ФИТОРЕМЕДАЦИЯ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ - Студенческий научный форум

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ФИТОРЕМЕДАЦИЯ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Жумабаев Э.У. 1, Гул К.Ж. 1
1Международный казахско-турецкий университет им. Х.А.Ясави
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

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

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ:

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

концентрацию подвижного свинца(Pb) в почве.

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

Таблица 3.1. Влияние ЭДТА и ДТПА на общее содержание свинца в почве и в растениях кукурузе(Z.mays)и подсолнухе (H.annuus)

Дозы

Почва (мг/кг)

 

Кукуруза

Почва (мг/кг)

 

Подсолнух

(ммоль/кг)

   

(мг/кг)

   

(мг/кг)

 

Общее содержание

Содержание

Содержание Pb

Общее

Содержание

Содержание Pb

   

подвижного

в растении

содержание Pb

подвижного Pb

в растении

             

Контроль

428.0 A

45.0 A

21.0 D

439.0 A

46.0 A

11.0 D

DTPA 4

380.0 AB

41.0 AB

66.0 C

394.0 AB

43.0 A

54.0 C

DTPA 8

358.0 BC

39.0 AB

90.0 BC

372.0 BC

41.0 A

77.0 C

EDTA 4

313.0 C

34.0 BC

135.0 AB

327.0 C

36.0 AB

122.0 B

EDTA 8

224.0 D

25.0 C

224.0 A

237.0 D

27.0 B

211.0 A

P< 0.01

*Таблица 2. Сравнение доз по вертикали (по столбцу).

При повышении подвижного свинца в почве и содержания свинца в растении показатели общего количества свинца в почве понижаются.

В данном опыте в связи с уменьшением количества свинца в жидкой фазе почвы, содержание свинца в листьях и стеблях растений увеличилось.

3.4. Содержание свинца (Pb) в растениях кукурузе(Z. mays) и подсолнухе (H. annuus).

Фактор проходимости в кукурузе при введении 8 ммоль/кг ЭДТА составил 2.38; в подсолнухе - 1.92. Это показывает на интенсивную транспортировку свинца (Pb) от корней к листьям. А при остальных показателях количества ЭДТА, фактор проходимости не превышал 1.

Итак, по статистике наибольшее содержание свинца в растении наблюдалось при самом высоком показателе, количестве ЭДТА (8ммоль/кг). Содержание свинца увеличивается в направлении корень < стебель < листья, что показывает на результативное прохождение фитоэкстракции. Содержание свинца в корневой части растений повысилось при количестве ЭДТА 4 ммоль/кг (Таблица 3.2-3.3.), что указывает на значительное влияние ЭДТА на интенсивное внедрение свинца в корневые клетки, а оттуда его транспортировку по стеблю в листовые пластинки.

В последнее время для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, применяются такие хелаты с кратковременной биодеградацией, как НTA (Nitrilotriacetic acid) және ЭДДС (Ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid ).В исследованиях Shen [7] по фитоэкстракции Pb у капусты наблюдалось повышенное влияние ЭДТА, чем НТА.

По исследования Shen [7] усвояемость свинца растениями зависит от активности вносимых в почву хелатов, показатель активности которых изменяется в следующем направлении: ЭДTA > HЭДTA > ДТПА > NTA.

Таблица 3.3. Влияние ЭДTA и ДTПA на фитоэкстракцию свинца кукурузой и подсолнухом*

             
                               
   

Дозы (ммоль/кг)

   

Кукуруза

       

Подсолнух

         
                                 
         

Корень

Стебель

   

Корень

Стебель

           
         

Pb(мг/кг)

Pb(мг/кг)

Листья Pb(мг/кг)

Pb(мг/кг)

Pb(мг/кг)

Листья Pb(мг/кг)

 
   

Контроль

 

13.0 C

5.0 D

 

3.0 C

 

6.0 C

3.0 D

 

2.0 C

   

DTPA 4

 

40.0 B

14.0 CD

 

12.3 BC

 

34.0 B

11.0 CD

 

9.0 BC

   

DTPA 8

 

36.0 B

27.0 BC

 

27.0 BC

 

33.0 B

23.0 BC

 

21.0 BC

   

EDTA 4

 

61.0 A

36.8 B

 

37.0 B

 

58.0 A

33.0 B

 

31.0 B

   

EDTA 8

 

45.0 B

72.0 A

 

107.0 A

 

48.0 A

71.0 A

 

92.0 A

 

P< 0.01

                           

*Таблица 2. Сравнение доз по вертикали (по столбцу).

