К нормированию кадмия в почве по его воздействию на растения

Введение. В статье обсуждается влияние разных концентраций кадмия (Cd) в почве с учётом установленных ПДОК и их влияния на растения (изменение биомассы, аккумуляция Cd в растениях).

Материалы и методы. На первом этапе экспериментальных исследований по определению предварительного воздействия Cd в концентрациях 0,5; 1; 2,5; 5 мг/кг на растения Avena sativa L. и Sinapis alba L. использовали метод фитотестирования. На втором этапе в серии вегетационных экспериментов использованы культуры Lactuca sativa var. capitata и Hordeum vulgare L. Концентрацию Cd увеличивали до 15 мг/кг.

Результаты. Выраженный уровень токсичности (> 50%) в предварительных экспериментах на дерново-подзолистой почве начинает проявляться в концентрации Cd выше 5 мг/кг. Результаты вегетационных исследований свидетельствуют, что при внесении Cd как в форме ГСО, так и в виде растворов соли Cd(NO₃)₂ устанавливается его выраженное негативное воздействие. Биомасса растений ячменя и салата снижается на 54 и 36% соответственно, если Cd поступал в почву форме ГСО, и на 35 и 44%, если в форме Cd(NO₃)₂. Увеличение содержания Cd в почве ~ 8–13 мг/кг сопровождалось высоким уровнем его накопления в растениях и соответствовало 18,5–33 мкг/г.

Ограничения исследования. При изучении влияния Cd в концентрациях 0,5–15 мг/кг в почве на растения в остром и хроническом экспериментах использованы овёс и горчица, ячмень и салат. Для нормирования химического элемента в системе «почва – растение» следует стремиться к расширению продолжительности исследования и разнообразию выбора культур.

Заключение. Испытуемые дозы Cd могут оказать определённое негативное воздействие и повысить риск для здоровья человека. Дозы Cd, соответствующие ОДК этого элемента в почве, снижают качество растительного материала, что подтверждается его высокими концентрациями.

Соблюдение этических стандартов. Настоящее исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Воронина Л.П. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;
Поногайбо К.Э. — сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;
Абрамов Е.Г. — сбор и обработка материала, редактирование;
Кирьякова Н.А. — концепция и дизайн исследования;
Савостикова О.Н. — редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследования выполнены в рамках государственного задания по теме «Оценка риска воздействия противогололёдных материалов на здоровье человека и объекты окружающей среды при их применении на урбанизированных территориях» в ФГБУ «ЦСП» ФМБА России.

Поступила: 26.04.2023 / Принята к печати: 26.09.2023 / Опубликована: 08.12.2023

1. Дроздова Н.И., Макаренко Т.В. Изучение особенностей накопления тяжёлых металлов в системе «Почва – растения» в условиях промышленных зон г. Гомеля. Экологический вестник. 2015; (4): 96–102. https://elibrary.ru/hqwcej

2. Рахматов У., Хамракулова М.Х., Мирзаев Д.М., Абдисаматов Э.Д. Исследование концентрации меди, никеля и кадмия в различных типах почв Ферганской области. Universum: технические науки. 2021; (11–4): 68–73. https://elibrary.ru/ebtovf

3. Водяницкий Н.Ю. Об опасных тяжёлых металлах/металлоидах в почвах. Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2011; (68): 56–82. https://elibrary.ru/ojqhsf

4. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжёлые металлы в экосистемах. Саратов: Ракурс; 2017. https://elibrary.ru/zuoclr

5. Yang L., Ren Q., Zheng K., Jiao Z., Ruan X., Wang Y. Migration of heavy metals in the soil-grape system and potential health risk assessment. Sci. Total Environ. 2022; 806(Pt. 2): 150646. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150646

6. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжёлым металлам. Петрозаводск; 2007. https://elibrary.ru/qkqkgb

7. Карпова Е.А. Длительное применение удобрений и тяжёлые металлы в агроэкосистемах. Проблемы агрохимии и экологии. 2008; (2): 19–22. https://elibrary.ru/jxdavd

8. Литвинский В.А., Гришина Е.А., Носиков В.В., Сушкова Л.О. Актуальность совершенствования методических подходов к определению содержания кадмия в растениях и продуктах растениеводства. Проблемы агрохимии и экологии. 2018; (4): 62–7. https://doi.org/10.26105/AE.2018.4.42.015 https://elibrary.ru/vprxpi

