Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы

Койгельдинова, Мадина Талгатовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы"

*ООО750

КОЙГЕЛЬДИНОВА МАДИНА ТАЛГАТОВНА

ФИТОЭКСТРАКЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ИСКУССТВЕННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЕМНО-КАШТАНОВОЙ

ПОЧВЫ

03.02.08 - Экология

2 7 ОКТ 2011

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 2011

4858150

Работа выполнена в РГКП педагогический институт

Семипалатинский государственный

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Папин Михаил Семенович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Бокова Татьяна Ивановна

Ведущее учреждение:

доктор биологических наук, профессор Пузанов Александр Васильевич

Учреждение Российской академии наук Институт геохимии и аналитической химии ИМ: В.И. Вернадского РАН

Защита состоится « » j-Wilbpd 2011г. в уИ" часов на заа дании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГБОУ ВПО Новосибирски государственный аграрный университет по адресу: 630039, г. Новосибирск, yj Добролюбова, 160.

Телефон/факс: (383) 264-29-34, e-mail: norge@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Новой бирский государственный аграрный университет и на сайте НГА' www.nsau.edu.ru

Автореферат разослан «_ 2011

г.

Ученый секретарь , f Маренков Е

диссертационного совета

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Исследования показывают, что огромный потенциал в целях ремедиации окружающей среды имеют растения, способные к сверхаккумуляции металлов. На основе данного свойства растений разрабатывается технология фитоэкстракции, суть которой заключается в интенсивном поглощении металлов корнями растений и их транслокации в надземные органы с последующей переработкой пожинаемой массы.

По сравнению с физическими и физико-химическими методами детоксикации ТМ в почве метод фитоэкстракции имеет ряд преимуществ. Он не требует крупных капиталовложений, не приводит к вредному химическому воздействию на почву, прост в практическом применении, и в его основе лежит естественный процесс биологического круговорота. Однако повсеместное внедрение технологии фитоэкстракции на практике зачастую тормозится из-за существующих проблем в ее разработке, недостаточно изученных механизмов транспорта и хелатирования поллютан-тов, их взаимодействия, специфики накопления и т.д. [Башмаков, 2009; Галиулин, 2002; Chaney, 1997; Prasad, 2006; и др].

Таким образом, исследование способности различных видов растений к накоплению ТМ в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почв актуально с точки зрения изучения закономерностей процессов миграции и взаимодействия ТМ в системе «почва-растение», их выноса, специфики накопления, а также в целях подбора растений, пригодных для внедрения технологии фиторемедиации в Казахстане.

Цель работы - оценка эффективности фитоэкстракции ТМ (Си, Zn, Cd, Pb) кормовыми культурами при искусственном загрязнении темно-каштановой почвы.

Задачи исследования:

1. Изучить распределение меди, цинка, кадмия, свинца по формам соединений и выявить различия в поведении данных элементов в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы.

2. Исследовать транслокацию ТМ (Си, Zn, Cd, Pb) в проростки тест-культур при их раздельном и совместном внесении в почву, а также влияние различных вариантов загрязнения на биопродуктивность проростков.

3. Выявить перспективные растения, способные максимально аккумулировать ТМ в побегах, которые могут быть рекомендованы в целях ремедиации загрязненных почв.

4. Исследовать процессы антагонизма и синергизма между металлами при транслокации их в побеги тест-культур в условиях моноэлементного обогащения почвы.

5. Установить влияние хелатообразующих агентов (ХА) на усиление экстракции металлов в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы.

ТМ при их раздельном и совместном внесении, а также рассчитан их вынос. Исследовано конкурентное взаимовлияние ТМ при их поступлении в растения. Установлены эффективные ХА и их дозировки для усиления транслокации ТМ в побеги рапса ярового в зависимости от вида и уровня загрязнения темно-каштановой почвы.

Практическая значимость. Изучение потенциала извлечения ТМ различными культурами в условиях искусственного загрязнения почвы позволяет определить перспективные виды-фиторемедиаторы. Эти культуры могут быть использованы как компоненты травосмесей для очистки загрязненных почв нашего региона. Полученные результаты по внесению наиболее эффективного ХА - Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг на примере рапса ярового могут найти практическое применение в биологической рекультивации загрязненных почв.

Результаты работы используются в учебном процессе Семипалатинского государственного педагогического института на факультете естественных наук при чтении лекций по дисциплинам «Экология», «Мониторинг окружающей среды» для студентов и магистрантов специальностей «Экология», «Биология».

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на Всероссийской научной конференции «Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2010), Международных научно-практических конференциях: «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, 2008, 2010), «Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв» (Алматы, 2010), «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2010), «Ломоносов 2010» (Астана, 2010), «Мир науки» (Алматы, 2010).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах из «Перечня ...» ВАК РФ.

Защищаемые положения:

1. В условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы содержание форм соединений ТМ и их соотношение меняется и определяется видом, дозой загрязнения почвы и природой металла. При этом металлы в условиях полиэлементной нагрузки на почву закрепляются почвой гораздо хуже, чем при моноэлементном загрязнении.

2. Специфика накопления ТМ тест-культурами в вариантах искусственного загрязнения почвы определялась их биологическими особенностями и зависела от вида и уровня загрязнения. Общей закономерностью в условиях моноэлементных загрязнений явилось увеличение содержания металлов в растениях с повышением уровня загрязнения почвы. При полиэлементном загрязнении почв накопление отдельных металлов в растениях уменьшалось ввиду антагонистического взаимовлияния совместно внесенных металлов.

3. Изучаемые эффекторы фитоэкстракции влияют на поступление ТМ в растения рапса ярового и соответственно их вынос. При этом эффективность действия зависит от их свойств и дозировки, а также вида загрязнения почвы.

Личный вклад автора состоит в теоретическом и экспериментальном решении поставленных задач, анализе и обобщении полученных результатов. Все разделы представленной работы выполнены лично автором.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору Панину Михаилу Семеновичу за оказанную помощь и всемерную поддержку.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 171 странице машинописного текста, включает 27 таблиц, 27 рисунков. Состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы (198 наименований) и 16 приложений.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторные модельные опыты проводились на образцах пахотного горизонта темно-каштановой нормальной среднесуглинистой почвы сухостепной зоны Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан. Образцы почв отбирались на участках, не подверженных техногенному воздействию, возле с. Дмитриевка. Отбор и определение физико-химических свойств осуществлялись в соответствии с ГОСТами и общепринятыми методами [Агрохимические методы исследования почв, 1975; Аринушкина, 1970; ГОСТ 5681-84; ГОСТ 28168-89; и др.]. Буферность почв по отношению к ТМ оценивали согласно градации, разработанной Ильиным [1995].

Для моделирования моноэлементного загрязнения нитраты всех элементов (Си, Zn, Cd, Pb) в виде водных растворов вносили в почву раздельно; полиэлементного -совместно. Дозы металлов соответствовали 1, 3, 5 ПДК в перерасчете на металл (мг/кг): Си=100, 300, 500, Zn=300, 900, 1500, Cd=3, 9, 15 [Kloke, 1980], Pb=32, 96, 160 [Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве... 2006]. Выравнивание фоновым удобрением по азоту не проводилось. Затем почву компостировали в течение 1 суток при комнатной температуре в условиях полной полевой влагоемкости.

В качестве тест-культур использовали высокоурожайные и районированные по Восточно-Казахстанской области сорта кормовых культур: люцерну желтую сорта «Иртышская» (Medicago sativa L.), клевер гибридный сорта «Маяк» (Trifolium hy-bridum L.), рапс яровой сорта «Кубанский» (Brassica napus L.), овес посевной сорта «Мирный» (Avena sativa L.). Выбор культур основан на многочисленных данных литературы, свидетельствующих о высокой аккумулирующей способности к ТМ растениями семейства бобовых, крестоцветных, а также злаковых [Линдиман, 2008; Ревин, 2006; Simon 1999; и др.]. Постановка вегетационных опытов проведена по методике Журбицкого [1968]. На сосуд (1 кг почвы) высаживали по 30 семян. В каждом сосуде после появления всходов оставляли по 25 растений. Полив осуществлялся дистиллированной водой. Сбор растений производился через 28 суток. Контролем во всех вариантах опытов служили растения, выращенные на почве без внесения солей металлов.

Для изучения индуцируемой фитоэкстракции ТМ использовали такие ХА, как лимонная кислота (ЛК), щавелевая кислота (ЩК) и натриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты (Na-ЭДТА). Среди изучаемых культур наиболее подходящим для индуцируемой фитоэкстракции был В. napus. В условиях опыта за 7 суток до уборки вегетативной массы в почву вносили водные растворы ЛК, ЩК и Na-ЭДТА в дозах 1,2, 5, 10 ммоль/кг.

Содержание Си, Zn, Cd и Pb в почвенных и растительных образцах определяли фотоколориметрическим химическим дитизоновым методом Ринькиса [1987; 1989] на спектрофотометре СФ-2000. Достоверность различий между вариантами опыта оценивали при помощи t-критерия Стьюдента [Васильева, 2007, Плохинский, 1970]. Повторность опытов - трехкратная. Для оценки аккумулирующей способности растений использовали коэффициент биологического поглощения (КБП) и коэффициент накопления (Кн). Принимая среднюю урожайность сырой биомассы рапса ярового за 200-500 ц/га, сухой массы - 120 ц/га [Руководство по апробации сельскохозяйственных культур, 1987], рассчитан его теоретически возможный вынос ТМ с 1 гектара. Теоретический вынос определен как произведение урожайности культур с учетом фитотоксического эффекта, полученного в опыте, и концентрации ТМ в растениях.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1, Трансформация соединений ТМ в нормальной среднесуглинистой темно-каштановой почве в условиях моно- и полиэлементного загрязнения

Нормальная среднесуглинистая темно-каштановая почва, использованная для проведения вегетационных опытов, по агрохимическим показателям является нейтральной (рН 7,11) с содержанием гумуса 2,57 %, физической глины - 35,7 %, илистой фракции - 20,2 %, ЕКО - 19,6 мг-экв/100 г. Буферная емкость почвы -средняя. Валовое содержание исследуемых ТМ (мг/кг) в исходной почве (Си=17,5±1,24; гп=36,0±1,73; С<1=0,75±0,04; РЬ=22,0±1,50) соответствует фоновому уровню для среднесуглинистых темно-каштановых почв данного региона. Это подтверждают данные исследований, проведенных ранее другими авторами [Калентье-ва, 2010; Касымова, 1999; Панин, 1999, 2000; и др.]. В незагрязненной почве для форм соединений элементов в абсолютном и относительном выражении концентраций характерен следующий ряд: водорастворимая < обменная < кислотораствори-мая. Содержание подвижных форм ТМ в фоновой почве невелико - они преимущественно прочно закреплены почвенными компонентами. При этом относительная концентрация форм соединений Си увеличивалась от 1,14 до 20,3 %, 2п - от 2,5 до 15,8 %, Сё - от 1,6 до 16,0 %, РЬ - от 0,14 до 5,45 % от валового содержания.

При возрастании моно- и полиэлементного загрязнения почв ТМ увеличивается общее содержание металлов и количество всех форм соединений элементов с одновременным их перераспределением, зависящим от вида, уровня загрязнения и природы металла. При этом характер накопления форм элементов оставался таким же, как и в контроле - содержание элементов увеличивалось от водорастворимой к кис-лоторастворимой форме.

Для свинца выявлена высокая степень фиксации в загрязненных почвах, так как доля самых мобильных - обменных и водорастворимых форм РЬ оказалась значительно меньше, чем у меди, цинка и кадмия. При медном загрязнении почвы (1 ПДК) показано, что медь также довольно хорошо закрепляется почвой. В варианте сильного загрязнения (5 ПДК) значительное количество ионов меди не поглощается почвой и остается в составе формы, переходящей в обменную вытяжку. В условиях моно- и полиэлементных нагрузок на почву для цинка характерна высокая подвижность в почве. Так, при увеличении цинкового загрязнения почвы происходило интенсивное увеличение обменных форм 2п. Отмечено, что в сравнении с раздельным внесением цинка в вариантах с совместным внесением ТМ дополнительно поступивший в почву Ъа практически перестал прочно удерживаться почвой, т.е. Ъа стал фиксироваться в почве гораздо слабее. Снижение степени связывания темно-каштановой почвой цинка в условиях полиэлементного загрязнения вызвано конкурентными взаимоотношениями со стороны ионов более реакционоспособных элементов за связь с почвенными компонентами [Ладонин, 2000].

Установлено, что с ростом уровня моно- и полиэлементных видов загрязнений в значительной степени увеличивалось относительное и абсолютное содержание форм элементов от наиболее подвижных к наименее подвижным. При всех уровнях моно- и полиэлеменгного загрязнения почвы по степени подвижности (их содержанию в % от валового содержания), извлекаемой дистиллированной водой элементы составили убывающий ряд: Ъл > Сс1 > Си > РЬ. Подвижность ТМ, выявляемая 1 н. СНзСООМ-Ц с рН 4,8, уменьшается в ряду Ъп > Си > Сё > РЬ; 1 н. раствором соляной кислоты - Си > > РЬ >С<1. При этом в условиях полиэлементного загрязнения почвы подвижность элементов была больше, чем при моноэлементном.

В условиях усиления искусственного загрязнения темно-каштановой почвы практически во всех вариантах выявлено многократное превышение ПДК их подвижных форм, особенно при полиэлементном загрязнении. Для свинца концентрация формы ТМ, извлекаемой 1н. НС1, как и 1н. CH3COONH4 (рН 4,8), превышала ПДК лишь в случае максимального уровня загрязнения почвы (5 ПДК). Учитывая большую экологическую опасность полиэлементного загрязнения, необходимо отметить, что она будет определяться в первую очередь не только физико-химическими свойствами почвы, ее буферностью, уровнем концентраций ТМ в почве, но также набором и соотношением поступивших иоллютантов.

