Деятельность в сфере земельных отношений
Особенности загрязнения почвы кадмием
Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды одно из главных мест занимают тяжелые металлы, которые отличаются высокой токсичностью и способностью по пищевым цепям поступать в организм человека и животных, тем самым представляя серьезную угрозу их здоровью.
Одним из наиболее токсичных металлов для всех живых организмов считается кадмий. В Ростовской области кадмий может попадать в почву при сжигании и переработке материалов, его содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется для прочности, и кадмиевых красителей, широкого применения высоких доз фосфорных удобрений и гербицидов, а также осадков сточных вод, содержащих в своем составе кадмий. Сжигание мазута и дизельного топлива является дополнительным источником кадмиевого загрязнения. Загрязнение кадмием представляет угрозу вследствие его высокой миграционной способности в почве, что существенно ограничивает использование загрязненных им земель для выращивания продовольственных культур, поскольку он не только поглощается корнями растений, но и способен перемещаться в надземные органы, в том числе в плоды и семена. Опасность кадмия усугубляется ещё и тем, что он накапливается в растении и сохраняет токсические свойства в течение длительного времени.
Согласно СанПин 1.2.3685-21 кадмий относится к веществу 1 класса опасности. ОДК данного вещества в почве — 0,5 мг/кг – для песчаных и супесчаных почв, 1,0 мг/кг – для кислых почв и 2,0 мг/кг – для близких к нейтральным и нейтральных почв. Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. По результатам проведенных исследований, показано, что больше всего кадмия накапливается в предкавказских черноземах, менее в приазовских и южных, еще менее в каштановых почвах, и совсем малая доля закрепляется черноземами обыкновенными. Количество подвижных форм кадмия от валовой концентрации в слое почвы 0-5 см достигает в среднем 72,5% и тесно связано с содержанием органического вещества. С глубиной содержание подвижных форм кадмия снижается в 3,5-4 раза, что доказывает низкую вертикальную миграцию данного металла. Среди других тяжелых металлов (цинк, свинец, медь) кадмий характеризуется наибольшей мобильностью.
Значительная доля кадмия, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами, усваиваемыми растениями. В процессах образования кадмийорганических соединений участвует и почвенная микрофлора. В отличие от других токсичных элементов, кадмий легко поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при кислотности рН = 4,5-5,5. Для растительного организма кадмий очень токсичен. Он легко всасывается из почвы через корневую систему, а также поступает из атмосферы, накапливаясь в большей степени в корнях и в меньшей — в стеблях, черешках и главных жилках листьев.
По данным ряда исследователей в присутствии ацетата кадмия в высоких концентрациях рост и развитие однолетних злаков уже на начальных этапах онтогенеза прекращается. Закладки и формирования новых органов не происходит. При воздействии высоких концентраций нарушается процесс избирательного поглощения ионов, поток токсичных ионов кадмия беспрепятственно поступает в растения, и механизмы детоксикации уже не могут справиться с ним. В результате останавливается деление клеток, наблюдается нарушение основных физиологических процессов, вследствие чего, очевидно, происходит перераспределение пластических и энергетических ресурсов в растении. Рост и развитие злаков прекращается и в дальнейшем наступает их гибель.
Изменение условий среды также способствует переходу элементов в легкодоступное для растений состояние, что может привести к чрезмерному накоплению кадмия в сельскохозяйственных культурах и, в конечном итоге, представлять опасность для животных и человека. Кадмий довольно легко проникает через корни и проводящие органы в листья, где идет его накопление. В запасающих органах содержание элемента может увеличиваться в несколько раз. Пределы накопления кадмия в сельскохозяйственных культурах значительно колеблются и обусловлены общей экологической обстановкой, геохимическими особенностями почвы и видовой принадлежностью растения. Вертикальное распределение кадмия в почвах характеризуется аккумуляцией в основном в гумусовом горизонте или в степном войлоке. В остальном, поведение элементов подчиняется характерной для них закономерности слабого уменьшения концентраций с глубиной.
Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, ингибировании восстановления NО2 до NО, затруднении поступления и метаболизма в растениях ряда элементов питания. Внешние симптомы — задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев. Кроме того, в метаболизме растений он является антагонистом ряда элементов питания. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях в ряду тяжелых металлов он занимает первое место (кадмий > медь > цинк > свинец).
Изучение всей характерной для территории Ростовской области сельскохозяйственной растительности показало, что наименьшие средние содержания кадмия выявлены в зернах ржи, наибольшие — в подсолнечнике. Средние содержания кадмия уменьшаются в следующем порядке: подсолнечник > кукуруза > ячмень > пшеница > рожь. Многолетнее применение минеральных удобрений и мелиорантов способно вносить изменения в круговорот кадмия. Это объясняется высокой подвижностью элемента, которая способна возрастать в результате интенсивного ведения сельскохозяйственного производства.
Выявлены различия в устойчивости растений к кадмию в зависимости от их видовой принадлежности. Так, свекла может накапливать до 22 раз больше кадмия, чем фасоль. Возможность накопления кадмия в почве сельскохозяйственными культурами до фитотоксичного уровня невелика, однако при существующем уровне загрязнения почв имеется реальная опасность накопления кадмия в продовольственных культурах до уровней, представляющих опасность для здоровья человека. При поступлении кадмия в высоких концентрациях он может по пищевым цепям проходить от внешних источников в почву, затем в растения, к животным и человеку, оказывая свое негативное воздействие на все звенья.
Материал подготовлен специалистами отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».
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