Preview

Садоводство и виноградарство

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние гуминовых кислот на фитоэкстракцию тяжёлых металлов Tagetes patula L.

https://doi.org/10.31676/0235-2591-2021-5-10-18

Полный текст:

Аннотация

В условиях модельного эксперимента исследованы особенности влияния гуминовых кислот (ГК) (500 ppm) на аккумуляцию тяжелых металлов (ТМ) (Pb, Cu, Ni и Zn) в корнях и надземных органах однолетних декоративных растений — бархатцев отклоненных Tagetes patula L. (сорт Скарлет), культивируемых на питательном субстрате Terra Vita, используемом при мульчировании современных культурных ландшафтов и имитирующем верхний плодородный корнеобитаемый слой (UR-RAT) загрязненных почв, сформировавшихся в условиях мегаполисов, — урбаноземов. Растения выращивали при полной светокультуре (в отсутствие солнечного света) в вегетационных сосудах, помещенных в закрытый гроубокс, с поддержкой внутреннего микроклимата. В качестве источника освещения использовался современный LED-светильник на основе светодиодной панели HLG Quantum Board QB288 V2 Rspec c возможностью переключения режимов вегетации. ТМ вносились в субстрат в виде водных растворов соответствующих солей. Каждый вариант включал четыре повторности. Общая продолжительность экспперимента составила 30 суток. В исследовании было обнаружено, что Tagetes patula оказались особенно эффективным фитоэкстрактором для Zn, внесенного в дозе 40 мг/кг (p<0.01). Растения при этом проявили высокую толерантность по отношению к воздействию данного токсиканта на ингибирование ростовых прецессов (по биометрическим показателям — длине и массе надземных и подземных органов) и сохранению своего внешнего эстетического вида. Дальнейшая градация по степени аккумуляции металлов в фитомассе была следующая: Cu>Pb>Ni. Никель при этом в дозе внесения 30 мг/кг наиболее сильно снижал массу и длину органов растений, что характеризует сорт как чувствительный и фитоисключатель для данного металла. Применение ГК вызвало увеличение массы надземной части растений по всем вариантам и снижение степени воздействия на этот показатель под влиянием ТМ. Отмечалось резкое снижение прироста массы корней при совместном влиянии двух факторов (ТМ+ГК) на растения. Особенно четко это отразилось в снижении массы корней в варианте с добавлением цинка: если снижение средней массы корней при одиночном внесении металла составляло в среднем 12,0 % (p<0.01) по отношению к контролю (без применения ГК и ТМ), то при совместном внесении в субстрат ГК+ТМ снижение составляло 65,0 % (p<0.01). Полученные результаты свидетельствуют о высокой буферности корней к транслокации ТМ из ризосферы в надземную массу. В целом использование ГК перспективно при создании зеленых насаждений и фиторемедиации городских почв, загрязненных ТМ.

Об авторах

Я. В. Пухальский
Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина
Россия

Пухальский Ян Викторович -  младший научный сотрудник 

Петербургское ш., д. 10, Санкт-Петербург, 196605
 



С. И. Лоскутов
Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина
Россия

кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник, доцент 

Санкт-Петербург



Г. В. Никитичева
Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина
Россия

младший научный сотрудник 

Санкт-Петербург



Л. А. Городнова
Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина
Россия

младший научный сотрудник 

Санкт-Петербург



Е. В. Воропаева
Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина
Россия

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент 

Санкт-Петербург



Список литературы

1. Строганова М. Н., Мягкова А. Д., Прокофьева Т. В. Роль почв в городских экосистемах. Почвоведение. 1997;1:96-101. Stroganova M. N., Myagkova A. D., Prokofieva T. V. Role of soils in urban ecosystems. Pochvovedenie. 1997;1:96-101. (In Russ.)