3.2. Содержание ТМ в растениях в условиях моно- и полиэлемеитпого загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.1. Биопродуктивность тест-куль гур при моно- и полиэлементном загрязнении темно-каштановой почвы

Всходы проростков тест-культур с незначительными отклонениями во всех вариантах опыта появлялись практически одновременно через 3-4 дня. В целом для всех изучаемых культур в вариантах медной и цинковой нагрузки на почву в дозе 3 и 5 ПДК соответственно, а также полиэлементной (3 ПДК) была характерна задержка появления всходов (в среднем до 4 суток). Гибель всходов зафиксирована: в вариантах загрязнения почвы Zn-5 и Поли-5 ПДК для всех тест-культур; только для М. sativa - при Си-5, Zn-З ПДК и Поли-3 ПДК; только для Т. hybridum - при Поли-3 ПДК. Поражающее действие ТМ проявлялось и в виде хлороза листьев, которое сопровождалось пожелтением или появлением белых крапинок в центре, а чаще на периферии листьев с дальнейшим их иссыханием (Т. hybridum, М. sativa, В. napus в вариантах Си-3, Си-5, Pb-З, РЬ-5 ПДК). Угнетающее воздействие на урожай биомассы исследуемых культур закономерно увеличивалось с уровнем загрязнения почвы. Максимальный процент угнетения биомассы побегов относительно контроля выявлен в условиях полиэлементного загрязнения почвы при дозе 1 ПДК для Т. hybridum на 60 % и М. sativa - на 44 %; при дозе 3 ПДК для В. napus - на 80 % и A. sativa. -на 52 %. Стимулирующий эффект наблюдался в вариантах медного и цинкового загрязнения при дозе 1 ПДК для всех культур в среднем на 20 и 31 % соответственно, кроме Т. hybridum. Для A. sativa наблюдался рост биомассы также в вариантах загрязнения Cd-1 и Cd-5 (28 % и 18 %), РЪ-1 и РЬ-3 (23 % и 16 %), Поли-1 ПДК (18 %). Диапазон толерантности растений имеет видовую принадлежность и зависит от токсичности металлов [Ильин, 2001]. В опыте было установлено, что A. sativa и В. napus более толерантны, чем Т. hybridum.

3.2.2. Содержание меди в проростках тест-культур в условиях моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

Основным критерием эффективности фитомелиорантов является их способность аккумулировать металлы. Исследуемые в опыте культуры обладали избирательной способностью к накоплению отдельных ТМ: вид и уровень загрязнения оказали существенное влияние на поступление из почвы избытка элементов-загрязнителей. Общей тенденцией для выбранных культур было увеличение содержания ТМ в тканях растений с возрастанием уровня загрязнения почв (табл. 1).

В условиях медного загрязнения (1-5 ПДК) содержание Си увеличивалось в побегах относительно контроля: для Т. hybridum в 2,1-6,6 раза; М. sativa в 3,7-39,2 раза; В. napus в 5,0-20,6 раза; A. sativa в 3,3-7,0 раза.

При полиэлементном загрязнении (1-3 ПДК) концентрация Си увеличивалась в побегах: для Т. hybridum в 1,6 раза; М. sativa в 14 раз; В. napas в 4,5-27,5 раза; А. sativa в 3,4-5,7 раза. Медное загрязнение почвы (1 ПДК) приводило к накоплению Си в побегах проростков М. sativa и В. napus на уровне ПДК (30 мг/кг), разработанных для кормовых культур [Ильин и др., 2001]. Установлено, что с повышением уровня медного загрязнения почвы до 3 ПДК концентрация Си в побегах М. sativa, В. napus и Т. hybridum превышала значения верхнего критического уровня содержания данного металла для кормовых культур - <20-40 [Ковалевский, 1991] и находилась в диапазоне его избыточных содержаний - 20-100 мг/кг [Кабата-Пенднас и др., 1989].

Таблица 1. Содержание ТМ (мг/кг) в сухой биомассе тест-культур в вариантах моноэлементного и полиэлементного загрязнения почвы _

Вариант Trifolium hybridum L. Medicago sativa L. Brassica napus L. Avena sativa L. Валовое содержание в почве

1 2 3 4 5 6

Си

Контроль 6,10 ± 0,20 „ 10,5 + 0,46 8,12 + 0,25 16,1 + 0,65 6,40 ±0,17 15,2 ±0,22 4,68 + 0,12 13,5 ±0,65 17,5 ±1,24

Си-1 ПДК 12,5 ±0,19 14,2 ±0,58 29,9 ±1,23 58,9± 3,10 31,8 + 0,67 98,2 ±1,77 15,6 ±0,72 53,2 ±3,19 109 ±8,40

Си-ЗПДК 49.1 ±2,14 50.2 + 1,79 318 + 17,8 452 ±27,5 66,7 ±0,83 202 ±5,86 20.5 ±0,86 95.6 ±4,71 301 ±16,0

Си-5 ПДК 40,2 + 0,86 67,1 ±3,03 132 ±2,10 307 ±10,4 32,9 ±0,89 134,6 ±7,30 483 ±35,0

Поли-1 ПДК 9,60 ±0,17 11,8 ±0,48 111 + 4,21 115 ± 5,84 28,5 ±0,98 42,7 ±1,32 15,8 ±0,48 55,4 ±2,61 115 ±2,65

Поли-3 ПДК 176 ±5,3 414 ±15,4 26,5 ±0,87 105,2 ±5,74 301 ±15,8

Контроль 21,4 ±0,23 42,7 + 1,11 26,8 + 1,10 52,0 ±2,90 21,3 ±0,43 50,2 + 2,10 36,0 ±1,70 74,7 ±5,86 36,0 ±1,73

Zn-1 ПДК 58,8 ±1,77 113 + 4,75 416± 20,7 533 + 36,0 337 + 14,5 673 + 37,0 464 ±30,7 741 + 54,0 320 ±14,6

Zn-З ПДК 108 ±3,90 210 ± 8,70 1602±117 1905 ±145 2076 + 150 2860 + 296 917 ±20,0

Zn -5 ПДК - - - 1525 ±12,6

Поли-1 ПДК 47.0 + 2,01 91.1 ±4,60 604 + 52,0 1049 ±80,0 655 + 42,0 835 + 45,0 304 + 15,5 462 ±36,0 317 + 18,2

Поли-3 ПДК 1800 ±131 2031 + 153 2575 ±245 3040 + 302 916 ±20,9

Контроль 0,08 ±0,002 0,60 ±0,02 0,19 ±0,004 0,54 ±0,02 0,12 ±0,002 0,96 ±0,03 0,18 ±0,006 0,61 ±0,03 0,75 ±0,03

Cd-1 ПДК 0,46 + 0,02 0,97 + 0,04 1,14 ±0,02 1,57 ±0,07 3,65 ±0,11 14,3 + 0,63 0,26 ±0,006 1,02 ±0,05 3,50 ±0,15

Cd-З ПДК 0,58 + 0,02 1,25 ±0,06 2,95 + 0,08 4,20 + 0,21 4,37 ±0,12 15,2 ±0,68 0,32 ±0,009 1,50 ±0,09 9,04 ±0,47

Cd-5 ПДК 0,78 ±0,03 1,98 ±0,07 3,84 ±0,12 5,90 ±0,31 7,00 ±0,23 16,2 + 0,75 0,45 ±0,02 2,00 ±0,11 14,8 ±0,68

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

Поли-1 ПДК 0,54 ±0,02 3,80 ±0,08 0,30 ±0,01 0,19 ±0,006 3,60 ±0,17

1,15 ±0,05 6,40 ±0,24 2,40 ±0,12 0,82 ±0,03

Поли-3 ПДК 1,20 + 0,06 4,20 ±0,21 0,47 ±0,01 1,26 ±0,05 9,60 + 0,53

РЬ

Контроль 0,73 ±0,01 1,25 ±0,03 2,31 ±0,07 1,45 ±0,03 22,0 ±0,74

1,80 ±0,04 2,30 + 0,11 5,10 ±0,26 1,80 ±0,08

РЬ-1 ПДК 2,70 + 0,09 3,84 ±0,15 6,40 ±0,31 2,67 ±0,11 52,40 + 1,90

6,20 ±0,30 7,80 ±0,41 10.1 + 0,47 11,2 ±0,58

РЬ-3 ПДК 3,73 ±0,10 6,70 ±0,19 16,6 ±0,45 9,10 ±0,12 117,5 ±7,86

12,90 ±0,67 14,4 ±0,78 29,2 ±0,78 17,5+0,74

РЬ-5 ПДК 5,20 + 0,17 8,20 ±0,31 35,8 ±1,31 20,4 ±0,11 171,8 ±12,4

16,8 ± 1,10 16,9 ±0,90 50,5 ±2,06 35,0 ±1,14

Поли-1 ПДК 3,51 + 0,10 5,14 ±0,19 4,40 ±0,12 4,10 ±0,15 50,8 ±3,10

9,20 ±0,53 11,0 ±0,62 8,02 ±0,25 18,0 ±0,82

Поли-3 ПДК 50,8 ±1,92 112 + 3,64 21,0 ±0,76 49,3 ±3,28 116,5 + 9,32

Примечание: здесь и в табл. 2 и 3 * (среднее значение ± стандартное отклонение); в числителе - содержание ТМ в надземной части; в знаменателе - содержание ТМ в корнях; пробел -гибель растений.

В условиях загрязнения Поли-1 ПДК избыточным концентрированием характеризовались растения М. sativa (в побегах - 111 мг/кг). При повышении нагрузки на почву Поли-3 ПДК лидером по степени аккумуляции Си в побегах являлся вид В. napus (176 мг/кг).

Многие исследователи указывают на преимущественное накопление избыточных количеств металлов в корневой системе (акропетальное распределение), в чем проявляется ее защитная функция [Ильин, 1991, Панин, 1999, Черных, 2002 и др.]. Акропеталь-ный тип накопления ТМ в опыте наблюдался практически для всех исследуемых культур в вариантах моно- и полиэлементного загрязнения почвы, в том числе и для меди.

В вариантах опыта (за некоторым исключением) установлено, что по величинам КБП по классификации Перельмана [1975] Си для побегов и корней выбранных культур относится к сильно накопляемым элементам. Исследуемые экстрагенты по величине Кн меди, а следовательно, по степени доступности его форм растениям во всех вариантах опыта образуют убывающий ряд: Н20 > CH3COONH4 > 1 н. HCl. Данная закономерность была характерна и для других исследуемых элементов. Побеги М. sativa характеризовались максимальным выносом меди (410,2 мкг/сосуд) при внесении этого элемента в почву в дозе 3 ПДК, что в 29,7 раза выше относительно контроля. Побеги В. napus в наибольшей степени отчуждали Си при внесении его в дозе 1 и 5. ПДК - в 6,2 и 15 раз выше контроля (77,3 мкг/сосуд и 187,4 мкг/сосуд соответственно). При загрязнении почвы Поли-1 ПДК наибольшее, количество Си в 7,7 раза отчуждалось побегами М. sativa, (106 мкг/сосуд).

3.2.4. Содержание цинка в проростках тест-культур в условиях моно- и

полиэлементного загрязнения темно-каштановой пачвы:

С усилением цинковой нагрузки на почву (1-3 ПДК) . в побегах тест-культур увеличивалось содержание Zn относительно контроля: для Т. hybridum в 2,7-5,0 ра-

за; М. sativa в 15,5 раза; В. napus в 15,8-75,2 раза; A. sativa в 12,9-57,7 раза. При полиэлементном загрязнении (1-3 ПДК) наблюдалось повышение концентрации Zn в побегах: для Т. hybridum в 2,2 раза; М. sativa в 22,5 раза; В. napus в 30,8-84,5 раза; А. sativa в 8,4-71,5 раза. Токсичным уровнем содержания Zn в кормовых растениях считаются концентрации более 60-100 мг/кг сухой массы [Ковалевский, 1991]. По обобщенным данным Кабата-Пендиас [1989] избыток Zn в тканях растений наблюдается в пределах 100-400 мг/кг сухой массы. Исходя из приведенных норм, можно отметить, что при цинковом загрязнения почвы (1 ПДК) для побегов A. sativa и М. sativa характерен значительно более высокий уровень содержания Zn (>400 мг/кг), а также для В. napus - 337 мг/кг сухой массы (табл. 1). В варианте Zn-3 ПДК на фоне наиболее высокой экстракции цинка (в среднем более 2000 мг/кг) у побегов A. sativa и В. napus наблюдалось понижение биомассы на 36% и 57% соответственно. При полиэлементном загрязнении в дозе 1 ПДК способность аккумулировать Zn в значительных количествах была выражена у В. napus (655 мг/кг) и М. sativa (604 мг/кг), а в дозе 3 ПДК - у A. sativa (2575 мг/кг). В вариантах опыта по величине КБП цинк для побегов и корней исследуемых культур является элементом энергичного и сильного накопления. Значительный вынос цинка в среднем в 20 раз выше, чем в контроле, выявлен для побегов A. sativa, В. napus и М. sativa (900-1000 мкг/сосуд) при загрязнении почвы Zn-1 ПДК. Для побегов A. sativa (2200 мкг/сосуд) вынос Zn возрастает в 37 раз в варианте Zn-3 ПДК. При загрязнении Поли-1 ПДК В. napus характеризовался максимальным выносом цинка (1000 мкг/сосуд), что в 25 раз выше относительно контроля.

