Изучение фитотоксичности ионов Cd(II) и Pb(II)

3.3 Изучение фитотоксичности ионов Cd(II) и Pb(II)

Содержание в почве тяжёлых металлов и сопряжённая с этим транслокация их в растения – сложный процесс, на который влияет множество различных факторов.

Чтобы понять механизм воздействия каждого из них, следует изучать влияние отдельных факторов на фитотоксические действия тяжёлых металлов в условиях эксперимента.

Выбор культуры овса в качестве объекта исследования не случаен, поскольку является своеобразным индикатором и легко «откликается» на поступление и накопление металлов. Определение поступления тяжёлых металлов в растение проводилось в течение 30 дней, при этом особое внимание обращалось на уровень развития корневой системы и наземной части растения.

В первые 10 дней наиболее благополучно выглядели всходы, в которых была добавлена смесь биогумуса и тяжёлых металлов (Pb²⁺иCd²⁺ ). Они отличались наиболее длинными листьями и ветвистой корневой системой. На их фоне также хорошо выглядели всходы контроля, а растения с ацетатом натрия были самыми низкорослыми. Данные опыта предоставлены на рисунках 5 и 6. На 13-15 сутки эксперимента отмечается интенсивный рост культуры овса на почве – контроле, а также в лотках с использованием извести и биогумуса с концентрацией тяжёлых металлов (Pb²⁺иCd²⁺ ), в 20 раз превышающей ПДК.

Растения с ацетатом натрия – пожелтевшие и увядшие, несмотря на систематический полив и уход. Данные развития растения на 20-е сутки представлены на рисунках 7 и 8.

При совместном присутствии в почве тяжёлых металлов и CH₃COONa (для создания более кислой среды) рост корневой системы и наземной части визуально прекращается.

На 27-е сутки на общем фоне самыми благополучными выглядели растения, выращенные на почве – контроле. Сильно желтеет и сохнет культура, выращенная в системе “почва – тяжёлые металлы – известь”. Особенно ярко этот эффект проявляется при использовании соли Cd²⁺.

Овёс, выращенный в системе “почва – тяжёлые металлы – ацетат натрия” на 30-е сутки эксперимента погибает. Наблюдается частичная гибель растений в опытах с использованием солей тяжёлых металлов.

Об этом свидетельствуют данные, приведённые на рисунках 9 и 10. Высокая концентрация тяжёлых металлов в системе “почва – тяжёлые металлы – ацетат” вызывает резкое угнетение развития растений, что привело к формированию крайне низкой продуктивности продукции или полной гибели растений. В связи с этим данные роста и развития культуры овса в системе не приведены. Для этой модельной системы установлено наибольшее количество подвижных форм свинца и кадмия.

Таким образом, метод биоиндикации позволил оценить эффективность различных способов снижения фитотоксичности ионов ТМ в системе «почва – растение». Показано, биогумус резко снижает количество подвижных форм Pb(II) и Cd(II) и, в связи с этим, их фитотоксичность. Известь при внесении в почву в меньшей степени, чем биогумус, связывает ионы ТМ и незначительно снижает их фитотоксичность.

Рис. 5. Динамика корневой системы под влиянием ионов Pb²⁺ Cd²⁺(10 сутки)

Рис. 6. Развитие наземной части овса на 10 –е сутки с внесением Cd²⁺, Pb²⁺

Рис. 7. Развитие корневой системы овса на 20 –е сутки эксперимента

Рис. 8. Развитие наземной части овса на 20-е сутки эксперимента

Рис. 9. Развитие корневой системы на 30-е сутки эксперимента

Рис. 10. Развитие наземной части овса на 30-е сутки эксперимента.

Выводы

1.  Установлено, что подвижность ионов Pb(II) и Cd(II) в выщелоченных чернозёмах и степень их фитотоксического действия на растения определяется количеством легко доступных растению подвижных форм ионов металлов, долей органического вещества в почвенном поглотительном комплексе и кислотностью почвенного раствора.

2.  Метод биоиндикации позволил оценить эффективность различных способов снижения фитотоксичности ионов ТМ в системе «почва – растение». Показано, биогумус резко снижает количество подвижных форм Pb(II) и Cd(II) и, в связи с этим, их фитотоксичность. Известь при внесении в почву в меньшей степени, чем биогумус, связывает ионы ТМ и незначительно снижает их фитотоксичность.

3.  Изучена поглотительная способность почв по отношению к ионам Cd(II) и Pb(II) под влиянием различных факторов:

- увеличение содержания органического вещества в почве приводит к возрастанию емкости поглощения почвы по отношению к ионам Pb(II) с 53,60 мг/кг по 20,01 мг/кг; по отношению к ионам Cd(II) - с 75,22 мг/кг по 28,02 мг/кг;

- с ростом рН возрастает доля подвижных форм ионов Pb(II) и Cd(II), легко доступных для растения.

4. Показано, что с ростом содержания органического вещества в почве количество подвижных ионных форм как свинца так и кадмия в 2,7 раза уменьшается, а внесение извести практически не отражается на количестве подвижных форм свинца, тогда как доля подвижных форм кадмия уменьшается их 2 раза.