2. Строганова М. Н., Агаркова М. Г. Городские почвы: опыт изучения и систематики (на примере почв юго-западной части г. Москвы). Почвоведение. 1992;7:16-24. Stroganova M. N., Agarkova M. G. Urban soils: the experience of study and taxonomy (on the example of soils in the southwestern part of Moscow). Pochvovedenie. 1992;7:16-24. (In Russ.)

3. Герасимова М. И., Строганова М. Н., Можарова Н. В., Прокофьева Т. В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 2008, 280 c. Gerasimova M. I., Stroganova M. N., Mozharova N. V., Prokofieva T. V. Anthropogenic soils: genesis, geography, recultivation: textbook. Moscow: MGU, 2008, 280 p. (In Russ.)

4. Прокофьева Т. В., Герасимова М. И., Безуглова О. С., Бахматова К. А., Гольева А. А., Горбов С. Н., Жарикова Е. А., Матинян Н. Н., Наквасина Е. Н., Сивцева Н. Е. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России. Почвоведение. 2014;10:1155-1164. Prokofieva T. V., Gerasimova M. I., Bezuglova O. S., Bakhmatova K. A., Golyeva A. A., Gorbov S. N., Zharikova E. A., Matinyan N. N., Nakvasina E. N., Sivtseva N. E. Introduction of soils and soil-like formations of urban areas into the classification of soils in Russia. Pochvovedenie. 2014;10:1155-1164. (In Russ.) DOI: 10.7868/S0032180X14100104.

5. Шилов Л. Л., Тонконогов В. Д., Лебедева И. И., Герасимова М. И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004, 342 с. Shilov L. L., Tonkonogov V. D., Lebedeva I. I., Gerasimova M. I. Classification and diagnostics of soils in Russia. Smolensk: Oikumena, 2004, 342 p. (In Russ.)

6. Закон г. Москвы № 31 от 04.07.2007 “О городских почвах”. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/287750/. Ссылка активна на 25.10.2021. Law of the city of Moscow No. 31 of 04.07.2007 «On urban soils». URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/287750/. Link active on 25.10.2021. (In Russ.)

7. Постановление Правительства Москвы от 17.06.2008 № 514-ПП «Об утверждении Методических рекомендаций и требований по производству компостов и почвогрунтов, используемых в городе Москве». URL: https://www.mos.ru/upload/documents/oiv/l-17062008-514_pp.rtf. Ссылка активна на 25.10.2021. Decree of the Government of Moscow of 17.06.2008 No. 514-PP “On the approval of Methodological recommendations and requirements for the production of composts and soil used in the city of Moscow”. URL: https://www.mos. ru/upload/documents/oiv/l-17062008-514_pp.rtf. Link active on 25.10.2021. (In Russ.)

8. Прохоров И. С., Карев С. Ю. Особенности производства почвогрунтов для озеленения и благоустройства города Москвы. Агрохимический вестник. 2012;3:21-25. Prokhorov I. S., Karev S. Yu. Peculiarities of the production of soil for landscaping and improvement of the city of Moscow. Agrokhimichesky vestnik. 2012;3:21-25. (In Russ.)

9. Соловьева Е. С., Ашихмина Т. Я., Широких И. Г. Оценка химического загрязнения урбаноземов г. Кирова. Экологические проблемы промышленных городов, Саратов, 2011, 136-139. Solov'eva E. S., Ashikhmina T. Ya., Shirokikh I. G. Assessment of chemical pollution of urban soils in the Kirov city. Environmental problems of industrial cities, Saratov, 2011, 136-139. (In Russ.)

10. Белан Л. Н., Амирова З. К., Валиуллина А. У., Шамсутдинова Л. Р., Хакимова А. А. Тяжелые металлы в почве индустриального, рекреационного и селитебного назначения в городе Уфе. Известия Самарского научного центра РАН. 2015;6:1-5. Belan L. N., Amirova Z. K., Valiullina A. U., Shamsutdinova L. R., Khakimov A. A. Heavy metals in the soil of industrial, recreational and residential purposes in the Ufa city. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2015;6:1-5. (In Russ.)