3.2.5. Содержание кадмия в проростках тест-культур в условиях моно- и

полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

С увеличением кадмиевого загрязнения (1-5 ПДК) повышалось содержание Cd в побегах тест-культур относительно контроля: для Т. hybridum в 5,8-9,8 раза; М. sativa в 6,0-20,2 раза; В. napus в 30,4-58,3 раза; A. sativa в 1,4-2,5 раза. Усиление комплексной нагрузки на почву (1-3 ПДК) привело к увеличению концентрации Cd в побегах: для Т. hybridum в 6,8 раза; М. sativa в 20,0 раза; В. napus в 2,5-10,0 раза; А. sativa в 1,06-2,6 раза. Так, при кадмиевом загрязнении (1-5 ПДК) среди тест-культур его минимальное содержание отмечено в побегах A. sativa (0,26-0,45 мг/кг), а безусловным лидером по степени накопления Cd являлся вид В. napus (3,65-7,00 мг/кг). При полиэлементной нагрузке на почву (1 ПДК) из изучаемых культур в наибольшей степени накапливали Cd побеги М. sativa (3,80 мг/кг). Повышение аналогичного загрязнения почвы до дозы 3 ПДК незначительно увеличивало содержание Cd в проростках тест-культур.

В условиях кадмиевой нагрузки на почву данный металл по значениям КБП для побегов тест-культур относился к группе сильного накопления (исключение A. sativa). При комплексном загрязнении (1 и 3 ПДК) наблюдалось значительное снижение значений КБП относительно контроля для побегов В. napus и A. sativa, где Cd относился к группе элементов слабого накопления и среднего захвата. Значительное торможение поступления Cd в побеги данных культур связано с антагонистичным влиянием совместно внесенных ТМ.

При моно- и полиэлементном загрязнении почвы вынос Cd растениями сравнительно с другими исследуемыми металлами в большинстве случаев был на несколько порядков меньше. При всех уровнях кадмиевого загрязнения максимальный вынос Cd (увеличение в 30-55 раз относительно контроля) выявлен у побегов В. napus (6,0-11,0 мкг/сосуд), а минимальный - у побегов Т. hybridum и A. sativa (0,5-1,0

мкг/сосуд). При полиэлементном загрязнении почвы наибольшее отчуждение Cd (в 13 раз выше контроля) было характерно для М. sativa (4,0 мкг/сосуд).

3.2.6. Содержание свинца в проростках тест-культур в условиях моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

При свинцовом загрязнении почвы (1-5 ПДК) наблюдалось увеличение содержания РЬ относительно контроля в побегах: для Т. hybridum в 3,7-7,1 раза; М. sativa в 3,1-6,6 раза; В. napus в 2,8-15,5 раза; A. sativa в 1,8-14,1 раза. Комплексное внесение ТМ (1-3 ПДК) способствовало увеличению концентрации РЬ в побегах: для Т. hybridum в 4,8 раза; М. sativa в 4,1 раза; В. napus в 1,9-22 раза; A. sativa в 2,8-14,5 раза. Как видно из табл. 1, в условиях свинцового загрязнения максимальное накопление металла отмечено для побегов В. napus (6,4-35,8 мг/кг), а минимальное - для побегов Т. hybridum (2,70-5,20 мг/кг). Важно отметить, что при всех уровнях свинцового загрязнения почвы содержание РЬ в побегах исследуемых культур были значительно ниже ПДК для кормовых культур - 25 мг/кг [Ильин, 2001]. Превышение ПД К наблюдалось лишь в варианте максимальной дозы внесения РЬ в почву для побегов В. napus (35,8 мг/кг). В условиях загрязнения Поли-1 ПДК наибольшее содержание РЬ отмечено в побегах М. sativa (5,14мг/кг),авдозеПоли-ЗПДК-впобегахД napus (50,8 мг/кг).

В вариантах опыта РЬ для побегов исследуемых культур в большинстве случаев являлся элементом слабого накопления и среднего захвата (КБП= 0,1-1,0). В вариантах свинцового загрязнения наибольший вынос РЬ в 2,4-14 раз относительно контроля был выявлен для В. napus (12-70 мкг/сосуд), наименьший - для Т. hybridum (4-5 мкг/сосуд). В случае полиэлементного загрязнения почвы вынос свинца исследуемыми культурами снижался в отличие от моноэлементного.

3.2.7. Явления антагонизма и синергизма при поступлении металлов в растения при различных видах моноэлементных загрязнений темно-каштановой почвы

Известно, что взаимодействие микроэлементов при поступлении в растения связано с процессами ионного антагонизма и синергизма в почвенном растворе и в целом конкурентно по своей природе [Ринькис, 1987]. Анализ наших данных показал, что наиболее яркий синергический эффект зафиксирован в паре между Cu—>Zn, то есть моноэлементное обогащение почвы Си стимулировало накопление Zn растениями. При этом для культур В. napus и A. sativa между парой элементов Zn и Си выявлено двустороннее синергичное взаимодействие. Установлено проявление синергизма в паре Cd—>Zn для В. napus, РЬ—>Cd для М. sativa и В. napus; Cu—>РЬ, Cu—»Cd для Т. hybridum. Антагонистический характер взаимодействия выявлен в отношении пары элементов Zn—»Cd для побегов всех культур, кроме Т. hybridum, Zn—► РЬ для В. napus.

З.З.Исследование ремедиационного потенциала В. napus L. в условиях индуцируемой фитоэкстракции

3.3.1. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса меди В. napus L. в условиях медного загрязнения почвы

В варианте загрязнения почвы Си-1 ПДК действие Ж в минимальных дозах внесения (1 и 2 ммоль/кг) на повышение поглощения Си побегами оказалось малоэффективным (табл. 2). С увеличением дозировки ЛК до 5 и 10 ммоль/кг зафиксировано усиление транслокации Си в побеги в среднем в 2,6 раза - до 88,7 мг/кг и 76,4 мг/кг соответственно.

Таблица 2. Концентрация TM (мг/кг) в проростках Brassica rtapus L. при внесении хелатообразующих агентов: JIK, ЩК, Na-ЭДТА в дозах 1, 2, 5, 10 ммоль/кг

Вариант Си-1 ПДК Си-3 ПДК Zn-1 ПДК Zn-З ПДК Cd-1 ПДК Cd-З ПДК РЬ-1 ПДК РЬ-3 ПДК

Без внесения агента 31,8 ±1,61 98,2 ±7,04 66,7 + 3,40 202 ±16,5 337 ±16,2 673 ±47,1 1602 ±104 1905 ±138 3,65 ±0,19 14,3 ±0,87 4,37 ±0,18 15,2 ±0,60 6,40 ±0,26 10,1 ±0,54 16,6 ±0,71 29,2 ±1,52

ЛК1 27,6 ±1,08 104 ±6,34 78,4 ±5,57 106,5 ±6,78 506 ±19,3 302 ±16,4 1814 ±116 1709 + 127 4,10 ±0,26 7,2 ±0,34 6,32 ±0,28 12,4 ±0,51 7,80 ±0,36 15,1 ±0,65 19,1 ±0,86 45,9 ±2,15

ЛК2 36,8 ±0,92 72.3 ±4,01 208 ±15,6 112 ±6.72 884 ±35,2 176 ±5,80 2806 ±215 1391 + 80,7 4,61 ±0,18 16,5 ±0,96 19,1 ±0,83 7,13 ±0,26 6,90 ±0,28 8,50 ±0,38 27,1 ±1,24 34,4 Т 1,59

ЛК 5 88,7 ±3.61 212 + 15,6 101,1 + 7,10 306 ±24,4 409 + 17,4 261 ±9,51 3104 + 227 864 ±52,7 10.02 ±0,42 12,4 + 0,61 12,04 ±0,54 15,6 ±0,75 9,80 ±0,31 12,3 ±0,58 58,2 ±2,91 46,1 ±2,17

ЛК 10 76,4 ±3,08 181 ± 12,4 81,6 ±3,70 219 + 14,5 426 ±30,2 312 ± 19,6 2452 ±162 1712 ±92,6 5,04 ±0,20 10,1 ±0,48 8,18 ±0,35 21,3 ±1,18 10,6 + 0,42 14,2 ±0,70 36,2 ±1,38 19,2 ±0,88

ЩК 1 50,4 + 1,66 69,2 ±5,80 91,3 + 7,20 И 1,4 ±6.77 360 ±14,8 523 ±29,4 1878 + 99,1 1692 + 85,6 3,21 + 0,14 5,70 ±0,23 5,80 ±0,21 18,0 ±0,75 7,94 + 0,36 14,3 ±0,66 18,5 + 0,83 37,2 + 1,40

ЩК2 82,1 ±5,62 40,5 ±2,01 414 ±28,4 2423 + 114 6,50 ±0,22 42,2 ±2,50 8,71 ±0,34 53,1 Т 2,24

70,5 ±4,10 90,2 ±5,06 272 ±11,5 805 ±30,6 12,2 ±0,56 9,16 ±0,41 11,6 ±0,51 16,8 ±0,85

ЩК 5 51,2 ±3,04 307 ±18,6 76,2 ±5,20 341 ±20,2 592 ±33,6 473 ±29.4 2050 + 121 972 ±47,2 14,1 + 0,76 10,5 ±0,48 78,6 ±4,24 13,2 ±0,48 18,9 ±0,75 6,72 ±0,34 88.5 ±4,41 102 + 5,17

ЩК 10 46,8 ±3,02 80,1 ±6,02 70,3 ±3,50 134 + 9,50 671 ±46,1 415 ±26,1 2641 ±99,6 1105 ±54,5 13,2 ±0,80 16,1 ±0,92 20,5 ±0,70 18,0 ±0,76 25,3 ±1,06 8,64 ±0,38 62,7 + 2,78 26,1 ±1,33

Na-ЭДТА 1 74.3 + 4,82 85.4 ±5,02 70,8 ±3,61 315 + 14,2 602 ±34,1 461 ±22,8 2324 + 112 1584 ±62,7 3.41±0,14 12,2 ±0,46 5,04 ±0,18 17,5 ±1,04 14,1 + 0,52 15,6 ±0,74 52,4 + 2,40 165 + 7,44

Na-ЭДТА 2 205,4 ±16.2 552 ±28.1 715 + 48,6 3246 ±178,5 9,84 ±0,36 32,1 ±1,36 82,3 + 4,25 163 + 6,72

70,2 ±2,65 105,3 ±6,20 296 + 16,2 958 ±46,1 20,0 ±1.10 13,01 ±0,48 15,8 ±0,62 122 + 4,35

Na-ЭДТА 5 186,7 ±9,62 336 ±15,82 612 ±34,1 247 ±21,0 967 + 62,2 454 + 24.1 1800 + 101 1505 ±91,8 6,12 ±0,27 14,8 ±0,76 8,30 ±0,31 9,40 ±0,37 105 + 6,10 17,1 ±0,78 208 + 10,6 39,2 ±1,61

Na-ЭДТА 10 270 ±12,6 243 + 11,8 408 ±37,1 302 ±19,6 981 + 45,1 506 ±27,1 2100 + 114 1622 ±97,2 9,10 ±0,44 17,1 ±0,81 10,3 ±0,47 16,1 ±0,80 97,2 + 4,55 20,1 + 0,90 137 ±6,45 50,6 ±2,08

В условиях повышения загрязнения почвы до Си-3 ПДК максимальная аккумуляция Си в побегах наблюдалась при внесении ЛК в дозе 2 ммоль/кг (208 мг/кг), что в 3,1 раза превысило содержание металла в варианте без внесения агента.

Повышение доз ЩК от 1 до 10 ммоль/кг, использованной в условиях медного загрязнения почвы в дозе 1 и 3 ПДК, в большинстве случаев не оказало значительного стимулирующего воздействия на поглощение Си побегами В. парт.

В варианте Си-1 ПДК добавление в почву Ыа-ЭДТА (1-10 ммоль/кг) привело к увеличению содержания Си в побегах в 2,3-8,5 раза (74,3-270 мг/кг) относительно варианта без внесения агента (табл. 2). В случае загрязнения Си-3 ПДК закономерное увеличение Си в побегах наблюдалось при внесении №-ЭДТА до 5 ммоль/кг (612 мг/кг), где превышение составило 9,2 раза. По эффективности влияния ХА составили убывающий ряд: К'а-ЭДТА >ЛК >ЩК. В вариантах опыта с добавлением исследуемых агентов в почву, загрязненную медью (1 и 3 ПДК), по значению КБП медь для растений В. парив в основном относится к группе сильно накопляемых элементов. В большинстве случаев в вариантах опыта наблюдался акропетальный тип распределения меди.

Максимальный вынос Си в варианте загрязнения Си-1 ПДК обеспечило внесение Ыа-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (рис. 1). При усилении медной нагрузки на почву (3 ПДК) наибольший вынос Си зафиксирован при добавлении Ыа-ЭДТА в дозе 2 и 5 ммоль/кг. Таким образом, с целью максимального извлечения Си побегами из загрязненной данным металлом почвы (1 и 3 ПДК) в качестве агента можно рекомендовать использование №-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг. Общей закономерностью в условиях индуцируемой фитоэкстракции в различных вариантах моноэлементного загрязнения почвы было то, что побега В. парив отчуждали ТМ в большей степени, чем корни.

3.3.2. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса цинка В. парт К в условиях цинкового загрязнения почвы

В условиях нагрузки на почву Zп-l ПДК при внесении Ж (от 1 до 10 ммоль/кг) наиболее эффективной из них оказалась дозировка 2 ммоль/кг (табл. 2). При этом содержание Zn составило в побегах В. парив 884 мг/кг, что в 2,6 раза выше, чем в варианте без внесения агента. При повышении загрязнения до Zn-3 ПДК достоверное (Ро,о0 повышение концентрации металла в побегах в 1,8 и 1,9 раза соответственно наблюдалось при добавленш! ЛК в дозах 2 и 5 ммоль/кг (2806 и 3104 мг/кг соответственно).

Действие ЩК (1-10 ммоль/кг) в вариантах опыта на усиление накопления Ъа. побегами при дозах внесения 1 и 2 ммоль/кг, сравнительно с другими агентами, было минимальным.

