Американский Научный Журнал ВЛИЯНИЕ ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ НА РЕМЕДИАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ РАСТЕНИЙ

Аннотация. Исследование ремедиационной способности растений в условиях постоянных концентраций тяжелых металлов показали перспективность использования препаратов гумусовых кислот в фитормедиационных технологиях в качестве эффекторов фитоэкстракции. Гумусовые кислоты снизили токсичность меди, кадмия и свинца, в результате чего ремедиационная способность растений пшеницы возросла в 2-8 раз. Скачать в формате PDF
20 American Scientific Journal № ( 27 ) / 20 19
НАУКИ ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

ВЛИЯНИЕ ГУМУСОВЫХ КИ СЛОТ НА РЕМЕДИАЦИОН НЫЙ ПОТЕНЦИАЛ РАСТЕН ИЙ

Кирдей Т.А.
Ивановская государственная сельскохозяйственная академия имени Д.К.Беляева,
г. Иваново, Россия

Аннотация . Исследование ремедиационной способности растений в условиях постоянных
концентраций тяжелых металлов показали пе рспективность использования препарат ов гумусовых кислот
в фитормедиационных технологиях в качестве эффекторов фитоэкстракции. Гумусовые кислоты снизили
токсичность меди, кадмия и свинца, в результате чего ремедиационная способность растений пшеницы
возросл а в 2 -8 раз.
Ключевые слова: фиторе медиация, тяжелые металлы, гумусовые кислоты, пшеница.

Введение
Опасность загрязнения окружающей среды
тяжелыми металлами (ТМ) обусловлена их
высокой токсичностью для живых организмов в
относительно низких концентрация х,
мутагенными , канцерогенными, тератогенными
свойствами, способностью к биоаккумуляции. При
избыточном поступлении в окружающую среду ТМ
ведут себя как экотоксиканты, негативно
воздействующие не только на отдельные
организмы, но и на экосистему в целом.
Накопление ТМ в экосистемах вызвает снижение
видового разнообразия, общей биомассы и
численности организмов, способствует развитию
техногенной сукцессии и может стать причиной
деградации и полного разрушения экосистем.
В устойчивости экосистем значительная роль
принадле жит гуминовым веществам – уникальным
природным соединениям, связывающим живые
организмы и абиотическую среду, выполняющим
глобальные функции и обеспечивающим само
существование биосферы [1]. Наиболее
реакционноспособной частью гуминовых вещес тв
являются гу мусовые кислоты (ГФК) – гуминовые
(ГК) и фульвокислоты (ФК). Взаимодействуя с ТМ,
ГФК изменяют формы их существования и влияют
тем самым на биодоступность и токсичность
металлов, процессы аккумуляции и геохимической
миграции в почвенных и вод ных экосистема х.
Комплексообразующие свойства наиболее сильно
выражены у ГК, связывающих металлы в прочные
комплексы в основном с помощью
кислородсодержащих карбоксильных и фенольных
групп [1, 2]. Растворимые ГФК, напротив,
способствуют миграции ТМ по проф илю и
повышают биодоступность металлов.
Взаимодействуя с металлами, ГФК могут как
снизить, так и увеличить их накопление растениями
[3,4], что обусловлено, по -видимому, образованием
растворимых или нерастворимых солей.
Связывание токсикантов приводит к сн ижению их
биод оступности и, как следствие, уменьшению
биоаккумуляции и усилению роста растений.
Существуют свидетельства повышения
доступности ТМ и усиления их токсичности в
присутствии ГФК, особенно при высоких
концентрациях ТМ [5,6].
Использование препа ратов ГФК в
фи торемедиационных технологиях практически не
исследовано. Фиторемедиация - технологии
очистки почвы, воды от загрязнителей с помощью
растений [7,8]. Преимущества фиторемедиции
заключаются в безопасности для окружающей
среды, относительно низко й себестоимост и,
высокой эффективности. Для повышения
фитоэкстракции ТМ растениями, не являющимися
гипераккумуляторами, используют синтетические
хелаторы (например, этилендиаминтетрауксусную
кислоту - ЭДТА), которые повышают подвижность
ТМ и их поглощение растениями. Од нако
синтетические эффекторы фитоэкстракции или их
комплексы с металлами могут вызывать
загрязнение окружающей среды и проявлять
токсичность в отношении живых организмов. В то
же время, в немногочисленных экспериментах
получены свидетельства повышения нако пления
растениями ТМ под влиянием экологически
безопасных природных комплексообразователей -
ГФК [3,4,9].
Таким образом, представляет интерес
исследование влияния гумусовых кислот на
ремедиационный потенциал растений.
Материалы и методы
Для пров едения исследований на основе
анализа литературных данных и предварительных
экспериментов был выбран препарат гумусовых
кислот торфа, представляющий собой
водорастворимую соль ГФК. Известно, что
препараты ГФК торфа проявляют наибольшую
активность в оки слит ельно -восстановительных
процессах, обладают высокой поверхностной и
антиоксидантной активностью [2]. Препарат
получен из низинного торфа древесно -осоковой
группы со степенью разложения 35 -40% [10].
Являясь относительно молодым геологическим
образов ание м, н изинный торф сохраняет в своем
составе большое количество биологически
активных веществ - продуктов жизнедеятельности
микроорганизмов. Биологически активные
вещества торфа включают в себя аминокислоты,
углеводы, ферменты, антибиотики, витамины и
пр ирод ные стимуляторы роста. Максимальное
количество биологически активных веществ
приходится на долю гуминовых кислот,
содержание которых достигает в среднем 40 -50%
от сухой массы торфа. Технология производства
препарата обеспечивает наиболее полный перевод
все х би ологически активных веществ (в