11. Гладков Е. А. Тяжелые металлы как одни из основных загрязнителей почвенного покрова города Москвы. Auditorium. 2018;4:1-4. Gladkov E. A. Heavy metals as one of the main pollutants of the soil cover of the Moscow city. Auditorium. 2018;4:1-4. (In Russ.)

12. Горбов С. Н., Безуглова О. С., Вардуни Т. В., Горовцов А. В., Тагивердиев С. С., Гильдебрант Ю. А. Генотоксичность и загрязнение тяжелыми металлами естественных и антропогенно-преобразованных почв Ростова-на-Дону. Почвоведение. 2015;12:1519-1529. Gorbov S. N., Bezuglova O. S., Varduni T. V., Gorovtsov A. V., Tagiverdiev S. S., Gildebrant Yu. A. Genotoxicity and heavy metal pollution of natural and anthropogenically transformed soils of Rostov on-Don. Pochvovedenie. 2015;12:1519-1529. (In Russ.) DOI: 10.7868/S0032180X15120084.

13. Денмухаметов Р. Р. Геоэкологические исследования окружающей среды Приказанского района. Экологические проблемы промышленности городов, Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007, 65-68. Denmukhametov R. R. Geoecological studies of the environment of the Prikazan region. Ecological problems of the industry of cities, Saratov: Saratov State Technical University, 2007, 65-68. (In Russ.)

14. Залесов С. В., Колтунов Е. В. Содержание тяжелых металлов в почвах лесопарков г. Екатеринбурга. Аграрный вестник Урала. 2009;6:71-72. Zalesov S. V., Koltunov E. V. Content of heavy metals in the soils of forest parks in Yekaterinburg. Agrarny vestnik Urala. 2009;6:71-72. (In Russ.)

15. Лисовой Д. А., Синявский В. А. Экологическое состояние почв и урбаноземов г. Челябинска, Экология. Природопользование. Серия 12. Вестник Челябинского гос. ун-та. 2005;1:151-154. Lisovoy D. A., Sinyavsky V. A. Ecological state of soils and urban soils in Chelyabinsk, Ekologiya. Prirodopol'zovaniye. Seriya 12. Vestnik Chelyabinskogo gos. un-ta. 2005;1:151-154. (In Russ.)

16. Матинян Н. Н., Бахматова К. А., Шешукова А. А. Почвы бывшей усадьбы Шереметевых (Санкт-Петербург, наб. Р. Фонтанки, 34). Biological Communications. 2008;2:91-100. Matinyan N. N., Bakhmatova K. A., Sheshukova A. A. Soils of the former estate of the Sheremetevs (St. Petersburg, R. Fontanka emb., 34). Biological Communications. 2008;2:91-100. (In Russ.)

17. Мельников С. П., Марцун Е. В. Соединения тяжёлых металлов в урбанозёмах Пушкинского района СанктПетербурга. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015;39:119-124. Melnikov S. P., Martun E. V. Compounds of heavy metals in urban soils of the Pushkin region of St. Petersburg. Bulletin of St. Petersburg State Agrarian University. 2015;39:119-124. (In Russ.)

18. Халбаев В. Л., Гребенщикова В. И. Содержание тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd, Hg) в почвенном покрове Иркутска и его окрестностей. Вестник ИрГТУ. 2012;7(66):1-7. Khalbaev V. L., Grebenshchikova V. I. Content of heavy metals (Pb, Zn, Cd, Hg) in the soil cover of Irkutsk and its environs. Bulletin of ISTU. 2012;7(66):1-7. (In Russ.)

19. Хоробрых Р. Р. Загрязнение территории Челябинска тяжелыми металлами. Экологические проблемы промышленных городов. 2011;1:325-326. Khorobrykh R. R. Pollution of the territory of Chelyabinsk with heavy metals. Ekologicheskiye problemy promyshlennykh gorodov. 2011;1:325-326. (In Russ.)