В варианте загрязнения Zn-l ПДК с увеличением внесения Ыа-ЭДТА (от 1 до 10 ммоль/кг) количество 1п в побегах составило 602-981 мг/кг, что было в 1,8-3 раза выше уровня варианта без внесения агента. Действие Ыа-ЭДТА на усиление аккумуляции Ъп в побегах при загрязнении почвы до 7п-3 ПДК было максимальным лишь в дозах 1 и 2 ммоль/кг, с увеличением дозировки (5 и 10 ммоль/кг) наблюдалось понижение накопления Ъа. (табл. 2). Таким образом, в условиях загрязнения 2п-1 ПДК наибольшее содержание данного метала выявлено в вариантах с добавлением №-ЭДТА, а также в случае применения ЛК 2 ммоль/кг. В варианте Тл-Ъ ПДК наиболее эффективно усиление поглощения цинка В. парив наблюдалось при внесении №-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг и ЛК в дозе 5 ммоль/кг. Как было отмечено выше, В. парт накапливал ¿п в вариантах цинкового загрязнения почвы (без внесения агентов) наиболее интенсивно в корнях, а в случае внесения ХА, наоборот, в побегах.

Си

1200 1050 ■ 900 ■ 750 ■

мкг/еоеуд 600 <

450 ■ 300 ■ 150 ■

/ .К »55 л л

Медное загрязнение почвы в дозе 100 и|Укг

1000 900 800 700 600

мкг/ооеуд 500

400 300 200 100 0

Медное загрязнение почвы в лозе 300 мг/кг

Ъп

5500 5000 4500 4000 3500

мкг/сосуд

2000 1500 1000 500 0

^аЧЛ*3 •чЧЛ.Л'5 ^

Цинковое загрязнение почвы в дозе 300 мг/кг

3000 2500 2000

мкг/сосуд 1500 1000 500 0

г— и

V ■ м ■

«г

Цинковое загряшевве почвы в доте 900 мг/кг

са

мкг/сосуд

а^ъ к?

Л*

Кадмиевое загрязнение почвы в дозе 3 мг/кг

140 120 100 ео 60 40 20 о

е- 1 А * в- г А в * А: л

Кадмиевое загрязнение почвы в дозе 9 мг/кг

РЬ

350 300 250 200

мкпсосуд ^ с^

100 50 0

£ Л' Щ М- В

!акиилаАа игпа1и*ииа иАиаив яяк Ш ъягЫг 4 X4

400 350 300 250

мкг/сосуд 200

150 100 50 0

Свинцовое загрязнение почвы в дозе 32 мг/кг

—•— Побеги —■— Корни

г*-

" / - V

г«а ж Ь * 1 г», А к--

Л, N .Т-Л кО_Л/М>

Свинцовое загрязнение почвы в дозе 96 мг/кг

Рис. 1. Вынос ТМ проростками В. парт Ь. при внесении хелатообразующих агентов в условиях моноэлементного загрязнения почвы

Так, достоверно значимое превышение содержания Zn в побегах, чем в корнях (в варианте Zn-1 ПДК) составило в среднем в случае внесения Ж - в 1,6 раза, ЩК - в 1,5 раза, Na-ЭДТА - в 1,9 раза. Такая смена акропетального распределения Zn на базипе-тальное, по-видимому, связана с механизмом биологического действия агентов. Высокая растворимость образуемых хелатных комплексов с Zn обеспечивала беспрепятственное прохождение хелатируемого поллютанта через пояски Каспари, тем самым способствуя повышению транслокации цинка в побегах. При цинковом загрязнении почвы (1 и 3 ПДК) в вариантах внесения изучаемых ХА данный элемент, согласно величинам КБП, относится к группе энергично и сильно накопляемых элементов.

Исходя из показателей выноса цинка видно, что культура В. napus имеет огромный потенциал для использования в целях индуцируемой фитоэкстракции Zn, так как способна к повышенной аккумуляции данного металла (рис. 1). Так, при загрязнении Zn-1 ПДК эффект максимального увеличения выноса Zn побегами В. na-pus выявлен при добавлении J1K в дозе 2 ммоль/кг. При загрязнении Zn-З ПДК наибольший вынос металла отмечен в вариантах внесения Ж в дозах 2 и 5 ммоль/кг, а также Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг. Анализ данных показал, что в условиях моноэлементных загрязнений почвы высокий вынос Zn, также как и Си можно осуществлять и при использовании минимальных (2 ммоль/кг) и средних доз агентов (5 ммоль/кг). Максимальные дозировки агентов в 10 ммоль/кг для извлечения избытка элементов-загрязнителей являются экономически, а тем более экологически неоправданными. Использование больших количеств хелатирующих агентов может привести к загрязнению фунтовых вод из-за увеличения подвижности ТМ в почве под влиянием агентов [Huang et al., 1997, Mulligan et al., 2001]. Таким образом, В. napus можно рекомендовать для очистки почв, загрязненных Zn (300 мг/кг) при дополнительном внесении Ж в дозе 2 ммоль/кг, либо Na-ЭДТА в дозах 2 и 5 ммоль/кг. Следует отметить, что при цинковом загрязнении почвы в дозе 900 мг/кг наблюдается резкое угнетение биомассы. При этом значительное увеличение выноса Zn в вариантах опыта достигается за счет высочайших концентраций в тканях растений (1800-3246 мг/кг). В связи с этим В. napus не подходит для очистки почв, загрязненных Zn в дозе 900 мг/кг. По мнению автора [Дричко, 2006], увеличение относительной скорости выноса элемента из почвы за счет роста массы урожая экологически более точный путь, чем приемы увеличения К„.

3.3.3. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса кадмия В. napus L. в условиях кадмиевого загрязнения почвы

Наиболее эффективной в повышении аккумуляции Cd побегами В. napus оказалась ЩК по сравнению с другими реагентами (табл. 2). В условиях загрязнения Cd-1 ПДК добавление ЩК привело к значительному повышению накопления Cd, начиная с дозы 2-10 ммоль/кг - 6,50-14,1 мг/кг. Наибольший эффект поглощения Cd в данных условиях побегами В. napus зафиксирован в первую очередь при применении ЩК 5 ммоль/кг (14,1 мг/кг), затем в варианте Ж 5 ммоль/кг (10,02 мг/кг) и Na-ЭДТА 2 ммоль/кг (9,84 мг/кг). В вышеперечисленных вариантах было установлено превышение содержания Cd в побегах В. napus относительно варианта без внесения агента в среднем в 2,7 раза, а в случае с ЩК в 4,0 раза.

В условиях загрязнения Cd-З ПДК максимальный эффект поглощения данного металла побегами В, napus зафиксирован при добавлении ЩК. Так, при внесении ЩК в дозе от 1 до 10 ммоль/кг концентрация Cd в побегах находилась в интервале 5,8-78,6 мг/кг, что выше варианта без внесения агента в 1,3-18 раз. КБП Cd в вари-

антах опыта для побегов В. пария относится к группе сильно и энергично накопляемых элементов. Как показано на рис. 1, в условиях загрязнения почвы Сс1-1 ПДК в наибольшей степени отчуждение кадмия побегами В. парив наблюдалось в варианте применения Иа-ЭДТА в дозе 2 и 10 ммоль/кг и в случае использования ЩК в дозе 5 и 10 ммоль/кг. При повышении нагрузки на почву до Сй-З ПДК максимальный вынос Сё побегами В. пария зафиксирован в вариантах применения ЩК 5 ммоль/кг.

3.3.4. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса свинца В. парт Ь. в условиях свинцового загрязнения почвы

В случае воздействия ЛК в дозах 5 и 10 ммоль/кг в условиях загрязнения РЬ-1 ПДК было установлено в среднем в 1,6 раза достоверное (Ро,оО увеличение содержания РЬ в побегах В. пария, что составило 9,8 мг/кг и 10,6 мг/кг соответственно. Аналогичные дозировки ЩК в условиях нагрузки на почву РЬ-1 ПДК обусловили больший поток РЬ в побеги. Так, эффект поглощения РЬ возрастал в среднем в 3,5 раза по сравнению с вариантом без внесения агента, что составило 18,9 мг/кг и 25,3 мг/кг соответственно. Общей тенденцией в поглощении РЬ побегами В. пария как для Ж, так и ЩК было сравнительно незначительное стимулирование накопления в дозах 1 и 2 ммоль/кг. Обнаружено, что в условиях загрязнения РЬ-1 ПДК наиболее эффективным среди рассматриваемых эффекторов фитоэкстракции является №-ЭДТА. Так, в результате внесения N8-3ДТА от 1 до 10 ммоль/кг концентрация РЬ в побегах В. пария находилась в интервале от 14,1-105 мг/кг. При этом достоверно значимое превышение относительно варианта без внесения агента составило 2,2-16 раз (табл. 2). Подобный эффект максимального усиления аккумуляции РЬ при действии №-ЭДТА побегами установлен также в варианте загрязнения РЬ-3 ПДК. Внесение №-ЭДТА от 1 до 10 ммоль/кг обусловило увеличение концентрации РЬ в побегах от 52,4 до 208 мг/кг. При этом превышение относительно варианта без внесения агента составило 3,2-12,5 раза. Исследованиями установлено, что в варианте РЬ-3 ПДК, добавление ЛК в максимальной степени увеличивало содержание РЬ в побегах В. пария только до 3,5 раза относительно варианта без внесения агента, а при внесении ЩК - до 5 раз. По эффективности влияния ХА составили ряд от более к менее эффективным: N8-3ДТА > ЩК > ЛК.

Расчет величин КБП в условиях свинцовой нагрузки на почву (1 и 3 ПДК) показал, что согласно градации Перельмана в вариантах опыта РЬ для побегов В. пария преимущественно относится к сильно накопляемым элементам. При использовании №-ЭДТА (от 2 до 10 ммоль/кг) и ЩК (5 и 10 ммоль/кг) характерно базипетальное распределение РЬ. Как показывают данные рис. 1, значительное усиление выноса свинца при всех уровнях свинцового загрязнения почвы выявлено как в дозе №-ЭДТА 2 ммоль/кг, так и в дозе Ыа-ЭДТА 5 ммоль/кг.

3.3.5. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса ТМ В. пария Ь. в условиях полиэлементной нагрузки на почву (1 ПДК)

В вариантах внесения ХА поглощение металлов побегами В. пария при полиэлементном загрязнении почвы изменилось по сравнению с моноэлементным. Общей закономерностью в условиях воздействия изучаемых эффекторов фитоэкстракции явилось существенное понижение накопления побегами В. пария РЬ, Сё, Си (за некоторым исключением) сравнительно с. аналогичными вариантами раздельного внесения данных металлов (табл. 3). Ингибирование накопления может быть связано с конкурентным механизмом транслокации металлов в побеги, а именно с анта-

гонистичным влиянием образуемых комплексов с цинком, так как концентрация Ъа. в почве значительно превышала концентрацию других металлов (Сицх^ПзооСёз РЬзг). В условиях загрязнения Поли-1 ПДК максимальное отчуждение 7л, Си, РЬ побегами В. пария происходило при использовании N3-3ДТА в дозе 2 ммоль/кг.

Таблица 3. Концентрация ТМ (мг/кг) в проростках В. париз Ь. при внесении хела-тообразующих агентов при полиэлементном загрязнении почвы в дозе 1 ПДК

Вариант Си Ъп С<1 РЬ

Без внесения агента 28,5 ±1,17 42,7 ±2,16 655 ±33,5 835 ±42,3 0,30 ±0,02 2,40 ±0,12 4,40 + 0,20 8,02 + 0,41

ЛК 1 22,1 ±0,88 72,5 ±3,75 714 ±34,3 472 + 17,2 0,26 ±0,01 3,10 + 0,14 2,70 ±0,10 14,6 ±0,70

ЛК 2 45,4 ±1,80 193 + 10,5 908 + 43,7 583 ±22,7 0,57 ±0,03 2,40 ±0,15 1,54 ±0,07 13,5 + 0,55

ЛК 5 20,4 ±0,77' 144 ±6,58 435 ±17,8 357 ±14,0 2,50 ±0,12 0,61 + 0,03 7,20 ±0,35 16,1 ±0,80

ЛК 10 31,4 ±1,02 156 ±8,90 326 ±13,2 518 + 29,0 2,10 ±0,10 3,40 ±0,14 5,30 + 0,28 15,0 + 0,65

ЩК 1 17,3 ±0,74 68,1 ±3,05 401 ±22,5 556 ±27,0 1,64 ±0,07 3,01 ±0,14 2,04 ±0,10 11,6 ±0,48

1ДК2 10,1 ±3,80 95,0 ±5,41 239 ±10,1 406 ±21,1 2,00 ±0,10 2,05 ±0,10 6,70 ±0,31 15,6 + 0,70

ЩК 5 2,40 ±0,09 63,0 + 2,68 560 + 31,7 538 + 26,3 5,50 ±0,28 3,12 ±0,13 5,81 + 0,26 10,3 ±0,42

ЩК 10 3,10 ±0,09 26,4 ±1,05 320 ±22,5 462 ±32,2 1,02 ±0,04 2,14 ±0,11 8,40 + 0,35 19,1 + 1,01

№-ЭДТА 1 60,2 ±6,17 87,7 ±4,3 8 831 ±52,4 506 ±23,8 0,41 ±0,02 2,30 ±0,12 6,40 ±0,25 5,60 ±0,22

№-ЭД'ГА 2 124 + 8,71 160 ±6.56 1419 + 108 441 ±22,5 0,36 ±0,02 1,47 ±0,07 9,20 ±0,28 20,1 ±0,87

Ка-ЭДТА 5 41,8 ±2,62 210 ±12,2 482 ±30,5 512 ±24,1 2,80 ±0,12 0,55 ±0,03 15,1 ±0,09 30,6 ±1,08

Ма-ЭДТА 10 56,2 ±2,56 143 ±6,02 581 ±37,4 344 ±13,5 0,18 ±0,01 0,91+0,04 7,80 ±0,35 24,2 ±1,02

Таким образом, индуцируемая фитоэкстракция подразумевает поиск с одной стороны высокоурожайных растений, являющихся при этом, как правило, умеренными аккумуляторами ТМ, а с другой - эффективных хелаторов, которые способны значительно увеличивать поглощение ТМ и их вынос. Принимая среднюю урожайность сухой биомассы рапса ярового за 120 ц/га, был рассчитан теоретически возможный вынос ТМ рапсом с 1 гектара загрязненной почвы при дополнительном внесении эффективного агента - Ыа-ЭД ГА. Так, в вариантах применения Ка-ЭДТА (1-10 ммоль/кг) в условиях соответствующих моноэлементных загрязнений почвы (1 ПДК) возможный вынос с учетом фитотоксического эффекта (ФЭ) составил: Си -0,89-3,24 кг/га (ФЭ= +25 %); 2п - 7,22-11,8 кг/га (ФЭ= +33 %); Сё - 0,03-0,09 кг/га (ФЭ= -22 %); РЬ - 0,91-1,16 кг/га (ФЭ= -8 %). В условиях соответствующих моноэлементных загрязнений почвы в дозе 3 ПДК возможный вынос составил: Си - 0,726,24 кг/га (ФЭ= -15 %); Ъп - 11,8-18,3 кг/га (ФЭ= -57 %); Сс1 - 0,05-0,32 кг/га (ФЭ=

- 16 %); Pb - 0,52-2,05 кг/га (ФЭ= -18 %). Теоретический вынос для полиэлементного загрязнения (1 ПДК) при внесении оптимальной дозировки Na-ЭДТА 2 ммоль/кг: Си -1,12 кг/га, Zn - 12,8 кг/га; Cd - 0,003 кг/га; РЬ - 0,08 кг/га (ФЭ= -25 %).

