Какие растения очищают почву от тяжелых металлов

Способ очистки почв от тяжелых металлов

Владельцы патента RU 2365078:

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ очистки почв от тяжелых металлов включает выращивания растений фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением. В качестве растения — фитомелиоранта используют сафлор. Семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы. Обеспечивается полное поглощение ионов тяжелых металлов. 3 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при проведении специальных мероприятиях по снижению содержания в загрязненных почвенных ценозах токсичных концентраций тяжелых металлов с целью восстановления или улучшения агрохимических показателей, необходимых для получения экологически безопасной продукции.

В настоящее время отечественными и зарубежными исследователями ведется поиск растений — гипераккумулянтов, свойства которых позволяют эффективно извлекать тяжелые металлы из загрязненной почвы [1, 3, 4].

В литературных источниках сообщается, что рекультивация грунтов или очистка их от загрязнений с помощью растений является сравнительно новым методом (десять лет), экологическим и прогрессивным. Он позволяет исключить или ограничить перенос тяжелых металлов по цепочке от человека к грунтам и грунтовым водам без ущерба для окружающей среды [5].

В аналоговых работах авторами показано, что в целях фиторемедиации загрязненных почв (очистка при помощи растений) используют следующие растения — аккумулянты: ракитник, редька масличная, амарант и даже дикорастущие растения [1, 3, 4, 5].

Наиболее близким аналогом к изобретению по совокупности основных существенных признаков является способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений — фитомелирантов на загрязненных почвах с последующим их полным удалением из почвы [2] (см. RU 2282508, Кл. A01B 79/02, 27.0.2006).

К недостаткам аналоговой работы следует отнести изучение только одного загрязнителя — цезия, не указан коэффициент биологического накопления загрязнителя по используемым культурам, нет четкого понятия о сроке уборки, поскольку использовались культуры разных групп технологических требований и биологии развития.

Задачей изобретения является улучшение экологического состояния естественных и культурных биогеоценозов за счет снижения содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв.

Технический результат — более полное поглощение ионов тяжелых металлов (свинец, кадмий и медь) из почвенного раствора при создании оптимального покрытия растениями сафлора загрязненной площади.

По сущности поставленная задача достигается тем, что на загрязненных почвах возделывают сафлор, семена высевают из расчета 60-80 растений на м 2 (20-22 кг/га) с последующим доведением и полным удалением растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.

Предлагаемая норма высева обеспечивает полный охват корневой системой растения по объему загрязненной почвы. При меньшей норме высева охват не полный, а при большей норме снижается резко продуктивность надземной массы и, как следствие, общий вынос тяжелых металлов растениями сафлора.

Пример конкретного выполнения

Опыты проводились на территории очистных сооружений г.Истры.

Проводили весенний посев растений вручную с последующей заделкой граблями.

Пробы почв отбирали до посева и сразу после уборки сафлора.

Уборку проводили, доведя развитие растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.

Полученные результаты в ходе выполнения эксперимента в полевых условиях убедительно доказывают, что сафлор может быть отнесен к растениям — гипераккумулянтам тяжелых металлов.

Интересно отметить, что, как правило, при выращивании на загрязненных почвах, даже у гипераккумулянтов, содержание таких металлов, как свинец, кадмий и медь в растительных образцах по надземной части не превышает 1,2; 0,5-1 и 10-12 мг/кг сухой массы соответственно (табл.1).

На основании представленных результатов и данных по содержанию тяжелых металлов (подвижная форма) в почве произведен расчет коэффициента биологического накопления (поглощения) (табл.2).

Как известно, если у растений даже по надземной массе коэффициент биологического накопления токсикантов больше единицы, то данный вид может быть отнесен к гипераккумулянтам, в рассматриваемом примере высокий КБН_TA достигнут и по корневой части опытных растений.

Анализ биопродуктивности растений в фазу цветения не выявил проявления токсичного влияния загрязненной почвы на рост и развитие сафлора — средняя сухая масса стеблей составила 557 г, корней — 143 г см 2 соответственно. Посев семян проводится вручную из расчета 60-80 растений на 1 кв. м.