American Scientific Journal № (27 ) / 201 9 21
особенности гуминовых веществ) в доступное для
растений состояние. При этом гуминовые кислоты
превращаются в физиологически активные
водорастворимые соли – гуматы.
Объектом исследований была яровая пшеница
(Triticum a esti vum L. ) сорта Приокская. Известно,
что злаковые растения отзывчивы на
стимулирующее действие ГФК [11]. Культурные
растения – «исключатели» ионов ТМ могут иметь
преимущества в фиторемедиационных технологиях
в связи с высокой скоростью роста и способност ью
накап ливать металлы в корневой системе, что
может быть использовано в технологии
ризофильтрации.
Модельные вегетационные эксперименты
проводили в водной культуре, позволяющей
непосредственно создавать заданную
концентрацию как гумусовых кислот, так и
тяжелы х ме таллов. Семена опытных растений
проращивали в чашках Петри при температуре 20 -
22 0 С на фильтровальной бумаге, смоченной
растворами солей ТМ (сульфата меди в
концентрациях 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мкМ,
сульфата кадмия в концентрациях 10, 25, 50, 100 ,
250, 500 и 1000 мкМ, нитрата свинца в
концентрациях 500, 1000 и 2000 мкМ) с
добавлением препарата ГФК или без препарата.
Гуминовый препарат использовали в концентрации
0.01%, которая выбрана как наиболее
физиологически эффективная при проращивании
семян. Чер ез 7 -14 дней проростки переносили на 1 -
литровые сосуды с 0.25 нормы раствора Хогланда
[12]. По мере роста растений увеличивали норму
питательной смеси до 0.5 и 1. На опытных
вариантах в раствор добавляли соли ТМ в
соответствии со схемой опыта. При изуч ении
действия высоких концентраций меди
дополнительно изучали влияние 500 и 1000 мкМ
сульфата меди при начале эксперимента в возрасте
растений 30 дней, что позволило выяснить влияние
ГФК на устойчивость взрослых растений и
накопление меди. На всех вари анта х оп ыта
растения выращивали с препаратом ГФК или без
препарата (0.005%). Контролем служили растения,
выращенные без солей ТМ и ГФК в среде.
Растения выращивали при искусственном
освещении при длине дня 16 ч. Смену питательного
раствора осуществляли каж дые 7 дн ей.
Температуру поддерживали 20 -22 0 С, рН раствора
– 5.3 – 5.6. Повторность в опытах 4 -хкратная, в
наблюдениях – 3-х кратная.
В процессе проведения исследований
отмечали фазы развития растений, проявление
внешних признаков повреждения корней и по бего в
оп ытных растений. Учитывали сырую и сухую
массу, измеряли длину корней и побегов растений.
Содержание ионов ТМ в растениях определяли на
атомно -абсорбционном спектрометре "Shimadzu"
(Япония), модель 6800 в лаборатории НИИ химии
ННГУ им. Н.И. Лобачевс кого по общепринятым
методикам.
Степень устойчивости растений к ТМ
выражали соотношением сухой массы побегов
растений на опытных и контрольном вариантах.
За коэффициент биологического накопления
(КБН) ионов ТМ в растениях принимали
отношение содержания ио нов в ра стениях к их
содержанию в среде. Рассчитывали коэффициент
фиторемедиационной эффективности ГФК: 1) по
накоплению ионов металлов в одном растении –
определяли соотношение накопления ионов
металлов в растениях, выращенных при
использовании ГФК и без ГФК; 2) по
коэффициенту биологического накопления –
определяли соотношение КБН при использовании
ГФК и без ГФК.
Статистическую обработку данных проводили
при помощи программы Excel с использованием
дисперсионного и регрессионного методов анализа.
Результа ты и ссле дований
В результате исследований установлено, что
ГФК снизили содержание ионов меди в побегах
растений при концентрациях до 250 мкМ, кадмия –
до 25 мкМ включительно (таблица 1). При 500 мкМ
Pb (NO 3)2 проявилась тенденция снижения
накопления свинца в п обег ах растений под
влиянием ГФК. Наиболее высокая эффективность
ГФК наблюдалась в присутствии меди –
содержание ионов в побегах растений снизилось в
5 раз при 250 мкМ CuSO 4, в присутствии кадмия - в
3 раза при 25 мкМ CdSO 4.
ТАБЛИЦА 1
СОДЕРЖАНИЕ ТМ В РАС ТЕНИЯХ (МГ/КГ СУХОЙ МАССЫ) (КОЛОШЕНИЕ
КОНТРОЛЬНЫХ РАСТЕНИЙ )
Варианты Медь Кадмий Свинец
побеги корни побеги корни побеги корни
1.10 - - 7.4 220.0 - -
2.10 +ГФК - - 6.6 135.0 - -
3.25 57.0 1120.0 76.0 630.0 - -
4.25+ГФК 50.0 1095.0 26.0 260.0 - -
5.50 102.0 1670.0 83.0 910.0 - -
6.50+ГФК 72.0 1640.0 96.0 2260.0 - -
7.100 66.0 3530.0 - - - -
8.100+ГФК 42.0 660.0 - - - -
9.250 790.0 2890.0 - - - -
10.250+ГФК 140.0 2770.0 - - - -
11.500 90.0* 1890.0* - - 100.00 740.00
12.500+ГФК 82.0* 1640.0* - - 73.00 1260.00
13.1000 93.0* 2300.0* - - 119.40 3381.00