20. Шишкина Д. Ю. Тяжелые металлы в почвах урболандшафтов г. Ростова-на-Дону. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2015;2(186):1-5. Shishkina D. Yu. Heavy metals in soils of urban landscapes in Rostov-on-Don. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskiy region. Seriya: Yestestvennyye nauki. 2015;2(186):1-5. (In Russ.)

21. Asgari Lajayer B., Khadem Moghadam N., Maghsoodi M. R., Ghorbanpour M., Kariman K. Phytoextraction of heavy metals from contaminated soil, water and atmosphere using ornamental plants: mechanisms and efficiency improvement strategies. Environ Sci Pollut Res Int. 2019;26(9):8468-8484. DOI: 10.1007/s11356-019-04241-y.

22. Awad M., El-Desoky M. A., Ghallab A., Kubes J., AbdelMawly S. E., Danish S., Ratnasekera D., Sohidul Islam M., Skalicky M., Brestic M., Baazeem A., Alotaibi S. S., Javed T., Shabbir R., Fahad S., Habib Ur., Rahman M., El Sabagh A. Ornamental Plant Efficiency for Heavy Metals Phytoextraction from Contaminated Soils Amended with Organic Materials. Molecules. 2021;26(11):3360. DOI: 10.3390/molecules26113360.

23. Khan A. H. A., Kiyani A., Mirza C. R., Butt T. A., Barros R., Ali B., Iqbal M., Yousaf S. Ornamental plants for the phytoremediation of heavy metals: Present knowledge and future perspectives. Environ Res. 2021;195:110780. DOI: 10.1016/j.envres.2021.110780.

24. Liu J., Xin X., Zhou Q. Phytoremediation of contaminated soils using ornamental plants. Environmental Reviews. 2018;26(1):43-54. DOI: 10.1139/er-2017-0022.

25. Chaturvedi N., Ahmed M. J., & Dhal N. K. Effects of iron ore tailings on growth and physiological activities of Tagetes patula L. Journal of Soils and Sediments. 2013;14(4):721-730. DOI: 10.1007/s11368-013-0777-0.

26. Chintakovid W., Visoottiviseth P., Khokiattiwong S., Lauengsuchonkul S. Potential of the hybrid marigolds for arsenic phytoremediation and income generation of remediators in Ron Phibun District, Thailand. Chemosphere. 2008;70(8):1532-1537. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2007.08.031.

27. Daghan H. Investigation of Phytoremediation Potential of Tagetes patula L. Plant in Hydroponic Culture Conditions. Soil Water Journal. 2016;5(2):25-31.

28. Huq S., Joardar J., Parvin S. Marigold (Tagetes patula) and ornamental arum (Syngonia sp.) as phytoremediators for arsenic in pol soil. Bangladesh Journal of Botany. 2005;34(2):65-70.

29. Liu Y.-T., Chen Z.-S., Hong C.-Y. Cadmium-induced physiological response and antioxidant enzyme changes in the novel cadmium accumulator, Tagetes patula. Journal of Hazardous Materials. 2011;189(3):724-731. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2011.03.032.

30. Singh S. K., Biswojit B. Bioavailability of Heavy Metals (Cd, Cr, Ni, Pb) to French Marigold (Tagetes patula) in relation to Soil properties. Technical & Scientific Research. 2018;1(5):555572. DOI:10.19080/TTSR.2018.01.555572.

31. Sun Y., Zhou Q., Xu Y., Wang L., Liang, X. Phytoremediation for co-contaminated soils of benzo[a]pyrene (B[a]P) and heavy metals using ornamental plant Tagetes patula. Journal of Hazardous Materials. 2011;186(2-3):2075-2082. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.12.116.