ВЫВОДЫ

Результаты исследований фитоэкстракции ТМ кормовыми культурами в условиях моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы позволили сделать следующие выводы:

1. С ростом уровня моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы в ней увеличивается валовое содержание ТМ и доля их мобильных форм. По величине абсолютного и относительного содержания исследуемые формы соединений элементов располагаются в следующем убывающем порядке: кислотораствори-мые > обменные > водорастворимые. Подвижность ТМ в вариантах моно- и полиэлементного загрязнения почв, выявляемая дистиллированной водой, уменьшается в ряду Zn > Cd > Cu > Pb; ацетатно-аммонийным буферньм раствором (pH 4,8) - Zn > Cu > Cd > Pb; 1 н. раствором соляной кислоты - Cu > Zn > Pb >Cd.

2. Угнетающее воздействие на биомассу проростков тест-культур возрастало с увеличением уровня загрязнения почвы ТМ. Установлено, что Avena sativa L. и Brassica napus L. более толерантны, чем Trifolium hybridum L. Высокие дозы цинкового и полиэлементного загрязнения почвы приводили к гибели проростков. Стимулирующий эффект наблюдался в вариантах медного и цинкового загрязнения при дозе 1 ПДК для всех культур в среднем на 20 и 31 % соответственно, кроме Trifolium hybridum L. Для Avena sativa L. наблюдалось увеличение биомассы в вариантах кадмиевого загрязнения при дозе 1 и 5 ПДК в среднем на 23 %, свинцового загрязнения при дозе 1 и 3 ПДК в среднем на 20 %; полиэлементаого загрязнения при дозе 1 ПДК - на 18 %.

3. Способность исследуемых культур к извлечению ТМ из загрязненной почвы заметно различалась. Побеги Medicago sativa L. характеризовались максимальным выносом меди, в 29,7 раза выше контроля, при внесении этого элемента в почву в дозе 3 ПДК, а побеги Brassica napus L. при внесении в дозе 1 и 5 ПДК - в 6,2 и 15 раз соответственно. Значительный вынос цинка в среднем в 20 раз выше относительно контроля в условиях цинкового загрязнения при дозе 1 ПДК выявлен для побегов Avena sativa L., Brassica napus L. и Medicago sativa L. В варианте цинкового загрязнения при дозе 3 ПДК максимальный вынос данного металла - в 37 раз зафиксирован для побегов Avena sativa L. При всех уровнях кадмиевого загрязнения почвы в максимальной степени отчуждали этот элемент побеги Brassica napus L. (в 33-55 раз выше контроля). Наибольший вынос свинца возрастал в 2,4-14 раз относительно контроля для побегов Brassica napus L. при всех уровнях свинцового загрязнения почвы.

4. Для очистки почв с полиэлементным загрязнением при дозе 1 ПДК наиболее эффективными являются: Brassica napus L., затем Avena sativa L. с преимущественным накоплением Zn и Pb; Medicago sativa L. - Cu, Cd, Pb. Культуры Brassica napus L. и Avena sativa L., несмотря на высокую экстракцию металлов в условиях полиэлементного загрязнения почвы при дозе 3 ПДК, не могут быть рекомендованы как растения-фиторемедиаторы, так как снижают биомассу более чем на 50%.

5. Яркий синергический эффект при моноэлементном обогащении почвы выявлен для побегов Brassica napus L., Medicago sativa L. и Avena sativa L. в паре Cu—>Zn. Двустороннее синергичное взаимодействие в паре Cu-Zn выявлено для Brassica napus L. и Avena sativa L. Установлено проявление синергизма в паре Cd—»Zn для Brassica napus L„ Pb—»Cd - для Medicago sativa L. и Brassica napus L.

Антагонистический характер взаимодействия выявлен в отношении пары элементов Zn—>Cd для побегов всех культур, кроме Trifolium hybridum L., Zn—»Pb - для Brassica napus L.

6. В условиях индуцируемой фитоэкстракции поглощение TM побегами Brassica napus L. имело свои особенности в зависимости от вида и дозы применяемого эффектора. Использование оптимальной дозы Na-ЭДТА 2 ммоль/кг приводило к увеличению усиления экстракции меди проростками в условиях медного загрязнения почвы при дозе 1 ПДК в 6,5 раза и дозе 3 ПДК- в 8,3 раза относительно варианта без внесения эффектора. В вариантах цинкового загрязнения почвы при дозе 1 и 3 ПДК хорошо выраженный фтомелиорирующий эффект в отношении этого элемента зафиксирован при применении лимонной кислоты в дозе 2 ммоль/кг и в аналогичной дозе Na-ЭДТА (концентрация Zn увеличивается в среднем в 2 раза). Наилучшая аккумулирующая способность к кадмию в варианте кадмиевого загрязнения при дозе 1 и 3 ПДК выявлена при внесении щавелевой кислоты в дозе 5 ммоль/кг (концентрация Cd увеличивалась к варианту без применения эффектора в 3,9 и 18 раз соответственно). Значительное усиление аккумуляции свинца при всех уровнях свинцового загрязнения почвы выявлено как в дозе Na-ЭДТА 2 ммоль/кг, так и в дозе Na-ЭДТА 5 ммоль/кг, что в 9,8-16,4 раза выше по сравнению с концентрацией РЬ без применения эффектора.

7. Установлено, что наиболее оптимальным эффектором фитоэкстракции меди, цинка, свинца побегами Brassica napus L. в условиях полиэлементного загрязнения почвы при дозе 1 ПДК является Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг (концентрация меди увеличилась в 4,4 раза, цинка - в 2,2 раза, свинца - в 2,1 раза).

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Учитывая высокую аккумулирующую способность, а также показатели выноса TM Brassica napus L. (семейство крестоцветные) можно рекомендовать для использования в целях фитоэкстракции ТМ с дополнительным применением хелато-образующего агента Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг на почвах с преимущественным загрязнением медью, цинком, свинцом.

2. Использование культур Brassica napus L., Avena sativa L. и Medicago sativa L. в качестве растений-фиторемедиаторов будет эффективным на почвах при минимальных уровнях комплексного загрязнения ТМ (на уровне 1 ПДК). При этом данные культуры не рекомендуется применять при высоких уровнях полиэлементных загрязнений (3 и 5 ПДК) вследствие значительного угнетения роста и продуктивности растений.

3. При внедрении фитоэкстракции на темно-каштановых почвах Восточного Казахстана перспективными могут явиться смешанные посадки таких культур, как Brassica napus L., Avena sativa L. и Medicago sativa L, так как данные культуры обладают способностью к преимущественному накоплению разных металлов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Панин М.С. Поглощение тяжелых металлов (ТМ) клевером гибридным (Trifolium hybridum L.) из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы /М.СЛанин, М.Т. Койгельдинова// Докл. V Межд. научно-практ. конф. «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде». - Семей, Семипалатинский гос. пед. институт, 2008. -Т. 1,-С. 398-405.

2. Панин М.С. Поглощение тяжелых металлов люцерной посевной (Medicago sativa L.) из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы /'М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Поиск. - Серия естественных и технических наук. - 2010. - №1. - С. 126-133.

3. Панин М.С. Накопление меди растениями при медном и полиэлементном видах загрязнения темно-каштановой почвы /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Докл. VI Межд. научно-практ. конф. «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде». - Семей, Семипалатинский гос. пед. институт, 2010. - Т. 1. - С. 298-304.

4. Панин М.С. Влияние свинцового и полиэлементного загрязнения на продуктивность и накопление свинца Medicago sativa L. /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Мат-лы Межд. науч. конф. «Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв». - Алматы, 2010 - С. 608-611.

5. Панин М.С. Накопление меди и цинка клевером гибридным (Trifolium hybridum L.) из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Агрохимия. - 2010. - №9. С. 77-87.

6. Панин М.С. Накопление цинка растениями видов Trifolium hybridum L., Medicago sativa L., Brassica napus L., Avena sativa L. из темно-каштановой почвы /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Агрохимия.-2010. - №10. - С. 66-74.

7. Панин М.С. Накопление цинка и кадмия яровым рапсом (Brassica napus L.) из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова// III Межд. науч. конф. «Современные проблемы загрязнения почв». - Москва, 2010-С. 146-150.

8. Койгельдинова М.Т. Уровни накопления кадмия проростками Trifolium hybridum L. и Brassica napus L. в условиях кадмиевого и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы / М.Т. Койгельдинова // Межд. конф. студентов и молодых ученых «Мир науки». — Алматы, 2010 - С. 112-113.

9. Койгельдинова М.Т. Накопление РЬ растениями ярового рапса (Brassica napus L.) в условиях искусственного загрязнения темно-каштановой почвы / М.Т. Койгельдинова // Межд. науч. конф. студентов, магистрантов и молодых ученых «Ломоносов 2010». - Астана, 2010 - С. 209-210.

10. Панин М.С. Влияние свинцового и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы на продуктивность фитомелиорантов, накопление и вынос ими свинца /М.СЛанин, М.Т. Койгельдинова // Мир науки, культуры, образования. -2010. - №6 (25). - С. 236-242.

11. Панин М.С. Влияние медного и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы на аккумуляцию меди проростками Medicago sativa L. и Brassica napus L. /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Мат-лы Всероссийск. науч. конф. «Биосферные функции почвенного покрова». - Пущино, 2010 - С. 236-238.

12. Койгельдинова М.Т. Панин М.С. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение поглощения и выноса свинца культурой Brassica napus L. / М.Т. Койгельдинова // Вестник Павлодарского гос. ун-та им. С. Торайгырова. - 2010. - №4. - С. 111-116.

13. Панин М.С. Использование эффекторов фитоэкстракции для повышения поступления цинка в побеги Brassica napus L. /М.С.Панин, М.Т. Койгельдинова // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии.-2011,- №2(16).-С. 116-122.

Подписано в печать 30.09.2011 г. Формат 60x84/16. Офсетная печать. Бумага офсетная. Объем 1,0 уч. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 95

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Койгельдинова, Мадина Талгатовна

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

ВВЕДЕНИЕ '

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ПО ВОПРОСАМ АККУМУЛЯЦИИ И 11 РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ» (обзор литературы)

1.1. Содержание и факторы миграции ТМ в почве

1.2. Общие представления о путях поступления и аккумуляции ТМ в 17 растениях

1.3. Взаимодействия ТМ в растениях. Явления антагонизма и 23 синергизма

1.4. Фитоэкстракция как эффективный метод очистки почв, 26 загрязненных ТМ

1.5. Индуцируемая фитоэкстракция ТМ

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 3. ФИТОРЕМЕДИАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ КОРМОВЫХ 41 КУЛЬТУР В ХОДЕ ПАССИВНОЙ И ИНДУЦИРУЕМОЙ ФИТОЭКСТРАКЦИИ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ТЕМНО-КАШТАНОВОЙ ПОЧВЫ (результаты исследований-)

3.1. Валовое содержание и формы соединений ТМ в почве в условиях 41 моно- и полиэлементного загрязнения

3.2. Содержание ТМ в растениях в условиях моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.1. Биопродуктивность тест-культур при моно- и полиэлементном загрязнении темно-каштановой почвы

3.2.2. Содержание меди в проростках тест-культур в условиях монои полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.3. Явления антагонизма и синергизма при поступлении металлов в растения при медном загрязнении темно-каштановой почвы

3.2.4. Содержание цинка в проростках тест-культур в условиях моно- 77 и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.5. Явления антагонизма и синергизма при поступлении металлов 83 в растения при цинковом загрязнении темно-каштановой почвы

3.2.6. Содержание кадмия в проростках тест-культур в условиях 85 моно-и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.7. Явления антагонизма и синергизма при поступлении металлов 92 в растения при кадмиевом загрязнении темно-каштановой почвы

3.2.8. Содержание свинца в проростках тест-культур в условиях 95 моно-и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы

3.2.9. Явления антагонизма и синергизма при поступлении металлов 100 в растения при свинцовом загрязнении темно-каштановой почвы

3.3. Исследование ремедиационного потенциала Brassica jnapus L. в 102 условиях индуцируемой фитоэкстракции

3.3.1. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение 103 поглощения и выноса меди Brassica napus L. в условиях медного загрязнения почвы

3.3.2. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение 109 поглощения и выноса цинка Brassica napus L. в условиях цинкового загрязнения почвы

3.3.3. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение 115 поглощения и выноса кадмия Brassica napus L. в условиях-кадмиевого загрязнения почвы

3.3.4. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение 120 поглощения и выноса свинца Brassica napus L. в условиях свинцового загрязнения почвы

