Влияние лимонной кислоты на фитоэкстракционный потенциал растений Cucurbita pepo, Lagenaria siceraria и Raphanus sativus, подвергнутых многократному воздействию

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13070 (2023) Цитировать эту статью

131 доступ

Подробности о метриках

Фитоэкстракция — это новый метод, который предполагает использование растений для удаления тяжелых металлов из загрязненной почвы. Эксперимент в горшке на открытом воздухе был разработан для оценки потенциала фитоэкстракции трех видов растений Cucurbita pepo, Lagenaria siceraria и Raphanus sativus в почве, загрязненной несколькими металлами (Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb и Zn) при применении лимонная кислота. Результаты показали, что Raphanus sativus из всех изученных растений имел наибольшую сухую массу корней и побегов, а также способность накапливать все тяжелые металлы в более высоких концентрациях, за исключением Cu. Внесение лимонной кислоты в загрязненную почву значительно увеличило рост растений, биомассу и поглощение тяжелых металлов. Высокие значения биоконцентрации свидетельствуют о том, что Raphanus sativus является перспективным растением для поглощения и накопления Cd и Ni из почвы. Максимальные значения биоконцентрации наблюдались также при внесении лимонной кислоты. Величины транслокации металлов из корня в побег варьировались в зависимости от вида растений и применения лимонной кислоты. Что касается биомассы, содержания металлов, а также процентных значений удаления металлов, стало очевидно, что растение Raphanus sativus было наиболее эффективной культурой в удалении тяжелых металлов из почвы, загрязненной многими металлами. В целом эти результаты подчеркивают, что применение лимонной кислоты может быть полезным подходом для фитоэкстракции Cd и Ni растениями Raphanus sativus. Когда эти растения выращиваются как овощные культуры, больше внимания следует уделять оценке содержания в них тяжелых металлов, особенно при добавлении лимонной кислоты в почву с помощью систем фертигации, чтобы избежать загрязнения пищевой цепи.

Тяжелые металлы загрязнили сельскохозяйственные почвы во многих частях мира. Это связано с современной агротехникой. Различные виды сельскохозяйственной деятельности, такие как использование органических и неорганических удобрений, применение чрезмерных количеств пестицидов и орошение водой низкого качества, считаются основными источниками загрязнения тяжелыми металлами сельскохозяйственных почв1,2. Накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах может привести к ухудшению качества почвы и качества грунтовых вод3. Они могут поставить под угрозу урожайность сельскохозяйственных культур и здоровье человека на протяжении всей пищевой цепи4,5. Таким образом, крайне важно восстановить содержание тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах. Для решения этой экологической проблемы были разработаны различные подходы6.

Использование специализированных и высокоадаптированных растений для поглощения, транспортировки и накопления тяжелых металлов в биомассе органов, пригодных для сбора из загрязненной почвы, известно как фитоэкстракция7,8. Фитоэкстракция в последнее время приобрела популярность благодаря своей экономичности и экологической безопасности6. Однако эффективность поглощения и переноса тяжелых металлов в части урожая может различаться в зависимости от вида растений, типа почвы и условий окружающей среды9,10,11.

Хотя существует 400 видов гипераккумуляторов металлов (виды, способные накапливать значительные количества металлов из окружающей почвы в своих надземных тканях) и они широко изучены для фитоэкстракции металлов, их использование для фитоэкстракции из загрязненных металлами почв представляет собой проблему, поскольку из-за их небольшого размера, низкого производства биомассы и отсутствия каких-либо устоявшихся методов культивирования, борьбы с вредителями или других методов управления12,13. Чтобы преодолеть эти ограничения, существует большой интерес к поиску и разработке быстрорастущих растений с высокой биомассой, устойчивых к высокому pH и соли, устойчивости к болезням и вредителям, а также к исследованию и внедрению лучших агрономических методов для повышения эффективности фиторемедиации12. 14.

Растения были разделены на три категории в зависимости от того, насколько хорошо они способны поглощать тяжелые металлы15: низкое накопление (например, бобовые), среднее накопление (например, тыквенные) и высокое накопление (например, капустные). Семейство Brassicaceae имеет наибольшее количество видов-гипераккумуляторов, на их долю приходится примерно четверть всех известных гипераккумуляторов16,17. Фиторемедиационная способность различных растений Brassicaceae, таких как редис (Raphanus sativus L.), широко изучалась. Поскольку редис является растением-гипераккумулятором, способным концентрировать тяжелые металлы в различных частях, он полезен для реабилитации загрязненных территорий18,19,20. Извлечение металлов из почвы редисом происходит до определенной концентрации, после чего скорость фитоэкстракции металла или коэффициент биоаккумуляции снижается с увеличением концентрации металла19. Поскольку редис можно сеять до пяти раз в год и производить до 20 т/га, его можно использовать для восстановления верхнего слоя почвы (0–10 см), загрязненного свинцом18. Хотя исследования по фитоэкстракции редиса дали многообещающие результаты на монометаллических почвах, синергетические эффекты этого растения с хелатирующими лигандами в условиях мультиметаллов изучены гораздо меньше.