При загущенном посеве, свыше 80 раст./м 2 , отмечали снижение продуктивности надземной массы в среднем на 16%, растения отставали в росте, корневая система сафлора имела меньшую массу, видимо при уплотнении посевов у растений сафлора проявляется аллелопатия — взаимное угнетение роста и развития.

Результаты испытании сафлора при использовании в качестве фитомелиоранта убедительно доказывают высокую эффективность аккумулирующей способности растений для снижения содержания тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почвы.

Способ очистки включает следующие мероприятия:

— подготовка почвы к посеву;

— посев фитомелиоранта из расчета 60-80 раст./м 2 (20-22 кг/га), глубина заделки семян 4-5 см;

— доводят развитие растений сафлора до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, затем полностью удаляют их из загрязненной почвы.

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить эффективность фитосанации, и при установлении авторского права дает основание для разработки ТУ различных схем фитореабилитации загрязненных территорий.

1. Баран С., Кжывы Е. Фиторемедиация почв, загрязненных свинцом и кадмием, при помощи ракитника / Влияние природных и антропогенных факторов на социоэкосистемы, 2003. №2. — С.39-44.

3. Жадько С.В., Дайнеко Н.М. Накопление тяжелых металлов древесными породами улиц г.Гомеля. // Изв. Гомел. гос.ун-та, 2003. №5. — С.77-80.

4. Кудряшова В.И. Аккумуляция ТМ дикорастущими растениями. — Саранск — 2003 г. — С.10, 18, 50, 78.

5. Rakotosson Voahirana. Les metaux lourds et la phytorenediation: l’etat de l’art. // Eau, ind., nuisances. 2003. №260. — C.45-48.

Способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений — фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением, причем в качестве растения — фитомелиоранта используют сафлор, семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы.

Источник

Российские химики придумали способ очистить почву от ядов с помощью растений

Российские химики помогли клеверу эффективнее очищать почву от тяжёлых металлов.
Фото Pixabay.

Растение страдает от накапливаемых токсинов, но это можно компенсировать специальными добавками.
Фото Анна Макарова и др./РХТУ.

Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева и НИЦ «Курчатовский институт» разработали перспективный способ очистки почвы от тяжёлых металлов. Они создали специальные добавки, которые помогают растениям изымать эти токсичные элементы из почвы и при этом не погибать от них.

Известно, что некоторые растения накапливают в себе ядовитые тяжёлые металлы, присутствующие в почве. Это плохая новость, если мы собираемся съесть эти растения. И хорошая, если мы готовы использовать зелёных помощников, чтобы очистить почву. Ведь токсичную биомассу, аккумулировавшую в себе извлечённый из земли яд, можно сжечь, а золу утилизировать.

Такой метод очистки почвы называется фиторемедиацией. Он был изобретён ещё в прошлом веке, но до сих пор дорабатывается и улучшается специалистами. Учёные стремятся, во-первых, заставить растения более интенсивно извлекать из грунта ядовитые вещества. Во-вторых, необходимо компенсировать действие токсинов на сами очищающие растения. Ведь понятно, что если они не будут расти и накапливать биомассу, то никакой очистки не получится.

Этому и была посвящена работа российских химиков. Они изучали возможность очистки почвы от кадмия, никеля и меди с помощью клевера. Толчком к исследованию стал запрос от руководства одного из закрытых мусорных полигонов, в грунте которого накопились эти вредные вещества.

Клевер известен своей способностью накапливать тяжёлые металлы. Химики ещё усилили её с помощью специальной добавки – этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Обычно она используется, чтобы помочь растениям извлекать из почвы полезные минеральные вещества, но оказалось, что это работает и с токсичными тяжёлыми металлами.

Однако у ЭДТА есть большой минус: она так плохо разлагается в почве, что в конце концов сама становится загрязнителем. Поэтому исследователи опробовали также другое соединение с не менее зубодробительным названием гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ). Это вещество легко разлагается в почве и полезно для растений.