3.3.5. Влияние эффекторов фитоэкстракции на повышение 124 поглощения и выноса Си, Zn, Cd и Pb Brassica napus L. в условиях полиэлементной нагрузки на почву. выводы

ПРЕДЛОЖЕНИЯ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов хэ пдк мэ ппк

ЕКО КБП мг/кг мкг/сосуд ммоль/кг г/сосуд

Ро,05-0,001 ХА лк щк

N3- ЭДТА ФЭ тяжелые металлы химические элементы предельно допустимая концентрация микроэлементы почвенный поглощающий комплекс емкость катионного обмена коэффициент биологического поглощения коэффициент накопления миллиграмм на килограмм микрограмм на сосуд миллимоль на килограмм грамм на сосуд порог достоверности, доверительная вероятность хелатообразующие агенты лимонная кислота щавелевая кислота натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты фитотоксический эффект

Введение Диссертация по биологии, на тему "Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы"

Актуальность темы. Нежелательным результатом антропогенного воздействия на среду является химическое загрязнение почв различными поллютантами. К числу наиболее приоритетных загрязнителей, обладающих высоким токсичным, мутагенным и> канцерогенным; эффектом., относят тяжелые металлы (ТМ). Следует отметить, что при низких: концентрациях в среде: многие из них являются эссенциальными элементами, являющимися: важнейшими компонентами биокатализаторов и биорегуляторов физиологических процессов; Однако в условиях загрязнения: 'ГМ. могут накапливаться в верхних, горизонтах почвы, активно воздействуя в первую очередь на1, растения. Это приводит к; постепенному изменению химического состава, нарушению-.единства» геохимической; среды и живых организмов. Известно, что самоочищение почв практически не происходит или скорость его чрезвычайно: низка: период полуудаления. цинка составляет до 310 лет, меди -до 1500 лет, кадмия - до ПО лет, свинца - до 5900 лет [55, 176]. На территории Восточно-Казахстанской области, особенно вблизи промышленных; центров: и городов, имеется, загрязнение почв ТМ, причем приоритетными поллютантамц из них. являются в первую очередь медь, цинк, кадмий и свинец [36, 131, 149].

В связи с этим разработка стратегий'реабилитации почв, загрязненных ТМ, представляет собой] весьма актуальную задачу. Исследования показывают, что огромный, потенциал в целях ремедйации окружающей* среды имеют растения, способные к сверхаккумуляции металлов. На основе данного свойства растений разрабатывается технология фитоэкстракции, суть которой заключается; в интенсивном поглощении металлов корневой системой растений и; , транслокации их в надземные органы, с последующей переработкой пожинаемой массьь.

По сравнению с физическими (экскавация и размещение загрязненного слоя, почвы на свалках) и физико-химическими методами (хемоэкстракционная и электрокинетическая) детоксикации ТМГ в почве, методг фитоэкстракции имеет ряд преимуществ. Он не требует крупных капиталовложений, не приводит к вредному химическому воздействию на почву, прост в практическом применении и в его основе лежит естественный процесс биологического круговорота. Однако повсеместное внедрение технологии фиторемедиации на практике зачастую тормозится из-за существующих проблем в разработке данного метода, недостаточно изученных механизмов транспорта и хелатирования поллютантов, их взаимодействия, специфики накопления и т.д. [10, 25, 164].

Таким образом, исследование способности к накоплению ТМ различными видами растений в условиях моно- и полиэлементного загрязнения актуально с точки зрения изучения закономерностей процессов миграции и взаимодействия ТМ в системе «почва-растение», механизма их выноса и специфики накопления, а также в целях подбора растений, пригодных для внедрения технологии фиторемедиации в Казахстане.

Цель работы - оценка эффективности фитоэкстракции ТМ (Cu, Zn, Cd, Pb) кормовыми культурами при искусственном загрязнении темно-каштановой почвы.

Задачи исследования: ч

2. Исследовать транслокацию ТМ (Cu, Zn, Cd, Pb) в проростки тест-культур при их раздельном и совместном внесении в почву,а также влияние различных вариантов загрязнения на биопродуктивность проростков. i

Научная новизна. Впервые в условиях вегетационного опыта на темно-каштановой нормальной среднесуглинистой почве Восточного Казахстана среди основных кормовых культур региона выявлены виды, максимально накапливающие ТМ при их раздельном и совместном внесении, а также рассчитан их вынос. Исследовано конкурентное взаимовлияние ТМ при их поступлении в растения. Установлены эффективные ХА и их дозировки для усиления транслокации ТМ в побеги рапса ярового в зависимости от вида и уровня загрязнения темно-каштановой почвы.

Практическая значимость. Изучение потенциала извлечения ТМ различными культурами в условиях искусственного загрязнения почвы позволяет определить перспективные виды-фиторемедиаторы. Эти культуры могут быть использованы как компоненты травосмесей для очистки загрязненных почв нашего региона. Полученные результаты по внесению наиболее- эффективного ХА - Na-ЭДТА в дозе 2 ммоль/кг на примере рапса ярового могут найти практическое применение в биологической рекультивации загрязненных почв.

Защищаемые положения:

Апробация. Основные положения диссертации были представлены на V, VI Международных научно-практических конференциях «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, 2008, 2010), Международной научной конференции, посвященной 65-летию Казахского научно-исследовательского института почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова «Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв» (Алматы, 2010), III Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2010), Международной конференции студентов и молодых ученых «Мир науки»'~(Алматы, 2010),

Международной научной конференции студентов, магистрантов и молодых ученых «Ломоносов 2010» (Астана, 2010), Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН «Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2010).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах из «Перечня .» ВАК РФ и 3 статьи в журналах из «Перечня .» ВАК РК.

Личный вклад автора

Все работы, связанные с постановкой вегетационных опытов, лабораторной подготовкой образцов к элементному анализу, элементный анализ валового содержания Си, РЬ, Сс1 и их подвижных форм в почвенных образцах, анализ растительных образцов, определение содержания гумуса, рН почвенных растворов, математическая обработка цифровых материалов, интерпретация фактических данных, осуществлены автором самостоятельно.

В диссертации использованы работы, опубликованные в соавторстве. Доля личного участия автора в написании и подготовке этих публикаций составила 75-90 %.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность доктору биологических наук, профессору Панину Михаилу Семеновичу, под руководством которого выполнена диссертация, за оказанную помощь, внимание и всемерную поддержку.

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Койгельдинова, Мадина Талгатовна

ВЫВОДЫ

1. С ростом уровня моно- и полиэлементного загрязнения темно-каштановой почвы в ней увеличивается валовое содержание ТМ и доля их мобильных форм. По величине абсолютного и относительного содержания исследуемые формы соединений элементов располагаются в следующем убывающем порядке: кислоторастворимые > обменные > водорастворимые. Подвижность ТМ в вариантах моно- и полиэлементного загрязнения почв, выявляемая дистиллированной водой, уменьшается в ряду Zn > Cd > Cu > Pb; ацетатно-аммонийным буферным раствором (pH 4,8) - Zn > Cu > Cd > Pb; 1 н. раствором соляной кислоты - Cu > Zn > Pb >Cd.

2. Угнетающее воздействие на биомассу проростков тест-культур возрастало с увеличением уровня загрязнения почвы ТМ. Установлено, что Avena sativa L. и Brassica napus L. более толерантны, чем Trifolium hybridum L. Высокие дозьь цинкового и полиэлементного загрязнения почвы приводили к гибели проростков. Стимулирующий эффект наблюдался в вариантах медного и цинкового загрязнения при дозе 1 ПДК для всех культур в среднем на 20 и 31 % соответственно, кроме Trifolium hybridum L. Для Avena sativa L. наблюдалось увеличение биомассы в вариантах кадмиевого загрязнения при дозе 1 и 5 ПДК в среднем на 23 %, свинцового загрязнения при дозе 1 и 3 ПДК в среднем на 20 %; полиэлементного загрязнения при дозе 1 ПДК - на 18 %.

4. Для очистки почв с полиэлементным загрязнением при дозе 1 ПДК наиболее эффективными являются: Brassica napus L., затем Avena sativa L. с преимущественным накоплением Zn и Pb; Medicago sativa -L. - Cu, Cd, Pb. Культуры Brassica napus L. и Avena sativa L., несмотря на высокую экстракцию металлов в условиях полиэлементного загрязнения почвы при дозе 3 ПДК, не могут быть рекомендованы как растения-фиторемедиаторы, так как снижают биомассу более чем па 50%.

5. Яркий-синергический эффект при моноэлементном обогащении почвы выявлен для побегов Brassica napus L., Medicago sativa L. и Avena sativa L. в паре Cu—>Zn. Двустороннее синергичное взаимодействие в паре Cu-Zn выявлено для Brassica napus L. и Avena sativa L. Установлено проявление синергизма в паре Cd—>Zn для Brassica napus L., Pb—>Cd - для Medicago sativa L. и Brassica napus L. Антагонистический характер взаимодействия выявлен в отношении пары элементов Zn—»Cd для побегов всех культур, кроме Trifolium hybridum L., Zn—>Pb — для Brassica napus L. i

ЭДТА (концентрация Zn увеличивается в среднем в 2 раза). Наилучшая аккумулирующая способность к кадмию в варианте кадмиевого загрязнения при дозе 1 и 3 ПДК выявлена при внесении щавелевой кислоты в дозе 5 ммоль/кг (концентрация Cd увеличивалась к варианту без применения эффектора в 3,9 и 18 раз соответственно). Значительное усиление аккумуляции свинца при всех уровнях свинцового загрязнения почвы выявлено как в дозе Na-ЭДТА 2 ммоль/кг, так и в дозе Na-ЭДТА 5 ммоль/кг, что в 9,8-16,4 раза выше по сравнению с концентрацией РЬ без применения эффектора.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Койгельдинова, Мадина Талгатовна, Семей

1. Агрохимические методы исследования почв / Под ред. A.B. Соколова. М.: Наука, 1975.-656 с.

2. Айдосова С.С. Применение Echium vulgare L. в фиторемедиании почв, загрязненных тяжелыми металлами / С.С Айдосова, К.С. Сагындык // Изв. Нац. Акад. наук Республики Казахстан. Сер. Биол. и мед. 2007. - №2. - С. 34-38.

3. Айдосова С.С. Cichorium intybus L. как объект биоиндикации, и • фиторемедиации / С.С Айдосова, К.С. Сагындык // Вестник КАзНУ. Сер. биол. - 2007. - №3 (33). - С. 3-7.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. JL: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

5. Алексеев Ю.В. Поглощение кадмия злаковыми растениями из дерново-подзолистой и карбонатной почв // Агрохимия. 2003. - №8. - С. 80-82.

6. Алексеева-Попова Н.В. Адаптация растений к природному обогащению почв тяжелыми металлами // Растения в экстремальных условиях минерального питания. Д.: Наука, 1983. - 237 с 5-15.

7. Анисимова JI.H. Накопление Со, Си и Zn ячменем в зависимости от содержания и формы нахождения металлов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 2008. - №10. - С. 62-68.

8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-488 с.

9. Барсукова B.C. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. - 86 с.

10. Башмаков Д.И. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределение тяжелых металлов у высших растений / Д.И. Башмаков, A.C. Лукаткин Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 2009. - 236 с.

11. П.Бигалиев А.Б. Современное состояние и перспективы био- и фиторемедиации почв загрязненных территорий // Биотехнология. Теория и практика.-2003,-№2.-С. 8-15.

12. Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. СПб: Изд-во С-Петерб. ун-та, 1999.-232 с.

13. Богуспаев К.К. Накопление тяжелых металлов в вегетативных органах амаранта (A. tricolor, A. paniculatus) в процессе развития растений / К.К. Богуспаев, Lil.E. Арыстанова, Ш.Ш. Садыков, А.Т. Иващенко // Вест. КазГУ. Сер. биол. -2001.-№2 (14).-С. 53-61.

14. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водныхсистем // Соросовский образовательный журнал. 1998. - №5. - С. 23-29.

15. Васяев Г. Н. Применение аммиачно-ацетатного буферного раствора с рН 4,7 для определения макро- и микроэлементов из одной навески почвы // Записки Ленинградского с/х института. 1969. - Т. 128. - № 3.

16. Важенин И.Г. Методы определения микроэлементов в почвах, растениях и водах. М.: Химия, 1974. - 287 с.

17. Вахмистров Д.Б. Ионный режим растений: эволюция проблемы // Новые направления в физиологии растений. М.: Наука, 1985. - С. 214-230.

18. Вернадский В.И. Химический состав живого вещества в связи с химией земной коры. Пг. - 1922. - 48 с.

19. Виноградов А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Изд-во АН СССР, 1952. - С. 7-20.

20. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 237 с.

21. Водяницкий Ю.Н. Железистые минералы и тяжелые металлы в почвах / Ю.Н. Водяницкий, В.В. Добровольский. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 1998.-216 с.

22. Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М.: ВШ, 1968. - 428 с.

23. Галиулин Р.В., Галиулина P.A., Кухарски Р. Территория с перекрывающейся промышленной и сельскохозяйственной деятельностью: экологический риск и агрополитика. // Агрохимия. 2001. - №4. - С. 81-89.

24. Галиулин Р.В. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв / Р.В. Галиулин, P.A. Галиулина // Агрохимия. 2003. - №3. С.77-85.

25. Галиулина P.A. Извлечение растениями тяжелых металлов из почвы и водной среды / P.A. Галиулина, Р.В. Галиулин, В.М. Возняк // Агрохимия. -2003.- №12.- С. 60-65.

26. Галиулин Р.В. Фитоэкстракция меди и никеля из загрязненного выщелоченного чернозема / Р.В. Галиулин, P.A. Галиулина, В.М. Возняк // Агрохимия. 2004. - №12. С. 36- 40.

27. Галиулина P.A. Очиспса почв от тяжелых металлов с помощью рас!ений / Р.В. Галиулин, P.A. Галиулина // Вестн. РАН. 2008. - Т. 78. - №3. - С. 247249.