                 

Влияние ЭДТА на почву по фракции

Pb имеет важное

значение, т.к. константа устойчивости Pb по ЕДТА

(Log KPb-EDTA=17,88) выше по сравнению с константами устойчивости других металлов (Zn(Log KZn-EDTA=16.44) and Cd(Log KCd-EDTA=16.36)).

4. РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты исследования могут быть полезны природоохранным службам Республики Казакистана для мониторинга эколого-биогеохимического состояния почвенно-растительного покрова г. Кентау .

В данной работе исследованы рост кукурузы и подсолнуха на загрязненных свинцом почвах, при введении ЭДTA и ДTПA, также рН почвы, общее содержание свинца в почве, содержание подвижного свинца в почве, а также форма свинца, усвояемого растениями и содержание свинца в растениях.

Хотя кукуруза и подсолнух не относятся к растениям – гипераккумулятором [8], они показали высокую устойчивость к концентрированным раствором ЭДTA и ДTПA, а также к свинцу. Этому способствовали также высокие показатели растительной биомассы.

Однолетние растения растут в поверхностном (0-20см) загрязненном слое почвы. Известно, что по мере угубления значения плотности корня понижаются. Корневая система многолетних растении находится в глубоких, а значит малозагрязненных слоях земли. Это говорит о том, что однолетние растения как кукуруза (Zea mays) и подсолнух (Helianthus annuus) являются рентабельными для использования фитоэкстракционного метода на практике в целом и в сельском хозяйстве.

Со статистической точки зрения ДТПА имеет немаловажное значение при увеличении концентрации Pb в растениях. Но ,учитывая более длительное время биодеградации ДТПА по сравнению с ЭДТА , для фиторемедиации загрязненных свинцом почв рациональней использовать ЕДТА.

Важно биосферное значение ЭДTA и ДTПA для охраны и сохранения растительности и почвенной биоты, путем прочного связывания их с радионуклидами, детергентами, пестицидами и тяжелыми металлами, что ведет к их инактивации и дезинтоксикации.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987. 286 c.

  1. Dermont G, Bergeron M., Mercier G., M. Richer-Lafl`eche. Soil washing for metal removal: A review of physical/ chemical technologies and field applications // J. Hazard Mater. 2007. Vol. 152. P. 1-31.

  1. Chaney, R.L. The potential for heavy metal exposure from urban gardens and soils. In: J.R. Preer ed. Proceedings of the symposium on heavy metals in urban gardens. Agricultural Experiment Station, University of the District of Columbia, Washington. 1984.pp. 37-84.

  1. ong J, Cao X, Zhou Q, Ma LQ Accumulation of Pb, Cu, and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site. Science of the Total Environment 368: 456–464Harter, R.D. 1999. Effect of Soil pH on Adsorption of Lead, Copper, Zinc and Nickel. American Journal of the Soil Science Society, Vol. 47, (2006) pp.47-45

  1. Bucheli-Witschel, M. and Egli, T. 2001. Environmental fate and microbial degradation of aminopolycarboxylic acids. FEMS Microbiol. Rev., 25: 69–106.

  1. Huang JW, Chen J, Berti WR, Cunningham SD Phytoremediation of lead-contaminated soils: role of synthetic

chelates in lead phytoextraction, Environmental Science and Technology 31: (1997) 800-805

[7] Shen, Z.G., Li, X.D., Chen, H.M., Wang, C.C. and Chua, H.. Lead phytoremediation from contaminated soil with high biomass plant species, J.Environ. Qual. Vol. 31, 2002 pp. 1893–1900.

  1. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. – 2001. – Т. 48. – С. 606-630.

  1. Кабата Пендиас . Микроэлементы в почвах и растениях-М.:Мир.(1989) 439с

  1. Игоревич Л.И, 2015 Фитоэкстракция никеля и меди и респирометрические показатели состояния микробных сообществ в техногенных грунтах и почвах, загрязненных тяжелыми металлами. Диссертация. Москва . 133с

  2. Неведров Н.П., 2013 Фитоэкстракция цинка растительностью урбоэкотопов города Курска в сравнении с культурными растениями.. Электронный научный журнал Курского государственного университета. № 4 (28)

Просмотров работы: 544