32. Wei J.-L., Lai H.-Y., Chen Z.-S. Chelator effects on bioconcentration and translocation of cadmium by hyperaccumulators, Tagetes patula and Impatiens walleriana. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2012;84:173-178. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2012.07.004.

33. Ahmad S., Khan J. A., Jamal A. Response of Pot Marigold to Different Applied Levels of Humic Acid. Journal of Horticulture and Plant Research. 2019;5:57-60. DOI: 10.18052/www.scipress. com/JHPR.5.57.

34. Sonmez F., Alp S., Yasar O. The effects of humic acid application on the nutrient contents and heavy metals in organs of marigold (Tagetes erecta L.). Fresenius Environmental Bulletin. 2017;26(8):5340-5348.

35. Burkhead J. L., Gogolin Reynolds K. A., Abdel-Ghany S. E., Cohu C. M., Pilon M. Copper homeostasis. New Phytol. 2009;182(4):799-816. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.02846.x.

36. Гигиенические нормативы 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве», Роспотребнадзор, 2009, 6 с. URL: https://www.np-ciz.ru/userfiles/2_1_7_2511-09.pdf. Hygienic standards 2.1.7.2511-09 «Approximate permissible concentrations (APC) of chemicals in the soil», Rospotrebnadzor, 2009 URL: https://www.np-ciz.ru/userfiles/2_1_7_2511-09.pdf. (In Russ.)

37. Колесников С. И., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф., Пономарева С. В. Ранжирование химических элементов по их экологической опасности для почвы. Доклады Российской Академии сельскохозяйственных наук. 2010;1:27-29. Kolesnikov S. I., Kazeev K. Sh., Valkov V. F., Ponomareva S. V. Ranking of chemical elements according to their environmental hazard to soil. Doklady Rossiyskoy Akademii sel'skokhozyaystvennykh nauk. 2010;1:27-29. (In Russ.)

38. Cabot C., Martos S., Llugany M., Gallego B., Tolrà R., Poschenrieder C. A. Role for Zinc in Plant Defense Against Pathogens and Herbivores. Front Plant Sci. 2019;10:1171. DOI: 10.3389/fpls.2019.01171.

39. Gerendas J., Polacco J. C., Freyermuth S. K., Sattelmacher B. Significance of nickel for plant growth and metabolism. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 1999;162:241- 256. DOI: 10.1002/(SICI)1522-2624(199906)162:3<241::AIDJPLN241>3.0.CO;2-Q.

40. Pilon M., Cohu C. M., Ravet K., Abdel-Ghany S. E., Gaymard F. Essential transition metal homeostasis in plants. Current Opinion in Plant Biology. 2009;12(3):347-357. DOI:10.1016/j.pbi.2009.04.011.

41. Гостищева М. В., Федько И. В., Писниченко Е. О. Сравнительная характеристика методов выделения гуминовых кислот из торфов с целью получения гуминовых препаратов. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2004;1(9):66-68. Gostishcheva M. V., Fedko I. V., Pisnichenko E. O. Comparative characteristics of methods for the extraction of humic acids from peat in order to obtain humic preparations. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki. 2004;1(9):66-68. (In Russ.)

42. Осмоловская Н. Г., Самута В. Ю., Богомазова М. В., Кузина О. Н., Куриленко В. В. Фиторемедиационный потенциал некоторых декоративных растений в условиях загрязнения городских почв тяжелыми металлами, сб.: Механизмы устойчивости растений и микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды, 2018, 1103-1105. Osmolovskaya N. G., Samuta V. Yu., Bogomazova M. V., Kuzina O. N., Kurilenko V. V. and microorganisms to adverse environmental conditions. In book: Mechanisms of plant resistance and microorganisms to adverse environmental conditions, 2018, 1103-1105. (In Russ.) DOI: 10.31255/978-5-94797-319-8-1103-1105.

