восточного (Galeqa orientalis Lаm) – 6кг/га. Общая смесь бобовых трав составила 20 кг/га. Учитывая особенности клевера ползучего распространять корневые отпрыски по территории, покрывая участок уже в первый год жизни, увеличили норму высева этого вида травы как компонента с большей ассимиляционной поверхностью для сорбирования тяжелых металлов и радионуклидов.

Перед посевом семена бобовых трав обволакивали смесью измельченных кочерыжек и корзинок подсолнечника в равной пропорции по 5 кг/га каждого компонента. К ним добавляли 50 кг/га Аланита – цеолитсодержащую глину и в качестве вяжущего – мелассу – отход крахмалопаточного производства 5 кг/га [5].

Почвы исследуемых участков в основном представлены среднемощным тяжелосуглинистым выщелоченным черноземом, подстилаемым галечником с содержанием большого количества крупного песка в верхних горизонтах (8–14 %). Данный тип почв обладает, как правило, большой влагоудерживающей способностью с достаточным содержанием гумуса и питательных веществ и обладает хорошими физическими свойствами. Местами на поверхность выходит галечник. Реакция почвенного раствора выщелоченных черноземов колеблется от слабокислой до близко к нейтральной (рН солевой вытяжки 5,48–6,92)

Для осуществления многочисленных исследований широко использовали цеолитсодержащие глины с содержанием макро- и микроэлементов (табл. 1).

Химический состав местных цеолитсодержащих глин, %

Источник

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

ФИТОРЕМЕДАЦИЯ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Опасными загрязнителями среды являются тяжелые металлы (ТМ), которые депонируются, иногда в огромных количествах, в окружающей среде и живых организмах, вызывая тем самым необратимые последствия в экосистемах. Поступая в больших количествах в растительные или животные организмы, они вызывают у них депрессию, отклонения в физическом развитии, различного рода заболевания и гибель. [11].

В настоящее время загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами (ТМ) является одной из важнейших экологических проблем. В почвах они присутствуют в различных химических формах и обладают разными физическими и химическими свойствами с точки зрения химического взаимодействия, мобильности, биологической доступности и потенциальной токсичности. Почва выполняет роль своеобразного барьера, ограничивающего поступление тяжелых металлов в воду, растения, организмы животных и человека [1].

Разные по биологическим особенностям культуры обладают неодинаковыми способностями фитоэкстракции тяжелых металлов из загрязненных почв. Между концентрациями тяжелых металлов в загрязненных почвах и их содержанием в органах растений отмечена положительная корреляционная связь, носящая линейный характер.

На практике широкое практическое применение нашла динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и диэтилентриаимнпентауксусная кислота (ДТПА) за свою относительно невысокую стоимость и способность к образованию прочных комплексов со многими металлами в широком диапазоне рН. Проводимые лабораторные исследования по деметаллизации естественно и искусственно загрязненных металлами почв с использованием ЭДТА, ДТПА, направлены на оптимизацию условий извлечения металлов. Имеются данные об использовании ЭДТА, ДТПА для ремедиации почв в реальных крупномасштабных условиях, и несколько проектов уже реализованы в этой области за рубежом [2].

Свинец — тяжёлый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный. Свинец поступает в почву с удобрениями, орашаемой водой и пестицидами. В почве ряда территорий значительно превышены допустимые концентрации свинца. В основном, это территории, где размещены металлургические предприятия. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ загрязняющих почву определены совместным приказом Министерства здравоохранения РК от 30.01.2004 г. № 99 и Министерства охраны окружающей среды РК от 27.01.2004 г. № 21. Нормативы Pb в почве(мг/кг): Max-26,9; Min-2,5; Кларк-10; ПДК-32,0. Нормальное содержание свинца в надземных органах трав составляют, по данным исследователей от 1,5 мг/кг до 40,0 мг/кг сухой массы [9]. Растения, выросшие в загрязненных почвах представляют угрозу для окужающей среды. Повышенное содержание свинца оказывает негативное воздействие на людей и животных через пищевую цепь [3]. Есть много альтернативных методов очищения и предотвращения распространения загрязняющих веществ в почве. Наиболее приемлемым по значимости и экономической выгодности является очищение почвы от металлов с помощью растений. Для этого растения, способные впитывать в себя металлы, высаживаются в загрязненную почву. Металлы накапливаются в растениях, после их уборки, как в рудных месторождениях, металлы можно изъять путем химической переработки в качестве сырья [4].

Рекультивация антропогенных ландшафтов, образованных в результате деятельности горнодобывающей промышленности и дальнейшее их хозяйственное использование (в особенности – использование в сельском хозяйстве) предполагают уменьшение количества тяжелых металлов в используемых почвах и почвогрунтах. Одним из перспективных, экономически выгодных и эффективных методов очистки загрязненных субстратов считается фиторемедиация. В процессе фиторемедиации очистка субстрата производится с использованием растений . Проводились многочисленные исследования, в которых, наряду с растениями, обращается внимание на различные роли почвенных микроорганизмов в повышении эффективности фиторемедиации [10].

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опытный почвенный материал был взят с посевных площадей кукурузы (Z. mays) и подсолнуха (H. annuus) в районе поселения Балабургем г.Кентау. Уровень загрязненности почв цинком- 472.9450 мг/кг, свинцом — 448.6450мг/кг. Исследование проводилось в 4 параллелях. В опытах в качестве проб были взяты кукуруза (Zeamays L.) гибридные сорта ‘’Bora’’и подсолнух (Helıanthus annuus) сорта‘’Tekirdac yerli’’.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ:

3.2. Влияние введенных в загрязненную свинцом почву ЭДТА и ДТПА на общее содержание свинца(Pb)и

концентрацию подвижного свинца(Pb) в почве.

При введении в почву под кукурузой (Z. mays) ЭДТА дозой в 8 ммоль/кг по сравнению с пробой содержание свинца понизилось в 1,9 раза, а количество свинца в растении повысилось в 10,7раза. Точно также при введении в почву под подсолнухом (H. Annuus) ЭДТА в количестве 8 ммоль/кг содержание свинца понизилось в 1,9 раза, а в растении его количество повысилось в 19,2 раза (Таблица 3.1).

Источник