28. Гармаш Г.А. Тяжелые металлы в огородных культурах и почвах // Агрохимия. 1984.-№3.-С. 71-75.

29. Гладков Е.А. Влияние комплексного взаимодействия тяжелых металлов на растения мегаполисов // Экология, 2007. - №1. С. 71-74.

30. ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. -М.: Изд-во стандартов, 1983.

31. ГОСТ 5681-84 Полевые исследования почвы. Порядок и способ определения работ. Основные требования к результатам. М.: Изд-во стандартов, 1984.

32. ГОСТ 28168-89 Почвы. Отбор проб. М.: Изд-во стандартов, 1989.

33. Гулькина Т.И. Адсорбция меди основными типами почв Семипалатинского Прииртышья: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Новосибирск, 2003. - 22 с.

34. Демченко А.И. Оценка загрязнения территории Восточно-Казахстанской области промышленными предприятиями и транспортом // Информ. Отчет по итогам работ 1991 года. Усть-каменогорск: Фонды АО ИГН, 1992.

35. Добровольский В.В. Тяжелые металлы в окружающей среде и глобальная геохимия // Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1980. -С. 3-12.

36. Добровольский В.В. География мироэлементов. Глобальное рассеяние. -М.: Мысль, 1983.-220 с.

37. Добровольский Г.В. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. М.: Наука, 1990.-261 с.

38. Добровольский В.В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение. 1997. - №4. - С. 431 -441.

39. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. -М.: Высш. шк., 1998. — 413 с.

40. Дричко В.Ф. Математическая модель накопления радионуклидов и тяжелых металлов растениями из почвы / В.Ф. Дричко, М.А. Ефремова, A.A. Изосимова // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. - Т.49. - №2. -С. 166-171.

41. Дричко В.Ф. Оценка скорости, очищения загрязненных почв методом фитоэкстракции //Почвоведение. 2006. - №9. - С. 1144-1J.49.

42. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. М.: Наука, 1968.-263 с.

43. Зырин Н.Г. Использование метода проростков для опре^ж.^:-г1еНИЯ1. Н.Г.подвижности микроэлементов в почвах и оценки химических метод о Зырин, Г.П. Стоилов // Агрохимия. 1964. - №7.

44. Зырин Н.Г. Узловые вопросы учения о микроэлементах в почвоведз.-^:"'^:ИИ' М., 1968.- 118 с.

45. Зырин Н.Г. Подвижность микроэлементов в почвах и доступисх^Т3 растениям // Биологическая роль микроэлементов и их примексе^-ГЕз:^6 в сельском хозяйстве и медицине. М.: 1974. - С. 178-184.

46. Зырин Н.Г. Микроэлементы (бор, марганец, медь, цинк) в почвахзападной

47. Грузии / Зырин Н.Г., Мотузова Г.В., Симонова В.Д., Обухов ^¿¿V-И.// Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. М.: ЗНХгз-Д"'®0 МГУ, 1979.-С. 3-159.

48. Ильин В.Б. Тяжелые металлы защитные возможности почв иурожай / Ильин В.Б., Степанова М.Д. // Химические элементы в оы-<^'хеме почва растение. - Новосибирск: Наука, 1982. - С. 73-92.

49. Ильин В.Б. Влияние тяжелых металлов на рост, развитие и урожа13:^з:оСТЬ сельскохозяйственных культур /В.Б. Ильин, П.В. Гармаш // Arpoxi-nvac^t-a:-5*-1985,-№6.-С. 90-100.

50. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва растение. - Новоси(5:ис;з?:,с1<' Наука, 1991.- 151с.

51. Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв металлами // Агрохимия, 1995. № 1. - С. 94-99.

52. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым метг ^ 14/1 ^ Агрохимия.- 1995.-№10.-С. 109-113.

53. Ильин В.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и расте: Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо. Новосибирск: Изд-во РАН, 2001.-229 с.

54. Ильин В.Б. К оценке массопотока тяжелых металлов в системе по сельскохозяйственная культура // Агрохимия. 2006. - №3. - С. 52-59.

55. Исидоров В.А. Введение в курс химической экотоксикологии. СГ1. Химиздат, 1999. 144 с.

56. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. М.: Мир, 1989.-439 с.

57. Кадмий: Экологические аспекты. Женева: ВОЗ, 1994. - 160 с.

58. Калентьева Н.В. Формы соединений тяжелых металлов в основных типах почв Семипалатинского Прииртышья при моно- и полиэлементном видах загрязнения: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Новосибирск, 2010. - 19 с.

59. Калимова И.Б., Алексеева-Попова И.В. Влияние избытка никеля, меди, марганца на корневые системы Hordeum vulgare и Avena sativa // Тр. Межд. Конф. по анатомии и морфологии растений. СПб.: Диада, 1997. - С.261-262.

60. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993.- 184 с.

61. Кирейчева Л.В. Глазунова И.В. Методы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами / Л. В. Кирейчева, И. В. Глазунова // Почвоведение. -1995. №7. - С.892-896.

62. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки. М.: Мир, 1978.-356 с.

63. Ковалевский А.Л. Биогеохимия растений. Новосибирск, Наука, Сиб. Отд-ние, 1991.-294 с.

64. Ковда В.А. Роль и функции почвенного покрова в биосфере Земли. -Пущино, ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1985. С. 501-505.

65. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. - С. 223229.

66. Ковда В.А. Почвоведение (почва и почвообразование) / В.А. Ковда, Б.Г. Розанов. Москва: Изд-во Высшая школа, 1988. - Ч. 1. - 400 с.

67. Колесников С.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами / С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, В.Ф. Вальков. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2000. - 232 с.

68. Колходжаев М.К. Почвы Семипалатинской области / М.К. Колходжаев, Н.И. Котин, A.A. Соколов. Алма-Ата: Наука, 1968. - 474 с.

69. Кондратюк E.H. Промышленная ботаника / E.H. Кондратюк, В.П. Тарабрин, В.Н. Бакланов и др. Киев, 1980. - 258 с.

70. Курцевич Е.П. Использование эйхорнии для очистки промстоков / Е.П. Курцевич, С.А.Потехин, Ю.Н. Солдатов и др. // Экология и промышленность России. 2001. - №2. - С. 21-23.

71. Лаврентьева Г.В. Динамика катионного состава почвенного раствора известкованной дерново-подзолистой почвы при загрязнении Со и Cd и изменении pH / Г.В. Лаврентьева, C.B. Круглов, B.C. Анисимов // Почвоведение. № 9. - 2008. - С. 1092-1100.

72. Ладонин Д.В. Взаимодействие гуминовых кислот с тяжелыми металлами / Ладонин Д.В., Марголина С.Е. // Почвоведение. 1997. - №7. - С. 806-811.

73. Ладонин Д. В. Конкурентные взаимоотношения ионов при загрязнении почвы тяжелыми металлами // Почвоведение. 2000. - №10. - С. 1285-1293.

74. Ладонин Д.В. Особенности сорбции тяжелых металлов почвами при полиэлементном загрязнении // Материалы Межд. научно-практ. конф. «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» Семипалатинск: СГУ им. Шакарима, 2000. - С. 43-50.

75. Ладонин Д.В. Изменение фракционного состава меди, цинка, кадмия и свинца в некоторых типах почв при полиэлементном загрязнении / Д.В.Ладонин, О.В.Пляскина // Почвоведение. 2001. - № 1. - С. 1-14.

76. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах проблемы и методы изучения // Почвоведение. - 2002. - № 6. - С. 682-692.

77. Ладонин Д.В. Влияние железистых и глинистых минералов на поглощение меди, цинка, свинца и кадмия в конкреционном горизонте подзолистой почвы // Почвоведение. 2003. - № 10. - С. 1197-1206.

78. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: ВШ, 1980. - 293 с.

79. Линдиман A.B., Шведова Л.В., Тукумова Н.В., Невский A.B. Фиторемедиация почв, содержащих тяжелые металлы / A.B. Линдиман, Л.В Шведова, Н.В. Тукумова // Экология и промышленность России. - 2008. — № 9.-С. 45-47.

80. Литвинович A.B. Химический состав ярового рапса, выращенного на кислых дерново-подзолистых почвах, произвесткованных' промышленными отходами / A.B. Литвинович, О.Ю. Павлова, A.B. Лаврищев и др. // Агрохимия. 2008. - №7. - С.50-55.

81. Лукин C.B. Накопление кадмия в сельскохозяйственных культурах в зависимости от уровня загрязнения почвы / C.B. Лукин, В.Е. Явтушенко, И.Е. Солдат // Агрохимия. 2000. - №2. - С.73-77.

82. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989. - 448 с.

83. Маджугина Ю.Г. Растения полигонов захоронения бытовых отходов мегаполисов как перспективные виды для фиторемедиации / Ю.Г. Маджугина, В.В. Кузнецов, Н.И. Шевякова // Физиология"растений. 2008. - Т. 55. - №3. - С.453-463.

84. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами / Под ред. Н.Г. Зырина и С.Г. Малахова. М.: Гидрометеоиздат, 1981.- 109 с.

85. Минкина Т.М. Формы соединений тяжелых металлов в почвах степной зоны / Т.М. Минкина, Г.В. Мотузова, О.Г. Назаренко и др. // Почвоведение. -2008.-№7.-С. 810-818.

86. Минкина Т.М. Состав соединений тяжелых металлов в почвах / Т.М. Минкина, Г.В. Мотузова, О.Г. Назаренко. Ростов-на-Дону.: Эверест, 2009. -208 с.

87. Минкина Т.М. Накопление тяжелых металлов растениями ячменя на черноземе и каштановой почве / Т.М. Минкина, Г.В. Мотузова, O.F. Назаренко, B.C. Крыщенко, А.П. Самохин, С.С.Манджиева // Агрохимия. — 2009.-№10.-С. 53-63.

88. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М.: Эдоториал УРСС, 1999.- 168 с.

89. Мотузова Г.В. Загрязнение почв и сопредельных сред. М.: Изд-во МГУ, 2000.-71 с.

90. Мотузова Г.В. Подвижные соединения поллютантов в почве и их экологическое значение // Мат-лы Межд. науч. конф. «Современные проблемы загрязнения почв». М., 2004. - С. 15-17.

91. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 376 с.

92. Орлов Д.С. Химия и охрана почв // Соросовский образовательный журнал. -1996.-№3,-С. 65-74.

93. Остроумов С.А. Фиторемедиация и зооремедиация водных экосистем в связи с теорией биотического самоочищения вод // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 2007. - №1 (3). - С. 83-97.

94. Панин М.С. Аккумуляция тяжелых металлов растениями Семипалатинского Прииртышья. Семипалатинск: ГУ «Семей», 1999. - 309 с.

95. Панин М.С. Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень) / Семипалатинск.: ГУ «Семей». -1999.-329 с.

96. Панин М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов Восточного Казахстана. Алматы, Эверо. - 2000. - 338 с.

97. Панин М.С. Химическая экология. Семипалатинск, 2002. - 852с.

98. Панин М.С. Экология почв. Алматы: Раритет, 2008. - 528 с.

99. Парибок Т.А. Загрязнение растений металлами и его эколого-физиологические последствия // Растения в экстремальных условиях минерального питания. Л.: Наука. 1983. С. 82-100.

100. Переломов Л.В. Формы Мп, РЬ и Zn в серых лесных почвах Среднерусской возвышенности / Л.В. Переломов, Д.Л. Пинский // Почвоведение. 2002. - №8. - с. 954- 966.i

101. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: ВШ, 1975. - 342 с.

102. Пильгук О.Н. Экологическая оценка состояния кадмия в системе «почва-растение» в условиях Семипалатинского Прииртышья: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Новосибирск, 2005. - 24 с.

103. Пинский Д.Л. Физико-химические аспекты мониторинга тяжелых металлов в почвах // Региональный экологический мониторинг. М.: Наука, 1983.- С. 114-120.

104. Плеханова И.О. Цинк и кадмий в почвах и растениях городской среды / И.О. Плеханова, А.И. Обухов // Цинк и кадмий в окружающей среде. М.: Наука, 1992.-С. 144-159.

105. Плеханова И.О. Накопление тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями при внесении осадков сточных вод / И.О. Плеханова, Ю.Д. Кутукова, А.И. Обухов // Почвоведение. 1995. - №12. - С.1530-1536.

106. Плохинский H.A. Биометрия. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1970. - 367 с.

107. Понизовский A.A. Использование цеолита для детоксикации загрязненных свинцом почв / A.A. Понизовский, Д.Д. Димоянис, К.Д. Тсадилас // Почоведение. 2003. - №4. - С. 487-492.

108. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы (ГН 2.1.7.2041-06). М.: Информ.-издат. центр Госкомсанэпиднадзора России, 2006.

109. Пронина Н.Б. Экологические стрессы (причины, классификация, тестирование, физиолого-биохимические механизмы). М.: Изд-во МСХА,2000.-312 с.

110. Протасова H.A. Редкие и рассеянные элементы в почвах Центрального

111. Черноземья / H.A. Протасова, А.П. Щербаков, М.Т. Копаева^--Воронеж: Изд-воВГУ, 1992.- 168 с.

112. Протасова H.A. Микроэлементы: биологическая роль, распределение в почвах, влияние на распространение заболеваний человека и животных // Соросовский образовательный журнал. №12. - 1998. - С.32-37.

113. Ревин В.В. Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов / В.В. Ревин, JI.T. Самкаева, В.И. Кудряшова // Экологические системы и приборы. 2006. - №7. - С. 60-61.

114. Ринькис Г.Я. Оптимизация минерального питания растений. — Рига: Зинанте, 1972.-355 с.

115. Ринькис Г .Я., Оптимизация минерального питания полевых и тепличных культур / Г.Я. Ринькис, В.Ф. Ноллендорф. Рига: Зинатне, 1977. - 168с.

116. Ринькис Г.Я., Ноллендорф В.Ф. Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами. Рига: Зинанте, 1982. -304 с.