43. Sharakshane A. An easy estimate of the PFDD for a plant illuminated with white LEDs:1000 lx = 15 μmol/s/m2, BioRxiv. 2018. DOI: 10.1101/289280.

44. Najah Z., Elsherif K. M., Alshtewi M., Attorshi H. Phyochemical profile and heavy metals contents of Codium tomentosum and Sargassum honschuchi. Journal of Applicable Chemistry. 2015;4(6):1821-1827. DOI: 10.13140/RG.2.1.3102.3440.

45. Воробьев Н. И., Пухальский Я. В., Свиридова О. В., Пищик В. Н., Панфёрова Т. В., Ивахнюк Г. К. Фрактальная композиция количественных соотношений химических элементов в растениях, сб.: Вклад агрофизики в решение фундаментальных задач сельскохозяйственной науки. 2020, 632-637. Vorobiev N. I., Pukhalskiy Ya. V., Sviridova O. V., Pishchik V. N., Panferova T. V., Ivakhnyuk G. K. Fractal composition of quantitative ratios of chemical elements in plants. In book: Contribution of agrophysics in solving fundamental problems of agricultural science. 2020, 632-637. (In Russ.)

46. Firdaus-e-Bareen, Nazir A. Metal decontamination of tannery solid waste using Tagetes patula in association with saprobic and mycorrhizal fungi. The Environmentalist. 2009;30(1):45-53. DOI: 10.1007/s10669-009-9241-5.

47. Janowska B., Andrzejak R. Effect of mycorrhizal inoculation on development and flowering of Tagetes patula L. ‘Yellow Boy’ and Salvia splendens Buc’hoz ex Etl. ‘Saluti Red’. Acta Agrobot. 2017;70(2):1703. DOI: 10.5586/aa.1703.

48. Linderman R. G., Davis E. A. Varied response of marigold (Tagetes spp.) genotypes to inoculation with different arbuscular mycorrhizal fungi. Scientia Horticulturae. 2004;99(1):67-78. DOI: 10.1016/S0304-4238(03)00081-5.

49. Schmidt B., Sumalan R. The influence of arbuscular mycorrhizal fungi on ornamental characters of Tagetes patula L., Journal of Horticulture. Forestry and Biotechnology. 2011;15:170- 174.

50. Zhou X., Fu L., Xia Y., Zheng L., Chen C., Shen Z., Chen Y. Arbuscular mycorrhizal fungi enhance the copper tolerance of Tagetes patula through the sorption and barrier mechanisms of intraradical hyphae. Metallomics. 2017;9(7):936- 948. DOI: 10.1039/C7MT00072C.

51. Jing J., Zhang S,. Yuan L., Li Y., Lin Z., Xiong Q., Zhao B. Combining humic acid with phosphate fertilizer affects humic acid structure and its stimulating efficacy on the growth and nutrient uptake of maize seedlings. Scientific Reports. 2020;10:17502. DOI: 10.1038/s41598-020-74349-6. URL: https://www.researchgate.net/publication/346025987_Combining_humic_acid_with_phosphate_fertilizer_affects_humic_acid_structure_and_its_stimulating_efficacy_on_the_growth_and_nutrient_uptake_of_maize_seedlings


Для цитирования:


Пухальский Я.В., Лоскутов С.И., Никитичева Г.В., Городнова Л.А., Воропаева Е.В. Влияние гуминовых кислот на фитоэкстракцию тяжёлых металлов Tagetes patula L. Садоводство и виноградарство. 2021;(5):10-18. https://doi.org/10.31676/0235-2591-2021-5-10-18

For citation:


Pukhalsky Y.V., Loskutov S.I., Nikiticheva G.V., Gorodnova L.A., Voropaeva E.V. Humic acids impact on heavy metal phytoextraction in Tagetes patula L. Horticulture and viticulture. 2021;(5):10-18. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/0235-2591-2021-5-10-18

Просмотров: 90


ISSN 0235-2591 (Print)
ISSN 2618-9003 (Online)