22 American Scientific Journal № ( 27 ) / 20 19
По накоплению ТМ побегами в расчете на
одно растение изучаемые ТМ располагаются в
убывающий ряд: Pb > Cu > Cd , корнями - Cu > Pb >
Cd (.
Ремедиационные свойства растений
характеризует коэффициент биологического
накопления (КБН). В результате исследований
установлено, что КБН свинца в корнях растений
превысил КБН в побегах в 7 -28 раз, к адмия – в 8 -30
раз, меди – в 4 -53 раз (рисунок 1). Несмо тря на то,
что абсолютные значения накопления свинца были
выше, чем меди и кадмия, КБН изученных
металлов как для побегов, так и для корней
растений располагается в следующий убывающий
ряд: Cu >Cd >> Pb .

1. C uSO 4 25 мкМ 2. C uSO 4 25 +ГФК 3. C uSO 4 50 мкМ 4. C uSO 4 50+ГФК 5. C uSO 4 100 мкМ 6. C uSO 4
100+ГФК 7. C uSO 4 250 мкМ 8. CuSO 4 250 мкМ +ГФК 9. * CuSO 4 500 мкМ 10. *C uSO 4 500
+ГФК11.* CuSO 4 1000 мкМ 12. *C uSO 4 1000 +ГФК13. CdSO 4 10 мкМ14. Cd SO 4 10 мкМ +ГФК15 .CdSO 4 25
мкМ16. Cd SO 4 25 мкМ +ГФК17.CdSO 4 50мкМ18. Cd SO 4 50 мкМ +ГФК 19. Pb (NO 3)2 500 мкМ20.
Pb (NO 3)2 500 мкМ+ГФК21. Pb (NO 3)2 1000 мкМ 22. Pb (NO 3)2 1000 мкМ + ГФК23. Pb (NO 3)2 2000мкМ 24.
Pb (NO 3)2 2000мкМ +ГФК (* -начало действия ТМ в возрасте растений 30 дне й)
Рисунок 1 – Коэффи циент биологического накопления ТМ

