Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами

ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Автор: Крейк Валерий, 10 кл.

МБОУ Гимназия №4, г. Красноярск

Руководитель: Игнатьева Л. Л.

В настоящее время остро стоит проблема загрязнения почв тяжелыми металлами, накапливающимися в них в результате выбросов промышленных предприятий и автомобильных выхлопов. Современные методы очистки почв дорогостоящие и малоэффективны. Ученые ищут новые способы очистки почв используя био- и экотехнологии, в частности фиторемедиацию

Мы решили исследовать способность растений поглощать из загрязненной почвы тяжелые металлы и другие вредные вещества, так как почва после этого становится намного чище, а растения не составит труда собрать и сжечь, а оставшийся пепел захоронить или выделить из него необходимые элементы. То, что данная технология применяется прямо в районе загрязнения, способствует снижению затрат и уменьшению контакта загрязнённого субстрата с людьми и окружающей средой

Целью данной работы является оценка накопления растениями тяжёлых металлов (на примере никеля) из почв с различными показателями pH в лабораторных и полевых условиях.

Задачи:

 провести модельный опыт с добавлением тяжёлых металлов (никеля) по выращиванию растений в лабораторных условиях в почвах с различными показателями pH.

 провести опыт с добавлением тяжелых металлов (никеля) на почвы пригорода города Красноярска.

 оценить морфологические параметры контрольных и опытных растений.

 провести химический анализ растений, сравнить содержание никеля в контрольных и опытных образцах.

 сравнить содержание никеля на почвах в полевом опыте для выявления роли растений в удалении металлов.

 статистически обработать данные.

Исследовательская работа.

Этап первый: лабораторный опыт: В качестве объектов исследования были выбраны растения из разных семейств: горох посевной (Pisum sativum), семейство бобовых – (Fabaceae); овёс посевной (Avena sativa), семейство злаков – (Poaceae); вьюнок трехцветный (Convolvulus tricolor), семейство вьюнковые –– (Convolvuluceae).

Нами были посажены семена этих растений, в почву с разными показателями pH (по три повторности) и после выращивания их в лабораторных условиях с добавлением солей сульфата никеля (в количестве 10 ПДК) в почву, мы измерили всхожесть и морфологические признаки.

Для оценки влияния никеля на всхожесть семян в почве с различными значениями рН, мы подсчитали количество всходов в контейнерах.

Количество семян было везде одинаковым (15 семян). Наибольший показатель всхожести у гороха посевного и вьюнка наблюдался на почвах с рН=6, а у овса посевного – на почвах с рН=8.

Статистический анализ линейного прироста показал, что средний рост гороха в щелочной почве составил 4,5 см, в кислотной почве средний рост  11,75 см., в контрольной почве средний рост 7,25 см; средний рост вьюна в почве с рН=8  составил 5,75 см, в почве рН=6 средний рост 5 см, в контрольной почве средний рост  6 см; средний рост овса в почве с рН=8 составил  14 см., в почве рН=6 средний рост 21 см, в контрольной почве средний рост  20 см на 3 недели.

Затем растения были взвешены, высушены и снова взвешены, а затем произведен химический анализ.

Таким образом, на основе данных, приведённых выше и в, можно отметить, что в щелочной среде токсичное влияние никеля на исследуемые растения проявляется в большей степени, чем в подкисленной среде.

Содержание никеля в исследуемых растениях

Данные, полученные в лаборатории Сибирского федерального университета, представлены. Содержание никеля в наземной части тестируемых растений максимально на почвах рН=6.

Этап второй: полевой. Красноярск находится в лесостепной зоне. В лесостепной зоне характерны выщелочные черноземы, оподзоленные черноземы и серые лесные почвы. Площадки, на которых производились опыты, расположены в сосновом бору в окрестностях СФУ и имеют серые лесные почвы.

Используя данные полученные в результате лабораторного опыта. Мы взяли в качестве растения фиторемедианта представителя злаковых, произрастающего в большом количестве на почвах Красноярского края – мятлик сибирский (Красноборов, 1979).

Для проведения второго этапа были использованы три площадки в лесном массиве недалеко от западной окраины г. Красноярска. Площадки разделялись на: контроль (площадка с растениями, без внесения никеля), опыт №1 (площадка с растениями и внесенными солями никеля) и опыт №2 (площадка без растений, но с добавлением солей никеля). В качестве солей никеля использовалась соль NiSO4*5H2O, которая была внесена в почву, с ДК никеля, в количестве 10 ПДК (350мг/кг). В качестве рассматриваемых растений использовали растение семейства злаковых – мятлик сибирский (Poa sibirica).

Данные, химического анализа почвы, представлены на графике

Содержание никеля в почве.

Нужно отметить, что содержание никеля в почве, лишенной растений, через 2 месяца после внесения изменилось незначительно, тогда как в почве, на которой произрастал мятлик, содержание никеля заметно снизилось.

Обработав данные, можно высчитать эффективность использования тех или иных растений в качестве фиторемедиантов. В нашем опыте получилось, что растения мятлика сибирского на почвах с внесением никеля накопили никеля в среднем в 12,5 раз больше, чем они накапливают на чистых почвах. Таким образом, можно отметить, что мятлик сибирский достаточно эффективно накапливает в себе никель.

Выводы:

1. Наилучшим фиторемедиантом для кислотной и щелочной почвы в лабораторном опыте является овес посевной, так как в нём обнаружено самое высокое содержание никеля.

2. На кислых почвах у всех исследуемых растений, более высокий уровень метаболизма, чем на щелочных и контрольных почвах и лучшее усвоение металла.

3. На лесных почвах в окрестностях города Красноярска с растениями мятлика сибирского выявилась более высокая эффективность уменьшения содержания никеля в почвах, чем на почвах без растений (примерно в 4 раза).

4. Практическое применение нашей работы – это возможность жителей имеющих дачные участки, расположенные в черте промышленных предприятий и мегаполисов, а также промышленные предприятия использовать данные растения для очистки почв от тяжёлых металлов, тем более что большинство территорий Красноярского края имеют почвы с показателям pH=6.

Список литература:

1. Душенков В., Раскин И. / Зеленая революция // «Агро XXI. – 2000. - № 9. – С. 20-21

2. Красноборов И.М., Определитель растений юга Красноярского края «Наука», 1979. – 509 с.

3. Ильин В.Б., Тяжелые металлы в системе почва – растение, «Наука», 1991. – 149 с.

4. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир, 1989. – 439 с.

5. Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Экотоксикология тяжелых металлов: Учебное пособие.- Н.Новгород: НГСХА, 2001.- 135 с.

6. Пилипенко, А.Т. Справочник по элементарной химии. – Наук. думка, 1977. – С. 334-338.