EVALUATION OF RAPE AND MUSTARD APPLICABILITY FOR REDUCING NICKEL CONTAMINATION OF LEACHED BLACK SOIL

В современных условиях происходит очень бурное развитие промышленности, активно развивается химизации сельского хозяйства, энергетика, а также транспортные коммуникации. В связи с этим происходит загрязнение окружающей среды. К наиболее опасным загрязняющим веществам можно отнести тяжелые металлы

Фиторемедиация представляет собой многообещающий метод очистки загрязненных почв, однако она сталкивается с рядом проблем, ограничивающих её широкое применение. Основные трудности связаны с недостаточной изученностью биохимических процессов, протекающих в растениях, и отсутствием чётко разработанных технологий, адаптированных к конкретным условиям региона, типу почвы и видам токсичных веществ. В результате отсутствуют конкретные рекомендации по использованию определённых растений-гипераккумуляторов для борьбы с различными видами загрязнений. Кроме того, механизм накопления тяжёлых металлов растениями остаётся слабо изученным.

Основной задачей в методе фиторемедиация, является правильно подобранные культурные или дикие растения, которые в своей биомассе будут аккумулировать большое содержание загрязняющих веществ. Поэтому необходимо подобрать растения, исходя из следующих характеристик: у растений должен быть короткий вегетационный период, легко убираться, толерантны к высоким концентрациям токсикантов, мощная корневая система

Целью настоящего исследования является оценка снижения концентраций никеля растениями-фиторемедиантами в черноземе выщелоченном.

Для проведения исследований был заложен модельный микрополевой опыт на биополигоне Красноярского государственного аграрного университета. Почва опытного участка — чернозем выщелоченный.

В сосуды микрополевого опыта в горизонт почвы 0-20 см  вносили тяжелые металлы в виде соли NiCl2∙6H2O концентрации 5 ОДК (ориентировочно-допустимая концентрация) и 10 ОДК.  Площадь каждого сосуда была 0,3 м2, повторность опыта четырёхкратная. В схему опыта, также были включены сельскохозяйственные культуры: яровой рапс (Brassica napus) сорта Надежный 92 и горчица белая (Sinapis alba L.) сорта Семеновская.

Определение валового содержания, подвижных форм никеля в почвенных образцах проводили на атомно-абсорбционном анализаторе PinAAcle 900T в Научно-исследовательском центре ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Microsoft Excel.

Основной путь поступления никеля в растения — это его поглощение корнями из почвы. После попадания никеля в почву часть его связывается с органическими веществами, делая его недоступным для растений. В связи с этим поглощение никеля растениями больше зависит не от общего содержания металла в почве, а от количества его обменной формы. Биодоступность никеля для растений повышается в следующих случаях: почвы с малым количеством гумуса, избыточное увлажнение почвы, низкий уровень pH почвенного раствора, легкий гранулометрический состав почвы.

В настоящей работе при сравнении валового содержания, подвижных форм тяжелых металлов в почве, до и после уборки растений горчицы и рапса с помощью парного двухвыборочного t-теста, выявили, что рапс и горчица повлияли — статистически значимо (p≤0,05) на снижение валового содержания и концентрацию подвижных форм в черноземе выщелоченном, причём у всех изученных вариантах с модельным загрязнением.

По результатам анализа почвы перед посевом горчицы в 2021 году было обнаружено, что валовое содержание никеля в варианте 5 ОДК увеличилось по сравнению с контрольным вариантом. У подвижных форм металла наблюдается незначительное увеличение в варианте с никелем 5 ОДК. В эксперименте с рапсом, также зафиксировано достоверное (p≤0,05) увеличение валового содержания  в вариантах с никелем 5 ОДК и никелем 10 ОДК. При этом подвижные формы в варианте с никелем 10 ОДК увеличились по сравнению с контрольным вариантом.

Перед посевом растений в 2022 году было установлено, что у горчицы наблюдалось снижение подвижных форм и валового содержания никеля в почве в вариантах  5 ОДК и 10 ОДК. В эксперименте с рапсом, напротив, было зафиксировано увеличение подвижных форм металла в варианте с никелем 5 ОДК по сравнению с контролем. Также в варианте с никелем 5 ОДК отмечено увеличение его валового содержания (табл. 1).

После сбора биомассы горчицы в 2021 году было зафиксировано снижение концентраций подвижных форм никеля в черноземе выщелоченном в вариантах 5 ОДК на 1,64 мг/кг и свинца в варианте ОДК на 1,47 мг/кг соответственно. Валовое содержание никеля в варианте 5 ОДК уменьшилось на 6,8 мг/кг, а в варианте 10 ОДК — на 3,12 мг/кг по сравнению с показателями до посева. Также было отмечено снижение подвижных форм металла  в варианте с рапсом: в 5 ОДК на 0,42 мг/кг и в 10 ОДК на 0,56 мг/кг; валовое содержание в варианте 10 ОДК снизились на 4,28 мг/кг по сравнению с содержанием металла до посева.

В 2022 году, после уборки биомассы горчицы, также было зафиксировано снижение концентраций подвижных форм никеля в черноземе выщелоченном: в варианте 5 ОДК на 0,86 мг/кг и в 10 ОДК на 1,07 мг/кг. Валовые формы в варианте 5 ОДК уменьшились на 6,69 мг/кг, а в 10 ОДК — на 4,05 мг/кг по сравнению с показателями до посева. В варианте с рапсом также наблюдалось снижение подвижных форм: в 5 ОДК на 1,64 мг/кг и в 10 ОДК на 1,86 мг/кг; валовое содержание в 5 ОДК снизились на 11,49 мг/кг, а в 10 ОДК — на 1,79 мг/кг по сравнению с содержанием до посева (табл. 2).

Оба растения показали высокую способность к снижению содержания никеля в почве, особенно заметную в вариантах с повышенной концентрацией загрязняющего вещества (5 и 10 ОДК). Это подтверждает целесообразность использования горчицы и рапса в программах фиторемедиации загрязнённых территорий.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что эффективно использовать растения рапса и горчицы для очистки почв от тяжелых металлов. Другие исследователи также в своих работах используют декоративные растения из семейства капустных в технологии фиторемедиация

Таким образом, в результате исследования вывили, что во всех вариантах в модельном микрополевом опыте после уборки растений-фиторемедиантов снизилось содержание подвижных форм и валового содержания никеля в черноземе выщелоченном.

Полученные результаты позволяют рекомендовать данную технологию в качестве детоксикации почв, так как она направлена на снижение тяжёлых металлов в сельскохозяйственной продукции.

Выбор растений для фиторемедиации действительно зависит от множества факторов, включая тип загрязнения, состав почвы и климатические условия региона. Генетическая инженерия также играет важную роль в создании новых сортов растений, которые могут более эффективно извлекать и накапливать тяжелые металлы. Продолжение исследований в этой области поможет расширить арсенал растений-фиторемедиантов и улучшить эффективность методов очистки загрязненных почв.