Накопление ТМ в расчете на одно растение
лучше отражает ремедиационную способность
растений, так как учитывается изменение массы
растений (таблица 2). По накоплению ТМ побегами
в расчете на одно ра стение изучаемые ТМ
располагаются в убывающий ряд: Pb > Cu > Cd ,
корнями - Cu > Pb > Cd . Причем накопление меди
относительно взрослыми растениями – при начале
эксперимента в возрасте 30 дней – возрастает в
сравнении с растениями, выращенными в условиях
высо ких концентра ций меди с начала онтогенеза.
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
КБП
Варианты
Побеги Корни
14.1000+ГФК 120.0* 4740.0* - - 1212.00 3171.00
15.2000 - - - - 942.60 9128.00
16.2000+ГФК - - - - 4299.00 7120.00
Примечания: * начало действия меди в возрасте растений 30 дней; жирным шрифтом выде лено
статистически доказанное снижение содержания ТМ под влиянием ГФК; жирным шрифтом и
курсивом выделено статистически доказанное увеличение содержания ТМ под влиянием ГФК

American Scientific Journal № (27 ) / 201 9 23
ТАБЛИЦА 2
НАКОПЛЕНИЕ ТМ РАСТЕН ИЯМИ ПШЕНИЦЫ В ФАЗУ КОЛОШЕНИЯ ( В РАСЧЕТ Е НА
ОДНО РАСТЕНИЕ)
Коэффицие нт фиторе медиационной
эффективности ГФК показывает, во сколько раз
повышается накопление ионов металлов в
сравнении с вариантами без ГФК. Коэффициент
фиторемедиационной эффективности ГФК,
рассчитанный с учетом изменения массы растений,
лучше отраж ает фитор емедиацио нную
способность растений (таблица 3). Очевидно, что
гумусовые кислоты снижают токсичность ТМ, в
результате чего увеличивается масса и
фиторемедиационная способность растений.
Препарат ГФК повысил накопление меди корнями
растений пшеницы в 1.4 -3.2 раза, ка дмия – в 2.1
раза (при 50 мкМ/л Cd SO 4), побегами – кадмия в 3.7
раза (при 50 мкМ/л), свинца – в 3.2 и почти в 9 раз
при 2000 и 1000 мкМ/л Pb (NO 3)2 соответственно.

ТАБЛИЦА 3
КОЭФФИЦИЕНТ ФИТОРЕМЕДИАЦИОННОЙ Э ФФЕКТИВНОСТИ ГФК
Варианты Содержание ТМ, мг/растение
побеги корни
Медь
1. CuSO 4 25 мкМ 0.068 0.728
2. CuSO 4 25 мкМ + ГФК 0.079 1.029
3. CuSO 4 50 мкМ 0.067 0.852
4. CuSO 4 50 мкМ +ГФК 0.071 1.312
5. CuSO 4 100 мкМ 0.031 0.918
6. CuSO 4 100 мкМ +ГФК 0.027 0.264
7. CuSO 4 250 мкМ 0.229 0.202
8. CuSO 4 250 мкМ +ГФК 0.081 0.665
9. *CuSO 4 500 мкМ 0.281 1.399
10. *CuSO 4 500 мкМ +ГФК 0.287 1.246
11.*CuSO 4 1000 мкМ 0.199 1.104
12. *CuSO 4 1000 мкМ +ГФК 0.210 1.706
Кадмий
13.CdSO 4 10 мкМ 0.031 0.242
14.CdSO 4 10 мкМ +ГФК 0.033 0.165
15.CdSO 4 25 мкМ 0.079 0.491
16.CdSO 4 25 мкМ +ГФК 0.035 0.244
17.CdSO 4 50мкМ 0.015 0.246
18.CdSO 4 50 мкМ + ГФК 0.055 0.520
Свинец
19. Pb(NO 3)2 500 мкМ 0.205 0.185
20. Pb(NO 3)2 500 мкМ+ГФК 0.177 0.353
21. Pb(NO 3)2 1000 мкМ 0.215 0.676
22. Pb(NO 3)2 1000 мкМ + ГФК 1.891 0.571
23. Pb(NO 3)2 2000мкМ 0.923 1.004
24. Pb(NO 3)2 2000мкМ +ГФК 2.966 0.570
Концентрация солей
ТМ, мкМ/л
По накоплению ТМ одним
растением По КБН
побеги корни побеги корни
Медь
1. 25 1.16 1.41 0.88 0.98
2. 50 1.06 1.54 0.71 0.98
3. 100 0.87 0.29 0.64 0.19
4. 250 0.35 3.29 0.18 0.96
5. *500 1.02 0.89 0.91 0.87
6.*1000 1.06 1.55 1.29 2.06
Кадмий
7.10 1.06 0.68 0.89 0.61
8. 25 0.44 0.50 0.34 0.41
9.50 3.67 2.11 1.16 2.48
Свинец
10. 500 0.86 1.91 0.73 1.70
11. 1000 8.80 0.84 10.15 0.94
12. 2000 3.21 0.57 4.56 0.78