Чтобы растение не слишком страдало от накопленных тяжёлых металлов, биологи использовали поддерживающие добавки: фитогормоны и соли железа.

Для проверки работоспособности смеси экспериментаторы ввели в универсальный грунт тяжёлые металлы в количествах, наблюдаемых на мусорном полигоне. В этой почве в течение 31 дня выращивали клевер: одни растения с добавкой ЭДТА, другие – ОЭДФ, а третьи (контрольные) без добавок. Фитогормоны вводили с поливом, а солями железа опрыскивали листья.

Оказалось, что ЭДТА лучше стимулирует накопление металлов. Их содержание выросло по сравнению с контрольными образцами почти в шесть раз. Но от такого количества яда биомасса растения значительно снизилась.

С другой стороны, добавка ОЭДФ увеличивала концентрацию тяжёлых металлов в растении только в 2,6 раза. Зато и биомасса уменьшалась не так сильно, а с помощью фитогормонов и солей железа этот эффект был почти нейтрализован.

Впрочем, у ОЭДФ оказалось неожиданное и неприятное свойство. Почти все тяжёлые металлы, поглощённые растением, накапливались не в его побегах, а в корнях. В некоторых экспериментах содержание кадмия в «корешках» было в сто раз выше, чем в «вершках».

Это подрывает идею очистки почвы по схеме «засеяли клевером, скосили его и сожгли», ведь накопившие яд корни останутся в грунте. Зато, возможно, с помощью ОЭДФ можно будет выращивать злаки и другие съедобные растения на неблагополучных почвах: токсичные металлы останутся в корнях, которые никто и не собирался есть.

Описанные выше эксперименты – важный шаг на пути к схемам очистки почвы, эффективным не только в лаборатории, но и в реальных условиях.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Sustainability.

К слову, ранее мы рассказывали о том, как российские учёные спасают растения от загрязнённой почвы с помощью селена. Писали мы и о другой отечественной разработке: искусственной почве, которая заставляет сосны расти в два раза быстрее.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Источник

Тяжёлый металл: так ли безопасны овощи с вашего огорода, как вы думаете

Любой дачник уверен, что в магазине все овощи и фрукты – «пластмассовые», на рынке – с нитратами. Зато свои редиска, клубника, помидорчики, огурчики, картошечка, укропчик и далее по списку, выращенные с заботой, любовью, душой и подобными агротехническими приёмами, – одна сплошная витаминная польза.

А вы уверены в безопасности овощей со своего огорода?

К сожалению, это не всегда так. Нитраты в овощах с огорода, щедро, по-хозяйски удобряемого навозом, могут «зашкаливать» – в отличие от продукции, предлагаемой на рынке, а сочные помидорчики и румяные яблочки, выращенные для внучков на участке между автомобильной трассой и заводом, сравнимы с боевым отравляющим оружием. Предлагаю разобраться с одним из вредных для огорода параметров – тяжёлыми металлами.

Тяжёлые металлы

Если вы не поклонник рока, тяжёлые металлы могут вас интересовать как микроэлементы, необходимые растениям и, следовательно, людям для нормального функционирования. Потребность в них – десятые доли процента, иногда сотые и даже тысячные. Они не являются «строительным материалом» и «топливом», но зато в качестве составных частей ферментов, витаминов, белков регулируют все физиологические процессы.

Так, дефицит железа приводит к нарушению фотосинтеза у растений и анемии у человека. Недостаток марганца сказывается на синтезе хлорофилла в клетках листьев и работе мозга и нервной системы людей. Цинк участвует в клеточном обмене растений и отвечает за состояние кожи, волос, развитие и функционирование обоняния, слуха, зрения, а главное – иммунитета человека.

Красивые сочные овощи со своего огорода могут содержать избыточное количество тяжёлых металлов

Перечислять весь список не станем, потому что в данном случае нас интересует не недостаток, а, наоборот, избыток этих элементов: ни для кого не секрет, что деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды. Среди прочих особо выделяется загрязнение тяжёлыми металлами, потому что они и их соединения весьма распространены и отличаются высокой токсичностью. А главное – имеют способность накапливаться в почве, затем попадать в растения, а после – в прочие живые организмы, приводя к хронической интоксикации.

