Введение к работе
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). В условиях загрязнения ТМ могут накапливаться в верхних горизонтах почвы, активно воздействуя в первую очередь на растения. Это приводит к постепенному изменению химического состава, нарушению единства геохимической среды и увеличению негативного воздействия на биоту.
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 фитоэкстракщш 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:
-
Изучить распределение меди, цинка, кадмия, свинца по формам соединений и выявить различия в поведении данных элементов в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы.
-
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.
-
Выявить перспективные растения, способные максимально аккумулировать ТМ в побегах, которые могут быть рекомендованы в целях ремедиации загрязненных почв.
-
Исследовать процессы антагонизма и синергизма между металлами при транслокации их в побеги тест-культур в условиях моноэлементного обогащения почвы.
-
Установить влияние хелатообразующих агентов (ХА) на усиление экстракции металлов в условиях моно- и полиэлементного загрязнения почвы.
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.
Результаты работы используются в учебном процессе Семипалатшкжого 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:
-
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.
-
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.
-
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.