24 American Scientific Journal № ( 27 ) / 20 19
Таким образом, исследование
ремедиационной способности растений в условиях
постоянных концентраций ТМ показали
перспективность испол ьзования препаратов
гумусовых кислот в фитормедиационных
технологиях в качестве эффекторов фито экстракци.
Гумусовые кислоты снизили токсичность меди,
кадмия и свинца, в результате чего ремед иационная
способность растений пшеницы возросла в 2 -8 раз.
Культурные растения – «исключатели» ионов ТМ
могут иметь преимущества в фиторемедиационных
технологиях в связи с высокой скоростью роста и
способностью накапливать металлы в корневой
системе, что м ожет быть использовано в
технологии ризофильтрации.

Список литературы
1. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и
общая теория гумификации. М.:1. Мир. 1990. -325
с.
2. Перминова И. В. Анализ, классификация и
прогноз свойств гуминовых кислот : дис....доктора
химичес ких наук. – МГУ, 2000. – 359 с.
3. Halim M. , Conte P., Piccolo A. Potential
availability of heavy metals to phytoextraction from
contaminated soils induced by exogenous humic
substances // Chemosphere . 2003. V. 52, no. 1, pp. 265 -
275.
4. Evangelou M. W. H., Daghan H., Schaeffer
A. The influence of humic acids on the phytoextraction
of cadmium from soil// Chemosphere . 2004. V. 57, no.
3, pp. 207 -213.
5. Антонова О.И., Зубченко Е. Б., Скокова
О.В. Эффективность использования гуматов при
загрязнении почв тяжелыми металла ми // Вестник
Алтайского государственного аграрного
университета . 2003. Т.10. № 2. С. 21 -26.
6. Bandiera M. , Mosca G., Vamerali T. Humic
acids affect root characteristics of fodder radish (
Raphanus sativus L. var. oleiformis Pers.) in metal -
polluted wastes //Desalination .-2009. vol. 246, no. 1,
pp. 78 -91.
7. Прасад М.Н . Практическое применение
растений для восстан овления экосистем,
загрязненных металлами//Физиология растений.
Обзор. 2003. Т. 50. № 5. С. 764 -780.
8. Pilon -Smits E.A.H. Phytoremediation // Ann.
Rev. Plant Biol. 2005. V. 56. P. 15 –39.
9. Кирдей Т.А. Пер спективы исполь зования
гуминовых веществ в фиторемедиаци и сточных
вод//Вода: химия и экология. -2017. -№ 8. С. 27 -33.
10. Пат. № 2310633, Российская Федерация.
МПК С05 F11/02, С10 F7/00. Способ получения
жидких торфяных гуматов / Ю.А. Калинников,
И.Ю. Вашурина, Т.А. Кирдей; заявитель и
патентообладатель ООО НПФ «Недра». №
2006120883/04, за явл. 15.06.2006, опубл.
20.11.2007. Бюл. N 32.
11. Христева Л.А. Действие физиологически
активных гуминовых кислот на растения при
неблагоприятных внешних условиях// Гуминовые
удобрения: Теория и практика их применения.
Днепропетровск , 1973. Т.4. С. 15 -23.
12. Hoaglond D. R. The water culture method
for growing plants without soil/ D. R. Hoaglond, D. E.
Arnon //Calif. Agric. Expt. Stn. Ciro. - 1950. - P. 347 .

МЕТОДЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО СТЕПЕН И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Цгоев Таймураз Федорович
доцент, к.т.н.,
Северо -Кавказский горно -металлургический институт
(Го сударственный технологический университет), г. Владикавказ
Теблоев Роланд Антонович
профессор, к.т.н.,
Северо -Кавказский горно -металлургический институт
(Государственный технологический университет ), г. Владикавказ

METHODS OF CLASSIFICATION OF ENTERPRISES BY THE DEGREE OF THEIR IMPACT
ON THE ENVIRONMENT

Tsgoev Mr F.
associate Professor, Ph. D.,
North Cauca sus mining and metallurgical Institute
(State technological University), Vladikavkaz
Tebloev Roland Antonovich
Professor, Ph. D.,
North Caucasus mining and metallurgical Institute
(State technological University), Vladikavkaz

Аннотация . В статье дается кр аткий анализ метод ов диагностики предприятий на степень их
воздействия на окружающую природную среду и их использование в системе эколог ического
менеджмента . Методы экологического ранжирования использованы для определения степени опасности
основных предпри ятий г. Владикавказ и могут быть применены при управлении экологической
безопасностью в городе.