Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,578

MIGRATION OF CADMIUM AND NICKEL IN PLANTS-FITOREMEDIANTS

Korotchenko I.S. 1 Lvova V.A. 1
1 Krasnoyarsk state agrarian university
The article shows the applicability of phytoremediation colza and mustard through the study of migration of heavy metals in different organs of plants in the growing-field experiment in which soil artificially contaminated by heavy metals in doses of 5 and 10 MPC. The studies revealed patterns of distribution of heavy metals in the plant organs colza: the contamination of soil cadmium – stems> leaves> seeds> roots in the soil contamination with nickel – leaves> stems> roots> seeds to plant organs mustard: contaminated soil cadmium – leaves > stems> seeds> roots in the soil contamination with nickel – stems> leaves> seeds> roots. Thus, we showed the greatest accumulation of heavy metals (cadmium and nickel) in the aerial parts of the plants, indicating the ability of phytoremediation of mustard and colza.
heavy metals
cadmium
nickel
migration
fitoremediation
colza
mustard

Исследование накопления элементов-загрязнителей в культурных растениях составляет важное звено экологических исследований. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является кумулятором. Загрязнение атмосферы, почвы и воды в ландшафтах вызывает тревогу не только потому, что оно может заметно снизить продуктивность растений, нарушить естественно сложившиеся фитоценозы, привести к нарушению нормальных процессов органогенеза, но и потому, что оно неизбежно ухудшает гигиеническое качество среды обитания человека, включая и гигиеническое качество получаемых продуктов. Поэтому знание природных концентраций элементов в растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности региона [2].

Способность растений накапливать тяжелые металлы реализуется на разных уровнях организации: клеточном, тканевом и органном, что связано, прежде всего, со способностью растений накапливать металлы в клеточных оболочках и вакуолях клеток разных тканей и органов, а также с существованием барьерных тканей, ограничивающих передвижение ряда тяжелых металлов. Многие виды растений способны накапливать тяжелые металлы, причем их содержание в органах растений может в десятки и даже сотни раз превышать их содержание в окружающей среде. По способности к аккумуляции тяжелых металлов выделяют две контрастные группы растений: исключатели, у которых тяжелые металлы накапливаются главным образом в корневой системе, и аккумуляторы, у которых они накапливаются в больших количествах в надземных органах [5].

Ключевую роль в успешном проведении очистки загрязненных тяжелыми металлами почв методом фиторемедиации имеет правильный подбор растений среди культурных и диких видов, характерных для данных почвенно – климатических условий и типа загрязнения. Растения – фиторемедианты соответствуют следующим параметрам: обладают высокой биологической продуктивностью, поглощают в больших концентрациях тяжелые металлы, основная часть которых должна аккумулироваться в надземных частях растений, отчуждаемых при уборке. По мнению многих исследователей, особенно высоким потенциалом для целей фитоэкстракции обладают так называемые растения – гипераккумуляторы, которые способны концентрировать металлы в надземной биомассе в концентрациях, намного превышающих таковые в почве.

korot1.tif

Рис. 1. Изменение содержания тяжелых металлов в органах рапса

korot2.tif

Рис. 2. Миграция тяжелых металлов в органах горчицы

В настоящее время в мире идентифицировано порядка 400 видов гипераккумуляторов различных металлов из 22 семейств. Семейство «крестоцветных» содержит наибольшее количество растений – гипераккумуляторов по отношению к широкому спектру тяжелых металлов. В настоящее время исследователи продолжают поиски растений, пригодных для целей фиторемедиации [1, 3, 4].

Исследования проводились в 2014 году на базе лаборатории кафедры экологии и естествознания ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ.

Для вегетационно–полевых опытов использовались соли тяжелых металлов: кадмий сернокислый 3CdSO4·8H2O в концентрации 5 и 10 мг/кг почвы, что соответствует 5 и 10 ПДК соответственно, и никель хлористый NiCl2·6H2O в концентрации 425 и 850 мг/кг почвы (5 и 10 ПДК соответственно). В качестве растений-фиторемедиантов были выбраны: горчица белая сорта Семеновская, рапс сорта Надежный 92. Посев семян в количестве 30 штук на одну емкость, площадью 0,3 м2, производили в почву чернозем–выщелоченный, повторность опыта 4-х кратная.

Концентрацию тяжелых металлов определяли в растениях после завершения полевого опыта. Содержание тяжелых металлов в образцах почвы и растениях определялся атомно – абсорбционным анализатором «Pin AACle-900». Статистическую обработку проводили с использованием программ Microsoft Excel, SNEDECOR.

В результате исследований выявлена закономерность распределения тяжелых металлов в тканях рапса и горчицы, в зависимости от вида и концентрации тяжелых металлов (рис. 1, 2).

При выращивании рапса, на загрязненной тяжелыми металлами почве, было установлено, что в корневой системе и семенах рапса содержание тяжелых металлов меньше, чем в других органах растения.

В стеблях и листьях рапса наблюдается наибольшая аккумуляция тяжелых металлов, причем содержание металлов увеличивается с их концентрацией.

Выводы

Таким образом, распределение тяжелых металлов по органам рапса на загрязненной почве следующее: для кадмия – стебли > листья > семена > корни; для никеля – листья > стебли > корни > семена.

В результате проделанного опыта с использованием горчицы и рапса было обнаружено, что концентрация тяжелых металлов в корневой системе ниже, чем в других органах горчицы и рапса. Наблюдается аккумуляция тяжелых металлов в надземной части растений, что свидетельствует о фиторемедиационной способности горчицы и рапса.

Выявлено следующее распределение тяжелых металлов по органам горчицы: для кадмия – листья > стебли > семена > корни; для никеля – стебли > листья > семена>корни.