Поэтому, если в почве вашего участка тяжёлых металлов больше, чем допустимо, нужно и безопасно, помидорчики и огурчики могут стать источником медленно действующего яда. Излишки кадмия и цинка снижают усвоение организмом кальция, что ведёт к плохим зубам и хрупким костям, много кадмия и никеля – это заболевания кожи и онкология. Отравления свинцом приводят к умственной отсталости у потомства, а ртуть провоцирует психические расстройства.

Откуда берутся тяжёлые металлы в нашем огороде?

В таблице Менделеева всего около 40 элементов, так или иначе относящихся к тяжёлым металлам. Вообще-то термин «тяжёлые металлы» довольно условен. Потому что химики так и не договорились о едином способе классификации – по атомному весу, массе, плотности или ещё по какому-то параметру. Поэтому чаще всего это понятие используется в экологическом или медицинском контексте.

Особо токсичных веществ, которые требуют контроля предельно допустимой концентрации, в этом списке примерно четверть: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром.

Практически любая деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды тяжёлыми металлами: промышленность и автотранспорт, ТЭЦ и котельные, мусоросжигательные заводы и сельское хозяйство.

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем и в ваш организм

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем, по цепочке, и в организм – ваш и ваших близких – разными путями. Вот основные источники загрязнения.

Автомобили: в выхлопных газах содержится свинец, цинк и медь, в пыли от истирающихся покрышек – свинец, цинк, кадмий, медь.

Промышленные выбросы: мышьяк, ртуть, свинец, цинк и медь.

Органические удобрения: изготовленные из осадков сточных вод и навоза, они содержат свинец (до 80% общего количества), кадмий, цинк, медь.

Минеральные удобрения: кадмий в больших количествах может быть в примесях, содержащихся в суперфосфатах. А кроме него – свинец, хром, кобальт, никель, ванадий, цинк, медь. Свинец, цинк и медь имеются в калийных и азотных удобрениях в легко усваиваемой (в отличие от тяжёлых металлов в фосфорных удобрениях) растениями форме. Кадмий, свинец, марганец и никель также присутствуют в известковых удобрениях, изготовленных из золы от сжигания сланцев и каменного угля.

Не спешите радоваться цветению, если ваш сад находится вблизи автострады

Понятно, что наиболее уязвимыми в плане загрязнения являются садовые участки, располагающиеся в непосредственной близости от крупных производств чёрной металлургии, производства цемента и изделий из него, подвергающихся высокотемпературному обжигу, лакокрасочных предприятий, заводов, производящих минеральные удобрения, ТЭЦ, работающих на минеральном топливе.

Площадь отрицательного действия любого такого предприятия, в зависимости от розы ветров, может достигать 1000 км². Увеличивает концентрацию тяжёлых металлов в почвах и бесконтрольное внесение удобрений – как минеральных, так и органических.

Близость автострад и железных дорог тоже не радует владельцев загородных участков: по результатам замеров, превышение ПДК по свинцу выявлялось на расстоянии до километра от крупной автомобильной трассы. А способность тяжёлых металлов образовывать растворимые в воде соединения многократно увеличивает «зону поражения» – вредные элементы перемещаются наземными и грунтовыми водами и выпадают «кислотными дождями».

Поэтому не стоит заводить огород в городской черте, а если все же решили – присмотритесь к тенденции озеленения крыш . Это не только модно, но и более экологично: вредные элементы потому и названы «тяжёлыми» – выхлопные газы скапливаются внизу, а на городских крышах относительно чисто.