117. Ринькис Г.Я Методы анализа почв и растений / Г.Я. Ринькис, Х.К. Рамане, Т.А. Куницкая. Рига: Зинатне, 1987. - 174 с.

118. Ринькис Г.Я. Колориметрический метод определения содержания кадмия в почвах и растениях / Г.Я. Ринькис, Т.А. Купицкая // Изв. Акад. Наук Латвийской ССР. 1989. - №8 (505). - С. 124-128.

119. Ринькис Г.Я. Доступный колориметрический метод определения содержания свинца в почвах и растениях / Г.Я. Ринькис, Т.А. Куницкая // Изв. Акад. Наук Латвийской ССР. 1989. - №8 (505). - С. 119-123.

120. Руководство по апробации сельскохозяйственных культур (сорта и гибриды, районированные в Казахстане). Алма-Ата: Кайнар, 1987. — 368 с.

121. Рудакова Э.В. Микроэлементы: поступление, транспорт и физиологические функции в растениях / Э.В. Рудакова, К.Д. Каракис, Т.Н. Сидоркина. Киев: Наук. Думка, 1987. - 180 с.

122. Сапакова А.К. Экологическая оценка почвенно-растительного покрова Семипалатинского Прииртышья на содержание свинца: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Новосибирск, 2005. - 24 с.

123. Свидерский А.К. Макрофиты-индикаторы экологического состояния поверхностных вод. Павлодар. - ИнЭУ, 2006. - 208 с.

124. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. -2001. Т.48. - №4.-С. 606-630.

125. Снакин В.В. Анализ состава водной фазы почв. М.: Наука, 1989.

126. Состояние окружающей среды Восточно-Казахстанской области // Экология Восточного Казахстана: проблемы и решения: Справочно-информ. вестн. 2002. - С. 4-28.

127. Степанок В.В. Влияние различных соединений цинка на урожай сельскохозяйственных культур и его поступление в растения / Степанок В.В., Голенецкий С.П. // Агрохимия. 1990. - №3. - С. 85-91.

128. Степанок В.В. Влияние соединений меди на урожай и элементный состав сельскохозяйственных культур / Степанок В.В., Голенецкий С.П. // Агрохимия. 1991,-№8.-С. 87-95.

129. Степанок В.В. Влияние соединений кадмия на урожай и элементный состав сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 1998. - №6. - С. 74-79.

130. Степанок В.В. Влияние высоких доз свинца на элементный состав растений // Агрохимия. 1998. - №7. - С. 69-76.

131. Степанок В.В. Влияние сочетания тяжелых металлов на урожай сельскохозяйственных культур и поступление тяжелых металлов в растения // Агрохимия. 2000. - №1. - С. 74-80.

132. Степанок В.В. Влияние комплексов техногенных элементов на химический состав сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 2003. -№1.- С. 50-59.

133. Стрнад В. Влияние внесения водорастворимых солей свинца, кадмия и меди на их поступление в растения и урожайность некоторых сельскохозяйственных культур / В. Стрнад, Б.Н. Золотарева, А.Е. Лисовский //Агрохимия. 1991.-№4.-С. 76-83.

134. Тарабрин В.П. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наукова думка, 1980. - С. 17.

135. Тяжелые металлы в системе почва растение — удобрение / Под общей ред. М.М. Овчаренко. - М.: ЦИНАО, 1997. - 290 с.

136. Убугунов В.Л. Тяжелые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ / В.Л. Убугунов, В.К. Кашин. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004.- 128 с.

137. Уфимцева М.Д. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга / М.Д. Уфимцева, Н.В. Терехина. СПб.: Наука, 2005. -339 с.

138. Федоров В.Д. Экология / В.Д. Федоров, Т.Г. Гильманов. М.: Изд-во МГУ, 1980,- 463 с.

139. Физиология растительных организмов и роль металлов-^ Кожанова О.Н., Дмитриева А.Г., Чернавская Н.М. и др. М: Изд-во МГУ, 1989. - 155 с.

140. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / Под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 205 с.

141. Черных Н.А. Тяжелые металлы и радионуклиды в биоценозах / Н.А. Черных, М.М. Овчаренко. М.: Агроконсалт, 2002. - 142 с.

142. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. Л.: Наука. Ленингр. отд-е, 1974.-324 с.

143. Экологический мониторинг состояния окружающей среды Восточно

144. Казахстанской области. 2000 // Экология и мы. 2000. - С. 4-26.

145. Юдахин Ф.Н. Способ рекультивации золоотвалов тепловых электростанций в условиях севера на примере Северодвинской ТЭЦ-1 / Ф.Н. Юдахин, Т.И. Белозерова // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2005. - №1. - С.35-42.

146. Юрин В.М. Основы ксенобиологии. Минск: БГУ, 2001. - 234с.

147. Ягодин Б.А. Питание растений // Агрохимия. М.: Агропромиздат, 1989. -С. 33-94.

148. Яковишина Т.Ф. Детоксикация загрязненных тяжелыми металлами черноземов обыкновенных северной степи Украины: Дис. канд.с.-х наук. -Днепропетровск, 2006. 226с.

149. Бейсенова А.Ж. К^оргасын мен кадмий иондарыныц топырактан фитоэкстракциялануына ЭДТА-ныц эсер1 / А.Ж. Бейсенова, Атабаева С.Д., Сарсенбаев Б.А. // К,аз¥У хабаршысы, экология сер. 2009. - №2(25). С. 13-21.

150. Alipbekov О.A. Influence of deficiency and abundance of nutrient elements on behavior of radiostrontium in soil-plants system // International conf. "Detecting Environmental Change: Sciense and Society". Abstracts. London: UK, 2001. -P.47.

151. Baker A. J. M. Accumulators and excluders strategies in the response of plants to heavy metals // J. Plant Nutr. - 1981. - № 3. - P. 643-654.

152. Baker A.J.M. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements a review of their distribution / A.J.M. Baker, R.R. "Brooks // Ecology and phytochemistry. Biorecovery 1. - 1989. - P.81-126.

153. Barak Ph. Metal-scavenging plants to cleanse the soil // Agricultural research USDA- ARS. -Nowember. 1995. - P.4-9.

154. Blaylock M.J. Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soil-applied chelating agents / M.J. Blaylock, D.E. Salt, S. Dushenkov at al. // Environ. Sci. Technol. 1997. - V.31. - P. 860-865.

155. Briat J.F. Plant responses to metal toxisity / J.F. Briat, M. Lebrun // Plant Biology and Pathology. 1999. -V. 322. - №1. - P. 43-54.

156. Brooks R.R. Nickel accumulation by Rinorea bengalensis Wall. O.K. / R.R. Brooks, E.D. Wither // J. Geochem. Explor. 1977. - №7. - P.295-300.

157. Brown S.L. Phytoremediation potential of Thlaspi caerulenscens and bladder . campion for zinc- and cadmium -contaminated soil / S.L. Brown, R.L. Chaney,

158. J.S. Angle at al. // J. Environ . Qual. 1994. - V.23. - P. 1151-1157.

159. Cataldo D.A. Organic constituents and complexaion of nickel (II), iron (III),icadmium (II) and plutonium (IV) in soybean xylem exudates / D.A. Cataldo, K.M. McFadden, T.R. Garland at al. // Plant Physiol. 1988. - V.86. - P. 734-739.

160. Chaney R.L. Phytoremediation of soil metals / R.L. Chaney, M. Malik, Y.M. Li at al. // Current Opinions in Biotechnology. 1997. - №8.- P. 279-284.

161. Cunningham S.D. Phytoremediation of contaminated water and soil / S.D. Cunningham, J.R. Shann, D.E. Crowley at al. // Phytoremediation of Soil and Water Contaminants. Washington, American Chemical Society, 1997. - P. 219.

162. Dietz K.J. Functions and responses of the leaf apoplast under stress // Prog. Bot. 1996. - V.58. - P. 221-254.

163. Doncheva S. Copper-induced alterations in structure and proliferation of maize root meristem cells//J. Plant Physiol.- 1998.- V.153.- P. 482-487.

164. Doncheva S. Influence of succinate on zinc toxicity of pea plants / S. Doncheva, Z. Stoyanova, V. Velikova. // J. Plant Nutrition. 2001. - V.24. - №6.- P.789-804.

165. Fargasova A. Effekt of Cd in combination with Cu, Zn, Pb and Fe on root prolongation and metal accumulation in the roots and cotyledones of mustard (Sinapis alba) seedlings // Rostl. vyroba. 2001. - V.47. №3. - P. 97-103.

166. Flathman P.E. Phytoremediation current views on an emerging green technology / P.E. Flathman, G.R. Lanza // J. Soil Contain. 1998. - V.7. -№4. -P. 415-432.

167. Frey B. Distribution of Zn in functionall different leaf epidermal cells of the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens /B. Frey, C. Keller, K. Zierold at al. // Plant. Cel. and Environment. 2000. - V. 23. - №7. - P. 675-687.

168. Garcia-Hernandez M. Metallothioneins 1 and 2 have distinet but overlapping expression patterns in Arabidopsis /M. Garcia-Hernandez, A. Murphy, L. Taiz // Plant Physiol. 1998. - V. 11. - P. 387-397.

169. Gupta V.K. Concentration of Mn, Fe, Cu, Ca, Mg, N and P in wheat in Cd and Zn polluted soil / Gupta V.K., PotaliaB.S. // Haryana Agric. Univ. J. Res. 1989.- V.19. -№1. P. 37-44.

170. Hall l.L. Williams L.E. Transition metal transporters in plants / J. Exp. Bot. -2003. V.54, № 393. - P. 1-11.

171. Huang J.W. Phytoremediation of lead contaminated soil: role of synthetic chelates in lead phytoextraction/ J.W. Huang, J. Chen, W.R. Berti at al. //

172. Environ. Sci. Technol. 1997. - V.3 1. - P. 800-805.

173. Jimura K. Behavior of contaminant heavy metals in soil plant system, in: Proc. / K. Jimura, H. Ifo, M. Chino, T. Morishita, H. Hirata. Inst. Sem. SEFMJA, Tokyo, 1977.-357 p.

174. Kirkham M.B. Cadmium in plants on polluted soils: Effects of soil factors, hyperaccumullation, and amendments. Geoderma. - 2006. - V.137. - Issues 1-2.- Dezember. — P. 19-32.

175. Kloke A. Richwerte'80. Orientierungsdaten fur tolerierbare Gesamtgehalte einger

176. Elemente in Kulturboden // Mitteilunger VDLUFA. 1980. - H. 1-3. - S. 9-11.

177. Li Y.M. Development of a technology for commercial phytoextraction of nickel: economic and technical considerations / Y.M. Li, R.L Chaney, E.Brewer at al. //PlantSoil.-2003.-V.249.-P. 107-115.

178. McLaren R.G. Studies on soil copper. I. The fractionation of copper in soils / R.G. McLaren, D.W. Crowford//Soil Sci. 1973. - V. 24. - P. 172-181.

179. Moreno-Jimenex E. Mercury bioaccumulation and phytoxisity in two wild plant species of Almaden area. / E. Moreno-Jimenex, R. Gamarra, R.O. Carpena-Ruix// Chemosphere. — 2006. — V.63. Issue 11.- June.-P. 1969-1973.

180. Nan Z. Cadmium and zinc interactions and their transfer in soil-crop system under actual field conditions / Z. Nan, J. Li, J. Zhang at al. // Sci. Total Environ-2002,- V. 285.- P. 187-195.

181. Pelosi P. On the nature of nickel compounds in Alyssum bei'tolonii Desv / P. Pelosi, R. Fiorentini, C. Galoppini 11 Agr. Biol. Chem. 1976. - V. 40. - №6. - P. 1641-1642.

182. Prasad M.N. V. (Ed). Heavy Metal Stress in Plants: from Biomolecules to Ecosystems, 2nd ed. Heidelberg. Springer-Verlag., 2004. - 462 p.

183. Rauser W.E. Phytochelatins and related peptides. Structure, biosynthesis, and function//Plant Physiol.- 1995.-V. 109. P. 1141-1149.

184. Rauser W.E. Structure and function of metal chelators produced by plants: the case for organic acids, amino acids, phytin and metallothioneins // Cell1 Biocheni. Byophys. 1999. - V. 31. - P. 19-48.

185. Romheld V. Significance of root exudates in acguisition* of heavy metals from a contaminated calcareous soil by graminaceous species// J. Plant Nutr. 2000. — V.23 (11-12).-P. 1857-1866.

186. Sauerbeck D. Weihe schwermetallgechalte in pflazen dürfen nicht uberschritten werden, um wachstumbeeintrachtigungen zu vermeiden? H Landwirdschaftliche Forschung / Kongressband. S., 1982. -H. 16. -S. 59-72.

187. Simon L. Heavy metal phytoextraction capacity of several agricultural crop plant species// Proc. Extend. Abstracts 5 th Inter. Conf. Biogeochem. Trace Elements, Juli 11-15, 1999. Vienna. Austria. - V.II. - P. 892-893.

188. Von Jung J. Einftuss von cadmiumhaltigen Dungerphospaten auf die cadmiumanreicherung von Kulturboden und Nutzpflanzen, Landwirtsch / J. Von Jung, K. Isermsnn, G. Henjes. Forsch., 1979. - S.262

189. Walker W.M. Effect of soybean plants / Walker W.M., Boggess S.F., Hassett I.I. // J. Plant Nutr. 1979. V. 1 - №3. - P. 273-282.

190. Yuan M. Accumulation and uptake of manganese in a hyperaccumullator Phytolacca Americana / M. Yuan, B. Tie, M. Tang // Minerals Engineering. -2007.- V.20. Issue 2.- February. - P. 188-190.

Информация о работе

Койгельдинова, Мадина Талгатовна
кандидата биологических наук
Семей, 2011
ВАК 03.02.08

Диссертация

Фитоэкстракция тяжелых металлов из искусственно загрязненной темно-каштановой почвы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы