Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ 13
1.1. Тяжелые металлы в природной среде и методы снижения их токсичности 13
1.1.1. Краткая характеристика тяжелых металлов 14
1.1.2. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду 22
1.1.3. Современные технологии, применяемые для детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами 26
1.2. Роль некоторых микроэлементов в жизни растений 37
1.2.1. физиологическая роль Мп в жизни растений 38
1.2.2. Физиологическая роль Со в жизни растений 42
1.2.3. Физиологическая роль Zn в растениях 46
ГЛАВА II. ПРОГРАММА РАБОТ, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ 52
2.1. Программа работ 52
2.2. Объекты исследований и их природно-климатические условия 54
2.2.1 Объекты исследований 54
2.2.2 Природные условия региона исследований 61
2.3. Методика проведения экспериментов 65
ГЛАВА III. ИНДУЦИРОВАННАЯ ФИТОЭКСТРАКЦИЯ ПОЧВЕННОГО КАДМИЯ 82
3.1. Особенности аккумуляции и выноса Cd в условиях индуцированной фитоэкстракции 82
3.2. Изучение и сравнительная характеристика распределения поллютанта в почве по фракциям 92
3.3. Изучение роста, жизнедеятельности и элементного состава растений—106
3.3.1. Действие индуктора фитоэкстракции на накопление металла изучаемыми растениями 106
3.3.2. Ростовые и физиологические показатели саженцев в условиях индуцированной фитоэкстракции 121
ВЫВОДЫ 130
ГЛАВА IV.СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ В ПОВЫШЕНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ РЬ ДРЕВЕСНЫМИ РАСТЕНИЯМИ 131
4.1. Действие органических кислот на извлечение металлов из питательного раствора 131
4.2. Оценка состояния и роста лиственниц в различных вариантах эксперимента 144
4.3. Влияние доз ЭДТА на эффективность очистки воды 150
ВЫВОДЫ 152
ГЛАВА V. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОЧВЕННО-КОРНЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ ЦИНКА В ПОЧВЕ 154
5.1. Распределение металлов в почве и закономерности их поглощения корнями растений 154
5.2. Жизнедеятельность сеянцев клена остролистного при различных концентрациях почвенного цинка 173
ВЫВОДЫ 179
ГЛАВА VI. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКИ СОЛЯМИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА САЖЕНЦЫ И СЕЯНЦЫ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД 183
6.1. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на жизнедеятельность и почвоулучшаюшую способность саженцев лиственницы сибирской 185
6.2. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на состояние, рост и почвоулучшающие свойства сеянцев конского каштана обыкновенного 199
ВЫВОДЫ 211
ГЛАВА VII. РОЛЬ РИЗОСФЕРЫ В ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ 214
7.1. Сравнительная характеристика почвенно-агрохимических условий изучаемых объектов 218
7.2. Закономерности распределения металлов по почвенным составляющим и их аккумуляция древесными растениями 231
7.3. Особенности жизненного состояния насаждений на объектах исследований 238
ВЫВОДЫ 246
ГЛАВА VIII. ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ, КАК БИОИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 250
8.1. Хвойные насаждения в условиях техногенной нагрузки 250
8.2. Лиственные насаждения в урбанизированной зоне 268
ВЫВОДЫ 281
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 283
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ- 287
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 288
ПРИЛОЖЕНИЯ 327
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 373
- Тяжелые металлы в природной среде и методы снижения их токсичности
- Программа работ
- Особенности аккумуляции и выноса Cd в условиях индуцированной фитоэкстракции
Введение к работе
Актуальность исследований. Данная работа, основанная на изучении особенностей взаимовлияния в системе металлы-древесные растения, посвящена изучению состояния зеленых насаждений в антропогенных условиях, их роли в детоксикации почв, вопросам диагностики и прогнозирования питания растений в условиях разной обеспеченности элементами, а также вопросам подготовки и адаптации посадочного материала к условиям загрязнения, путем повышения его устойчивости и способности к очистке загрязненных почв и вод, заложенной природой.
В настоящее время в ряде районов нашей страны сложилась очень напряженная экологическая обстановка. При этом одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды являются тяжелые металлы.
Жизненное состояние растений, а также степень накопления поллютантов в них дает наиболее достоверную информацию о загрязненности окружающей среды. Исходя из этого, метод биоиндикации приобретает все большее значение. Вопросам аккумуляции тяжелых металлов различными растениями и грибами посвящен целый ряд научных публикаций. Так, содержание тяжелых металлов в макромицетах изучалось Г. К. Андросовым и Н.Н. Шергиной (1993), особенности накопления тяжелых металлов мхами, сельскохозяйственными, древесными и кустарниковыми растениями — Н.М. Матвеевым, Н.В. Прохоровой и Л.Э. Степуровой (1992), Н.М. Матвеевым, В.А. Павловским, Н.В. и Прохоровой (1997), Н.М. Матвеевым и Н.В. Прохоровой (1999), В.П. Тарабриным (1980), В.Г. Атрохиным и В .Я. Курамшиным (1991) и др.
Серьезным источником экологического неблагополучия в антропогенной зоне является почва (Башаркевич и др. 1998). В очистке и восстановлении почв, загрязненных тяжелыми металлами ризосфера
древесных растений играет исключительно важную роль, которая определяется деятельностью корней, обилием их кислотных выделений, наличием большого количества органического вещества и микроорганизмов, поселяющихся вблизи корней. Вопрос о роли ризосферы в ремедиации почв является довольно новым и не до конца изученным. В литературе на сегодняшний день практически полностью отсутствует сравнительная характеристика роли ризосферы различных древесных пород в детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, которая была бы важна в выборе наиболее эффективных древесных пород для урбанизированных территорий и промышленных зон.
Кроме того, с целью очистки и восстановления почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами, целесообразно повышение естественной способности древесных растений к аккумуляции и выносу тяжелых металлов, что достигается путем применения в качестве индукторов фитоэкстракции хелатообразующих агентов. Последние увеличивают доступность металлов в почве, повышают их растворимость, снижают токсичность и облегчают поглощение корнями растений. Для нашей страны вопрос индуцированной фитоэкстракции остается не до конца разработанным.
Учитывая огромную экологическую роль древесных насаждений в условиях урбанизации, необходимо выращивание здорового, устойчивого и высококачественного посадочного материала на основе воздействия на растительный организм сбалансированного минерального питания, в том числе и микроэлементами. Опыт многих исследователей по применению микроэлементов, свидетельствует о многостороннем их влиянии на физиологические процессы, определяющие устойчивость к неблагоприятным условиям среды: засухе, высокой и низкой температуре, а также к техногенным воздействиям. Установлено, что положительное влияние микроэлементов на устойчивость растений связано с многообразными
изменениями в обмене веществ, которые обусловливают их действие на рост, развитие и водный обмен. В результате улучшения ростовых и физиологических показателей под влиянием микроудобрений, растения более успешно экстрагируют поллютанты из почвы, значительнее обогащают ее органическим веществом и кислотными экссудатами, что способствует иммобилизации токсикантов в ней.
Применение различных методов адаптации и подготовки древесных растений к условиям города требует научных знаний и практического опыта, полученных на основе изучения и анализа особенностей взаимовлияний в системе металлы-древесные растения, чему и посвящена данная работа.
Цель и задачи. Основной целью работы изучение возможностей применения древесных растений в качестве зеленых биофильтров в техногенной зоне для очистки окружающей среды, на основе использования и повышения их природных способностей к детоксикации почв и вод, содержащих тяжелые металлы, а также повышения устойчивости и качества посадочного материала, предназначенного для условий загрязнения.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
изучение действия индукторов фитоэкстракции - органических кислот на повышение накопления и выноса металлов саженцами древесных растений из почв и вод;
изучение роста и протекания физиологических процессов у саженцев древесных растений под действием тяжелых металлов и индукторов фитоэкстракции;
изучение поведения цинка в почве за длительный временной период;
изучение зависимости характера накопления растениями цинка и других сопутствующих ему элементов от особенностей почвенно-корневого взаимодействия в условиях изменения содержания изучаемого металла в почве от недостатка к избытку;
изучение влияния некорневой подкормки микроэлементами на рост и жизнедеятельность сеянцев и саженцев некоторых древесных пород;
изучение изменения фракционного состава металлов в почве после выращивания сеянцев и саженцев некоторых древесных пород, претерпевших влияние некорневой подкормки микроэлементами;
установление экологических функций ризосферы древесных растений на основе изучения фракционного состава металлов и их распределения по почвенным составляющим под различными древесными породами в антропогенной среде;
изучение и оценка загрязнения почвы и листового аппарата древесных растений тяжелыми металлами в посадках разных уровней загрязненности;
изучение действия тяжелых металлов на жизненное состояние различных древесных растений в техногенной зоне.
Научная новизна диссертации заключается в применении системного экологического подхода к изучению и оценке особенностей взаимовлияния в системе «металлы-древесные растения», заключающегося в использовании широкого спектра оценочных показателей: почвенных, агрохимических, экотоксикологических, физиологических и лесоводственных. Данная методология позволяет выявить важнейшие закономерности в жизнедеятельности и питании растений, а также в их влиянии на почву с целью применения способов воздействия на растения, направленной на повышение их естественных способностей к очищению почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами, а также адаптации посадочного материала к условиям техногенеза. В работе представлены результаты 7 самостоятельных экспериментов, на основании которых впервые:
- разработан метод повышения фитоэкстракции тяжелых металлов из почв и вод древесными растениями разных пород с использованием индукторов этого процесса органических хелатообразующих кислот;
выявлены особенности закрепления металла в почве за длительный временной период;
разработаны методические принципы диагностики обеспеченности почв в элементах питания и потребностей растений в них, основанные на оценке характера распределения элементов по почвенным компонентам: ПКП, Р и ОМП;
выявлена взаимосвязь между изменением содержания элемента на почвенно-корневой поверхности, изменяющегося от недостатка к избытку, и характером его накопления растениями, а также предложен способ прогнозирования поступления металлов в растения из почвы, при их концентрациях не выходящих на уровень загрязнения;
- показана роль микроэлементов в повышении почвоулучшающей и почводетоксицирующей способности саженцев древесных растений;
установлена роль ризосферы в детоксикации почв, содержащих тяжелые металлы;
детально изучено влияние растений на фракционной состав металлов в почве и их распределение по почвенным компонентам и горизонтам.
Теоретическая и практическая значимость работы Разработан сравнительно недорогой и относительно безвредный биологический метод очистки почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами с использованием древесных растений, основанный на повышении их способности к поглощению и выносу загрязнителей, путем применения индукторов фитоэкстракции - органических кислот, в частности ЭДТА. Разработан метод диагностики обеспеченности почв микроэлементами и определения потребности растений в них, а также способ прогнозирования поглощения элементов растениями, в зависимости от их содержания в доступной форме на почвенно-корневой поверхности - ПКП. Это позволят целенаправленно влиять на питание растений с целью его последующей коррекции, а также сэкономить денежные средства на
проведение дорогостоящих экспериментов за счет их сокращения. Полученные сведения обогащают научные знания по вопросу питания растений в условиях разного уровня обеспеченности почвы необходимыми элементами. Данные о закреплении цинка в почве за длительный временной период представляют определенный научный интерес. Предложен метод некорневой подкормки сеянцев и саженцев древесных пород для повышения их устойчивости, улучшения жизнедеятельности, роста и почвоулучшающей способности. Данный метод может быть использован для ускоренного выращивания устойчивого и высококачественного посадочного материала для городских и пригородных условий. Установлена роль ризосферы различных древесных пород в детоксикации тяжелых металлов, знание которой может послужить фундаментом для разработки стратегии выбора и использования древесных растений в целях очистки почв и ризофильтрации вод, загрязненных поллютантами. В результате проведенных исследований получены агрохимические, лесоводственные и экологические данные по жизненному состоянию и росту древесных растений в городской и пригородной зоне, которые могут послужить основой для дальнейшего проведения экологического мониторинга в условиях техногенеза, прогноза развития насаждений в урбанизированной среде, а также для решения обширного спектра задач, связанных с реабилитацией загрязненных территорий. Выводы, рекомендации, материалы и метод системного подхода могут быть использованы при проведении научно-исследовательских и производственных работ в зеленом строительстве, лесном хозяйстве и экологии, а также в учебном процессе по курсам «Экология», «Почвоведение», «Охрана окружающей среды», «Агрохимия» и «Лесоведение».
Обоснованность и достоверность результатов исследований базируется на многолетних полевых, вегетационных и лабораторных исследованиях, результаты которых обрабатывались методами
математической статистики на основе методик И.И. Гусева (1980,1986), Б.А. Доспехова (1985) и Н.Н. Свалова (1977), с использованием вычислительной техники.
Основные положения, выносимые на защиту:
фиторемедиация окружающей среды на основе контроля взаимовлияния в
системе металлы-древесные растения;
метод очистки почв и вод основанный на усилении фитоэкстракции тяжелых металлов саженцами различных древесных пород, посредством применения хелатообразующих агентов;
закономерности влияния тяжелых металлов на жизненное состояние древесных растений в условиях индуцированной фитоэкстракции;
выявленные особенности поведения цинка в почве за длительный временной период;
методические принципы диагностики обеспеченности почв элементами питания и потребности растений в них;
возможность прогнозирования питания растений;
пути улучшения роста, жизнедеятельности и почвоулучшающей способности различных древесных пород: ели, сосны, лиственницы, клена, ясеня, дуба и каштана;
выявленные и сформулированные экологические функции ризосферы: фитосорбционная, фитоэкстракционная и фитостабилизационная;
системный экологический подход к изучению и оценке состояния и трансформации почв и древесных растений в условиях техногенной нагрузки.
Апробация работы Результаты работы докладывались на 44-ой и 47-ой конференции факультета агрохимии МСХА (1991 и 1994); на научной конференции, посвященной 130-летию академии МСХА (1995); научных конференциях молодых ученых и специалистов МСХА (1995, 1997 и 1998);
ежегодных научных конференциях МСХА (1996,1997,1998); научно-технической конференции лесного факультета МГУЛ (Москва, 1997); на 2-ой экологической конференции молодых ученых (аспирантов), посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды МГГУ (Москва, 1998); научно-технических конференциях профессорскопреподавательского состава и аспирантов МГУЛ (Москва, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 и 2005 гг.), Международной научной конференции «Проблемы рационального хозяйства и охраны лесных экосистем - 98» (Москва, 1998), ежегодных конференциях аспирантов и докторантов МГУЛа (2003, 2004, 2005 гг.), 7 Интернациональной конференции по биогеохимии микроэлементов (7 ICOBTE) в г. Уппсала (Швеция) - 2003г, Международной конференции BOKU в Вене (Австрия) - 2002г, Международной конференции в Санкт-Петербурге «Леса Евразии - Белые ночи» - 2003, Международном форуме ВЕКОФОРУМ в Санкт-Петербурге - 2003.
Автор выражает признательность агентству SWEDISH INSTITUTE и проекту INTAS за финансовую поддержку проведенных исследований.
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в монографии: «Индуцированная фитоэкстракция почвенного кадмия» и 40 научных статьях, четыре из которых опубликованы на иностранном языке.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 326 стр. основного текста, 372 стр. - вместе с приложениями, включает 73 таблицы, 56 рисунков, 53 приложения. Работа состоит из введения, 8 глав, выводов и научно-практических рекомендаций. Список использованной литературы содержит 411 наименований, в том числе 216 на иностранных языках.
Тяжелые металлы в природной среде и методы снижения их токсичности
Техногенное воздействие на природу неуклонно ведет к тяжелым последствиям для здоровья человека. Для решения вопросов детоксикации и восстановления природных сред в настоящее время необходим научный подход с целью разработки и использования мероприятий по их восстановлению.
Данная работа посвящена изучению экологических аспектов научной проблемы взаимного влияния в системе «металлы-древесные растения». В рамках темы диссертации решаются вопросы фитодетоксикации почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами с использованием древесных растений, основанной на использовании естественных способностей растений влиять на поведение металлов в почве и воде, а также вопросы индуцированной фитоэкстракции, посредством применения хелатообразующих агентов. В этой связи изучена роль компонентов ризосферы различных древесных растений в восстановлении загрязненных почв. Выявлены закономерности поглощения металлов сеянцами древесных растений при их разных концентрациях в почве, сделана попытка прогнозирования насыщения растений некоторыми элементами в зависимости от их распределения по компонентам ризосферы, с целью последующего грамотного вмешательства в питание растений для его своевременной коррекции. В данной работе представлены пути улучшения физиологических и ростовых параметров некоторых древесных растений, а также повышения их устойчивости, посредством применения некорневой подкормки микроэлементами. Результаты проведенных исследований являются фундаментом для подготовки высококачественного и толерантного посадочного материала, подбора наиболее подходящих древесных пород, их адаптации к антропогенным условиям, а также разработки новейших технологий фитоочистки почв и вод. В рамках рассматриваемой темы были проведены исследования по изучению жизнедеятельности деревьев различных пород, а также их элементного состава в условиях разного уровня загрязнения по городу Москве и на объектах Подмосковья. Данные исследования носят мониторинговый характер и служат для пополнения баз данных по экологической обстановке столицы и ее пригорода
Ниже представлена характеристика микроэлементов и тяжелых металлов в экотоксикологическом аспекте их влияния на жизнедеятельность растений, составленная по литературным источникам, приводится современное состояние вопроса загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, их вредного воздействия на живые организмы и способам снижения токсичности поллютантов, имеющимся на сегодняшний день в России и за рубежом, включая биологические, базирующиеся на использовании растений в целях очистки и восстановления почв и намечены пути дальнейшего развития основ для разработки технологий фиторемедиации.
Металлы принято классифицировать на легкие и тяжелые. Под тяжелыми металлами понимается группа химических элементов, имеющих плотность более »Г/См. LJ биологической же класси фикации принят иной, более правильный подход, базирующийся на атомной массе химических элементов, то есть тяжелыми считаются металлы с относительной атомной массой более 40 (Алексеев, і 987). В зависимости от концентрации в природной среде, многие из них, имеющие большое биохимическое и физиологическое значение, определяют или как микроэлементы, или как тяжелые металлы (Большаков, и др., 1993). К таким элементам относятся медь, цинк, молибден, кобальт, марганец и др. Так, вышеуказанные металлы можно считать микроэлементами, если их содержание составляет тысячные - стотысячные доли процента (Ягодин и др., 2002).
Однако существует группа металлов, за которыми закрепилось только одно определение - «тяжелые» в смысле «токсичные». К ким относятся ртуть, кадмий, свиней, талий и некоторые другие элементы. Их считают наиболее опасными загрязнителями окружающей среды наряду с такими металлоидами, как мышьяк, селен, теллур (Большаков и др., 1993).
В настоящее время утвержден и действует ГОСТ 17.4.1.02.23, в соответствии с которым химические элементы, в том числе и тяжелые металлы по степени токсического воздействия на окружающую среду подразделены на 3 класса опасности: 1 - As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn, Ті; 2 - Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; 3 - Ba, V, W, Mn, Sr.
