Найден способ снизить токсичность загрязненных почв

Группа почвоведов и биологов из Ростова определила, как загрязнение почвы металлами влияет на рост и физиологические процессы важнейшей для юга России культуры – ярового ячменя. В таких условиях растение накапливает токсичные элементы, которые могут по пищевой цепи попадать в продукты питания. Ученые предложили снижать содержание металлов в ячмене при помощи биоугля и устойчивых к металлам бактерий. О своей работе исследователи сообщили в журнале Enviromental Geochemistry and Health. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

Проблема загрязнения почвы с каждым годом становится все более критичной для сельского хозяйства в промышленных районах России. Тяжелые металлы снижают скорость роста и урожайность растений, а накопление свинца, цинка и других элементов делает получаемую продукцию потенциально опасной для животных и человека. Ученые показали, что получаемый из отходов растениеводства биоуголь и устойчивые к металлам микробы могут помочь в восстановлении загрязненной почвы и получении экологически чистой растительной продукции.

Исследователи выращивали ячмень (Hordeum vulgare L.) в почве из верхнего слоя, загрязненной отходами промышленного предприятия, собранной в районе Атаманского озера. Они поместили по 20 семян ячменя в специально подготовленные горшки, в один из которых добавили биоуголь, в другой – металлоустойчивых бактерий, а в третий – и то, и другое. Еще одну группу растений посадили в загрязненную почву без добавок, а для контроля изучали ячмень, выращенный на чистом субстрате.

Спустя 60 дней биологи оценили динамику роста и развития ячменя, изучили физиологические показатели, характеризующие процесс фотосинтеза и испарения воды растением, а также провели микроскопические исследования. У ячменя, выросшего в почве с биоуглем и металлоустойчивыми бактериями, побег был в 2,1 раза, длину корня в 1,7 раза, длину листьев в 2,3 раза и сухую массу в 3 раза большие по сравнению с растениями из просто загрязненной почвы, и почти достиг размеров «контрольного». По словам ученых, растение быстрее стало испарять воду, а это процесс, необходимый для обмена веществ. Чтобы его оценить, растения взвешивали на сверхточных весах, передающих данные о массе на компьютер с интервалом в 3 секунды.

Исследователи использовали различия в этих измерениях между контрольными и загрязненными растениями, чтобы оценить токсичность химических элементов. Кроме того, они провели спектральный анализ сожженных образцов (корней, стеблей и листьев) на наличие в них тяжелых металлов, и выяснили, что внесение в загрязненную почву биоугля и бактерий уменьшает их содержание в 1,78 – 9,23 и 1,79 – 5,30 раза соответственно, в то время как совместное применение приводило к снижению содержания всех изученных металлов в 3,11 – 17 раз.

Рост ячменя в загрязненной почве вызвал накопление тяжелых металлов как в корнях, так и в надземных тканях растений. Кроме того, токсичные элементы влияли на растения и на клеточном уровне. При помощи микроскопов ученые обнаружили, что целостность и работа клеток ячменя, выросшего в загрязненной почве, тоже была нарушена. Они отметили воздействие токсических веществ на анатомию растений, их органеллы и на внутреннюю структуру хлоропластов, участвующих в фотосинтезе. Все эти изменения и повлияли на физиологическое состояние ячменя. Биологи пришли к выводу, что внесение в почву биоугля в сочетании с устойчивыми к тяжелым металлам бактериями эффективно для восстановления загрязненных почв, и положительные изменения, вызванные обработкой, можно проследить на всех уровнях организации растений.

«С помощью связывающего металлы биоугля и металлоустойчивых бактерий можно уменьшить токсичность загрязненных почв для агрокультур. Теперь одной из главных наших задач станет изучение процессов, происходящих с растениями под влиянием этих добавок. В будущем эта работа поможет людям в разработке методов очищения почвы от загрязнения тяжелыми металлами и другими токсичными веществами», – отмечает Светлана Сушкова, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Южного федерального университета (Ростов-на-Дону).