Как ни парадоксально, в промышленной зоне огороды на крышах гораздо более безопасны, чем на земле

Тяжёлые металлы сильнее накапливаются в кислых, малоплодородных, песчаных почвах. Не стоит надеяться и на то, что дача в районе старой, закрытой промзоны безопасна. Тяжёлые металлы гораздо быстрее накапливаются, нежели выводятся: удаление половины изначальной концентрации для кадмия занимает от 13 до 110 лет, цинка – от 70 до 500, меди – от 300 до 1500, а свинца – до 5900 лет.

Остаётся только продать?

Избыток тяжёлых металлов можно заметить невооружённым глазом. Возможно, вам стоит уделить более пристальное внимание почве, если:

• на участке отсутствуют или имеются в малом количестве дождевые черви – при превышении ПДК многих тяжёлых металлов количество червей в почве резко снижается, при четырехкратном превышении они исчезают вовсе;
• не живут в условиях загрязнённости и муравьи;
• на деревьях нет лишайников;
• у вас плохо удаются гладиолусы, бобовые и шпинат – возможно, в почве избыток меди, свёкла, морковь, репа, горох растут неважно, если много свинца;
• листья на деревьях начинают желтеть раньше положенного срока;
• деревья имеют маленький годовой прирост и мелкую листву;
• среди насекомых-вредителей сосущие преобладают над грызущими.

Возможно, вам стоит задуматься не только о том, как спасти розы от тли

Что же делать с токсичным участком? Продать? Пожалуй, это самое правильное решение, если не учитывать не слишком этичное «на тебе, Боже, что мне негоже».

Сделать продукцию с огорода более безопасной можно, улучшив состояние почвы – в случае, если она не сильно загрязнена соединениями тяжёлых металлов. Это, кстати, несложно проверить, сдав почву на анализ – услуга вполне доступна по цене. А заодно и прочий состав узнаете, и рекомендации получите – надо ли известковать , какие удобрения в каких количествах стоит вносить.

Очищаем

Растения способны впитывать тяжёлые металлы. И этим можно воспользоваться. Например, сеять, скашивать и удалять с участка белый клевер. Правда, учтите, что поначалу расти он будет крайне неохотно – клевер чувствителен к наличию в почве даже малых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди.

Не уничтожайте все сорняки на участке — они помогут защитить его от загрязнения тяжёлыми металлами

Не уничтожайте тотально сорную растительность на участке – она способна стать буфером между загрязнением и вашими грядками. Такие сорняки, как полынь и одуванчик, накапливают свинец, марганец, медь, цинк, железо. В листьях щавеля скапливается кадмий.

Пожертвуйте частью участка для создания зеленой кулисы со стороны автомобильной магистрали: трёхъярусная живая изгородь из хеномелеса, жимолости, сирени обыкновенной, чубушника, снежноягодника, шиповника морщинистого, бузины чёрной, бирючины, лещины, жёлтой акации, магонии, боярышника, туи, можжевельника в 5 раз уменьшит концентрацию сернистого газа и в 8 – диоксида азота.

Помогут защитить участок и берёзы, ясень манчжурский, дуб черешчатый, сосна. Используйте сорбенты (цеолит, вермикулит) в качестве добавки к грунту при посадке.

Создайте зеленую кулису со стороны автомобильной магистрали

Понижаем кислотность

Как уже говорилось выше, в кислых почвах соединения тяжёлых металлов более подвижны и доступны для растений. Поэтому следует регулярно раскислять почву , переводя тяжёлые металлы в недоступную для растений форму. Кроме того, нейтральная реакция почвы более благоприятна для растений.

Повышаем количество гумуса

Выбираем ассортимент

Если ваш участок находится у дороги, подберите ассортимент растений, меньше всего накапливающих вредные вещества. Не стоит растить зелёные листовые овощи, откажитесь от выращивания корнеплодов (свёклы, моркови, пастернака, сельдерея).

Зеленоплодные сорта крыжовника более безопасны

В плодах и семенах тяжёлые металлы накапливаются меньше . Плодово-овощные культуры – это томаты, перцы, огурцы, кабачки, тыквы. Также специалисты считают, что фрукты с зелёной окраской более безопасны в плане накопления вредных веществ.

Растите свой сад и заботьтесь о своём здоровье!

Источник