Ориентируясь на перечень металлов - техногенных загрязнителей природных экосистем, представляется возможным на основании сведений имеющихся в литературе, охарактеризовать их индивидуальные особенности, накопление в почвах, уровень физиологического воздействия на растительные организмы, а также показать их экологическую роль в функционировании природных экосистем.
Программа работ
В программу наших исследований входило:
1) Вегетационный эксперимент по выращиванию саженцев ясеня, дуба, лиственницы, сосны и ели в условиях индуцированной фитоэкстракции почвенного кадмия (глава III)
а) изучить особенности и закономерности накопления и выноса кадмия саженцами пяти древесных пород в условиях применения ЭДТА на почве, содержащей кадмий в разных концентрациях; б) произвести сравнительную характеристику распределения почвенного Cd по фракциям в разных вариантах эксперимента; в) установить влияние внесения ЭДТА в почву, загрязненную кадмием на элементный состав исследуемых растений; г) изучить действие препарата ЭДТА на физиологические, ростовые и весовые параметры саженце дуба, ясеня, лиственницы, сосны и ели при различных дозах кадмия, содержащихся в почве; д) разработать теоретические положения для последующего внедрения технологии индуцированной фитоэкстракции в условиях техногенного загрязнения.
2) Вегетационный эксперимент по изучению роли различных органических кислот в извлечении свинца из питательного раствора четырехлетними лиственницами (глава IV)
а) выявить и сравнить влияние органических лигандов на накопление металлов растениями; б) оценить состояние и рост лиственниц в различных вариантах эксперимента.
3) Лабораторный эксперимент по изучению действия разных доз ЭДТА на фитоэкстракционную способность сеянцев клена американского (глава IV)
а) оценить полноту очистки питьевой воды, загрязненной свинцом, сеянцами клена ясенелистного при двух разных дозах индуктора фитоэкстракции ЭДТА, а также без его применения.
4) Полевой эксперимент по изучению особенностей почвенно-корневого взаимодействия в условиях различного содержания цинка в почве (глава V) а) изучить характер распределения металлов по фракциям и почвенным составляющим в вариантах с разным содержанием цинка, внесенного в почву (через 2 и 8 лет после его внесения); б) установить зависимость поглощения металлов сеянцами клена остролистного от содержания цинка в почве; в) Разработать научно-методический подход к прогнозированию питания цинком сеянцев клена остролистного, с целью сокращения проводимых экспериментов по этому вопросу и своевременного предотвращения недостатка и избытка элемента в почве; г) оценить жизнедеятельность и рост сеянцев клена остролистного при различных концентрациях почвенного цинка.
5) Полевой эксперимент но изучению влияния некорневой подкормки солями микроэлементов на саженцы лиственницы сибирской и сеянцы конского каштана обыкновенного (глава VI)
а) оценить действие микроэлементов: марганца, кобальта и цинка на рост, приживаемость и физиологические характеристики саженцев лиственницы и сеянцев каштана;
б) оценить действия микроэлементов, внесенных некорневым путем на элементный состав почвы и листьев.
6) Эксперимент по изучению роли ризосферы в детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами (VII)
а) произвести сравнительную агрохимическую характеристику почвенных составляющих по горизонтам почвы на разных расстояниях от источника загрязнения; б) выявить закономерности распределения металлов по почвенным компонентам и их аккумуляции древесными растениями: березой, лиственницей и сосной; в) произвести оценку жизненного состояния насаждений на территории изучаемых объектов.
7) Эксперимент по изучению состояния лиственницы сибирской и конского каштана обыкновенного в условиях техногенной нагрузки (глава VIII)
а) изучить действие загрязнения на химический состав листьев и хвои экспериментальных растений; б) оценить соотношения некоторых поллютантов в листовом аппарате лиственницы и каштана; в) произвести сравнительную характеристику жизнедеятельности растений на объектах различной загрязненности.
