Введение к работе
Актуальность работы. Загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ), в частности свинцом, - распространённое явление в городах и индустриальных центрах. Последствия загрязнения почв тяжёлыми металлами трудно устранимы, а мероприятия по их устранению, такие как промывка почв, электрокинетические методы, химическое восстановление или окисление, удаление загрязнённой почвы и сбор её на специальных площадях трудоёмки, дорогостоящи и зачастую приводят к накоплению вторичных загрязнителей. Более перспективны технологии, которые позволяют очищать почву от ТМ in situ и при этом экологичны. Такой технологией является фиторемедиация -очищение почвы от ТМ при помощи специально подобранных видов растений. Растения, используемые для извлечения ТМ должны отвечать ряду требований: производить большую биомассу, быть толерантными к высокой концентрации ТМ, быть способными поглощать и аккумулировать несколько металлов одновременно в высокой концентрации и т.д. Технология фиторемедиации активно развивается за рубежом (Raskin I., Kumar Р.В.A.N., Dushenkov S., Salt D., Cunningham S.D., McGrath S.P., Glass D.J. etc). При этом применимость технологии в климатических и почвенных условиях центрального региона России мало изучена. Также мало изучены виды растений, устойчивых к высокому уровню загрязнения.
Цель и задачи исследования. Цель работы - изучить влияния горчицы сарептской и райграса пастбищного на содержание свинца в почве, воздействие свинца на рост и развитие растений, рассмотреть исследуемые растения на предмет устойчивости к городскому загрязнению и с точки зрения перспективы использования в качестве городских фиторемедиантов в климатических условиях Московской области.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: 1. Определить диапазон концентраций свинца, приемлемых для
выращивания исследуемых растений и критическую концентрацию.
Определить максимальную и оптимальную (соотношение максимального поглощения свинца и нормального развития) концентрацию свинца в растениях. Изучить влияние концентрации свинца в почве на рост и развитие растений.
Определить количество свинца, выносимого из почвы различными органами исследуемых растений. Определить количество вынесенного из почвы свинца в процентах от подвижного и оценить перспективность использования растений для фиторемедиации загрязнённых свинцом почв.
Определить степень устойчивости растений к естественным неблагоприятным условиям (повышенное содержание токсичных веществ, запылённость).
Рассмотреть зависимость содержания свинца в растениях и почве в зависимости от удаления от источника загрязнения.
Изучить зависимость поглощения свинца растениями от типа почвы. Научная новизна работы. Для исследованного урбанозёма Московской
области определен диапазон концентраций свинца, приемлемых для выращивания потенциальных фиторемедиантов: горчицы и райграса. Критическая концентрация подвижного свинца в почве для роста и прорастания семян равна 350 - 400 мг Pb/кг почвы. Максимальная концентрация свинца в надземной биомассе растений составляет 0,2% от сухого веса у горчицы сарептской и 0,05% у райграса пастбищного, оптимальная концентрация (максимальная концентрация свинца в биомассе, не влияющая на нормальное развитие растений) составляет 0,07% от сухого веса для горчицы сарептской и 0,05% для райграса пастбищного. Обнаружена гипераккумуляция свинца корневой системой райграса пастбищного. В результате опытов сделан вывод, что в условиях промывного и периодически промывного водного режима почв (МО и Курск) при низком уровне загрязнения почв свинцом (до уровня ПДК по СанПиНу) концентрация металла в растениях одинакова в 10-метровой полосе
от шоссе, источника загрязнения, и не зависит от типа почвы, на которой выращивались растения.
Практическая значимость. Установлено, что при среднем уровне загрязнения почв свинцом растения горчицы способны извлекать за месяц до 4 кг Pb/га, райграса - до 0,9 кг Pb/га, что позволяет использовать данные растения для очищения почв от свинца.
Результаты работы могут быть использованы в качестве рекомендации по применению исследуемых растений в технологии фиторемедиации, а также при подборе растений для городского озеленения.
Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ. Основные положения диссертационной работы были представлены на научных конференциях: «Докучаевские молодёжные чтения» в 2007 и 2008 году.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ (1 статья в журнале списка ВАК, 1 статья в международном журнале).
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка используемой литературы, включающего 119 источников, из них 75 иностранных. Работа изложена на 116 страницах, содержит 32 таблицы, 18 рисунков.
Благодарности: Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.б.н., проф. Л.О. Карпачевскому за постоянное внимание к работе и неоценимую помощь. Автор благодарен д.б.н., проф. Н.И. Шевяковой за консультации и ценные советы, к.т.н. В. П. Фролову за помощь в проведении исследований, всем профессорам, преподавателям и сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв за всестороннюю поддержку.