Литература

1.  Добровольский В.В., География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М:.Мысль,1983

2.  Понин М.С., Касымова Ж.С. Накопление биомассы и содержание цинка в проростках яровой пшеницы и тёмно – каштановой почве при внесении разных доз сульфата цинка //Агрохимия-1999-№3-с61-63

3.  Понизовский А.А., Студеникина Т.А. Поглощение ионов меди (II) почвой и влияние на него органических компонентов почвенных растворов //Почвоведение – 1997-№7 с 850-859

4.  Савич В.И., Оконская И.С. Определение уровня загрязнения почв и растений тяжёлыми металлами //Химизация сельского хозяйства 1992-№1-с 56-58

5.  Геохимия тяжёлых металлов в природных и техногенных ландшавтах /Под ред. Глазовской, М:.МГУ, 1983

6.  Доклад о свинцовом загрязнении окружающей среды Российской Федерации и его влиянии на здоровье населения. М:. РЭФИА, 1997

7.  Полянский Н.Г. Свинец. М:.Наука 1986

8.  Приходько Н.Н. Ванадий, хром, никель и свинец в почвах Притисской низменности и предгорий Закарпатья.//Агрохимия 1977-№4-с850-859

9.  Золотарёва Б.Н., Скрипниченко И.И. Содержание и распределение тяжёлых металлов (свинца, кадмия и ртути) в почвах Европейской части СССР//Тенезис, плодородие и мелиорация почв. Пущино, - 1980 – с77-90

10.   Садовникова Л.К. Использование почвенных вытяжек при изучении соединений тяжёлых металлов // Химия в сельском хозяйстве – 1997-№2-с 37-40

11.   Кашин В.К., Иванов Б.М. Свинец в почвах юго – западного Забайкалья //Почвоведение –1998-№12-с 1502-1508

12.   Зырин Н.Г., Соколова Т.А. Сорбция свинца и состояние поглощённого элемента в почвах и почвенных компонентах // Почвоведение, 1986 - №4-с39-46

13.   Понизовский А.А., Мироненко Е.В. Механизмы поглощения свинца (II) почвами //Почвоведение – 2001-№4-с418-429

14.   Мироненко Е.В., Понизовский А.А. Математическая модель для описания химических равновесий в почвах с участием тяжёлых металлов, низкомолекулярных органических и фульвокислот.//Сборник тезисов. Тяжёлые металлы в окружающей среде. Пущино 15-18 октября 1996г. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1996, с 153-154

15.   Волошин Е.И. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами и продуктивность растений. // Земледелие – 1998 - №3 – с22

16.   Отраслевые стандарты. Методы агрохимических анализов почв. М:.1977

17.   Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Загрязнение тяжёлыми металлами и охрана почв. М:. МГУ, 1985

18.   А.Кабата – Пендиас, Х. Пендиас. Микроэлементы в почвах и растениях /под ред. Саета, 1989

19.   Ильин Б.В., Степанова М.Д. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающей на загрязнённых этими металлами почвах. // Агрохимия, 1980, с 114

20.  Волуенко И. М., Меркулов М. П. Практикум по основам сельского хозяйства. – М.: Просвящение, 1975

21.  Лозановская И. Н., Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: «Высшая школа», 1998. – 240 с.

22.  Определение химического состава растительных материалов. Уч. пособие / В. П. Цыпленков, А. С. Фёдоров, Т. А. Банкина, Н.Н Фёдорова., под ред. Цыпленкова, СПб.: изд-во С. – Петербургского университета, 1997. 152 с.

23.  Самохвалов П. С., Плесцов В. М. Закономерности внекорневого загрязнания культур кадмием и оценка биологического действия на вегетирующие растения. – М.: 1998.- 54 с.

24.  Сурин В. А., Волошин А. Е. Влияние формы нахождения металлов в почве на их миграцию в овёс / Труд V всесоюзного совещания по миграции веществ в почве и сопредельных средах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 154 с.

25.  Передерий О. Г., Мишкевич Н. В. Охрана окружающей среды на предприятиях цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1991. – 286 с.

26.  Добровольский В. В. Свинец в окружающей среде / Современные проблемы биосферы. – М.: Наука, 1987. – 182 с.

27.  Бабкин В. В., Завалин А. А. Физиолого-биохимические особенности аспекта действия тяжёлых металлов на растения // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. - №5. – с.17-21.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Статистическая обработка результатов

Таблица 2

Содержание валовых и подвижных форм Pb (II)

Таблица 3

Содержание валовых и подвижных форм Сd (II)

Похожие работы

Токсичность тяжелых металлов в с.х. растениях

Скачать

52541

4

0

... В условиях аномально высоких концентраций определённого элемента в среде обитания организмов разница содержания этого элемента в различных видах растений возрастает. Резкое увеличение содержания одного или нескольких элементов в среде приводит их в разряд токсикантов. Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом ...

Тяжелые металлы в почве

Скачать

91635

5

8

... научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение понятия "тяжёлые металлы". В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк). Почва являются основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и водной среды. ...

Основные загрязнители почвы, кормов и продукции животноводства

Скачать

50099

0

0

... , которые потребляли загрязненные радиоактивными веществами кормовые культуры, бывает ниже, чем радиоактивность самих кормов, в результате обмена веществ, происходящего в организме животных. [5] 3.3 Техногенный фактор как основной загрязнитель животноводческой продукции В настоящее время особую актуальность приобретает изучение особенностей состояния животных в экологически неблагоприятных ...

Атомно-адсорбционный спектрохимический анализ тяжелых металлов в почве

Скачать

43047

8

2

... их спектральных линий с коррекцией фона и возможных спектральных наложений. Соответственно такие анализаторы отличаются высокой точностью и продуктивностью.[3-7] 2. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА В АНАЛИЗЕ ПОЧВ   Определение тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом Методика предназначена для выполнения измерений массовой концентрации металлов (марганца, меди, железа, цинка, молибдена) в ...