Особенности аккумуляции и выноса Cd в условиях индуцированной фитоэкстракции
Роль ЭДТА в повышении аккумуляции тяжелых металлов растениями доказана исследованиями многих ученых: Wenzel et al. (2003); Jiang et al. (2003); Anderson et al. (2001); Puschenreiter et al. (2001); Salt et al. (1995); Madrid et al. (2003); Shen et al. (2002); Sahi et al. (2002) и др. Однако имеющиеся данные получены, главным образом, в экспериментах с сельскохозяйственными растениями. Большинство сельскохозяйственных растений имеет малые размеры, является однолетним, недекоративно и, кроме этого, используется в пищу. Поэтому их не всегда целесообразно использовать в целях очистки и восстановления загрязненных почв. Древесные растения имеют целый ряд преимуществ перед сельскохозяйственными растениями, основными из которых являются высокая биомасса, глубокая корневая система и длительный период произрастания. Это способствует максимальному извлечению из почвы поллютантов на большой ее мощности и длительному их выведению из круговорота. Поэтому в качестве объектов исследований были выбраны саженцы пяти древесных пород: лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.j, ясеня обыкновенного (Fraximis excelsior L.J, дуба черешчатого (Quercus roubiir L.J, сосны обыкновенной (Finns sylvestris L.J и ели обыкновенной (Picea excelsa Link.) - и изучены накопление и вынос кадмия, внесенного в почву в концентрациях 2,5; 5; 10 и 20 мг/кг, всеми их частями. Схема опыта и методики исследований подробно описаны в главе II.
Установлено, что в результате применения ЭДТА в варианте II - с внесением Cd в концентрации 2,5 мг/кг и применением ЭДТА - аккумуляция Cd саженцами ясеня, дуба, лиственницы, сосны и ели возросла, по сравнению с вариантом I, соответственно в 1,88; 1,99; 2,16; 2,10 и 2,21 раза (табл. 3.1).
Вынос кадмия, рассчитанный в мг на 1 растение, для саженцев этих древесных пород увеличился соответственно в 3,72; 3,77; 2,47; 2,23 и 2,24 раза.
В варианте, IV - с внесением Cd в концентрации 5 мг/кг с применением ЭДТА - накопление кадмия саженцами ясеня, дуба, лиственницы сосны и ели, по сравнению с вариантом III - с внесением Cd в концентрации 5 мг/кг без применения ЭДТА - возросло соответственно в 1,97; 1,70; 2,15 и 1,98 раза. Вынос кадмия данными породами также возрос соответственно в 1,86; 1,85; 2,40; 4,92 и 0,93 раза. При концентрации 10 мг/кг почвенного кадмия -вариант VI — в результате применения ЭДТА аккумуляция кадмия была повышена для саженцев вышеупомянутых растений в 1,97; 1,70; 2,13; 2,15 и 1,98 раза. Вынос этого металла увеличился соответственно в 2,38; 2,18; 2,59; 2,70 и 3,97 раза. В варианте с внесением 20 мг/кг кадмия саженцы ели, сосны и дуба к концу эксперимента не сохранились. В тканях саженцев ясеня и лиственницы концентрация кадмия возросла в 1,25 раза. Вынос увеличился соответственно в 1,02 и 1,09 раза.
Необходимо отметить, что наибольшим накоплением кадмия и выносом этого поллютанта, в среднем для всех концентраций внесенного кадмия, отличались саженцы ясеня, после которых в порядке убывания можно расположить и другие древесные породы: дуб, лиственница=сосна, ель. Зависимость накопления кадмия саженцами разных древесных пород от концентраций почвенного Cd и применения ЭДТА, для наглядности, представлена нами в виде графиков и описана математическими уравнениями регрессии (рис. 3.1 - 3.5). Различия между вариантами опыта, оцененные методом дисперсионного анализа, оказались достоверными и существенными на 5% уровне значимости.
Для оценки эффективности удаления кадмия из почвы, целесообразно осуществить пересчет выноса данного поллютанта саженцами ясеня на 1 га загрязненной им территории в концентрациях 2,5; 5; 10 и 20 мг/кг.