9. Селюкова С.В. Оценка содержания тяжёлых металлов в кукурузе и подсолнечнике. Агрохимический вестник. 2017; (5): 52–5. https://elibrary.ru/zmvspd

10. Андриенко Л.Н., Аксенова Ю.В. Влияние внесения кадмия, никеля, цинка на уровень содержания их в почве, урожайность и качество корнеплодов овощных культур. Земледелие. 2018; (8): 23–5. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2018-10807 https://elibrary.ru/ytzgtr

11. Лукин С.В., Селюкова С.В. Экологическая оценка содержания кадмия в агроценозах Центрально-Черноземных областей России. Почвоведение. 2018; (10S): 3–9. https://doi.org/10.1134/S0032180X18120079 https://elibrary.ru/ynnnzj

12. Игнатова Г.А. Фитомелиоранты и их применение. Вестник аграрной науки. 2018; (4): 25–8. https://doi.org/10.15217/issn2587-666X.2018.4.25 https://elibrary.ru/vjwooy

13. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Устойчивость растений к кадмию (на примере семейства злаков). Петрозаводск; 2012. https://elibrary.ru/rurwqr

14. Батова Ю.В., Титов А.Ф., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Накопление кадмия и его распределение по органам у растений ячменя разного возраста. Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2012; (2): 32–7. https://elibrary.ru/oyhqkx

15. Башмаков Д.И., Лукаткин А.С. Эколого-физиологические аспекты аккумуляции и распределения тяжелых металлов у высших растений. Саранск; 2009. https://elibrary.ru/qcnyfz

16. Ren W.X., Li P.J., Geng Y., Li X.J. Biological leaching of heavy metals from a contaminated soil by Aspergillus niger. Journal of Hazardous Materials, 2009; 167(1–3): 164–9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.12.104

17. Воронина Л.П., Поногайбо К.Э., Савостикова О.Н. Обоснование выбора типов почв для гигиенического нормирования химических веществ (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2022; 101(3): 270–4. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-3-270-274 https://elibrary.ru/jnuisw

18. Тимофеев М.А., Терехова В.А., Кожевин П.А. Биотестирование почв при загрязнении кадмием. Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2010; (4): 44–7. https://elibrary.ru/ofxjvh

19. Товстик Е.В., Будина Д.В., Киселева Е.А., Зыкова Ю.Н. Биотестирование почв, загрязнённых кадмием. Современные научные исследования и разработки. 2018; 3(4): 136–8. https://elibrary.ru/phlnhv

20. Баранов А.П., Лунёв М.И., Воронина Л.П. Модификация биотеста с энхитреидами для оценки характера загрязнения субстрата осадками сточных вод. Теоретическая и прикладная экология. 2020; (4): 169–75. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-4-169-175 https://elibrary.ru/ifmmbv

21. Романькова А.А., Батлуцкая И.В. Содержание кадмия и свинца в высших растениях на территории Красненского района Белгородской области. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2011; (3): 68–75. https://elibrary.ru/orhmjz

22. Raza A., Habib M., Kakavand S.N., Zahid Z., Zahra N., Sharif R., et al. Phytoremediation of cadmium: physiological, biochemical, and molecular mechanisms. Biology (Basel). 2020; 9(7): 177. https://doi.org/10.3390/biology9070177

23. Гончарук Е.А., Загоскина Н.В. Тяжелые металлы: поступление, токсичность и защитные механизмы растений (на примере ионов кадмия). Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия: Биология. 2017; (1): 35–49.

24. Lux A., Martinka M., Vaculík M., White P.J. Root responses to cadmium in the rhizosphere: a review. J. Exp. Bot. 2011; 62(1): 21–37. https://doi.org/10.1093/jxb/erq281

25. White P.J., Pongrac P. Heavy-metal toxicity in plants. In: Plant Stress Physiology. Wallingford: Cabi; 2017: 300–31. https://doi.org/10.1079/9781780647296.0300

26. Ильин В.Б., Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Влияние тяжёлых металлов на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур. Агрохимия. 1985; (6): 90–100. https://elibrary.ru/xqzann

27. Зайчик В.Е. Потери химических элементов при сухом озолении образцов биологических материалов. Микроэлементы в медицине. 2004; 5(3): 17–22. https://elibrary.ru/nqufmx

28. Позняк С.С. Методологические подходы к исследованию содержания микроэлементов в зерне ячменя в зависимости от применяемых средств интенсификации. Экологический вестник. 2008; (2): 110–6. https://elibrary.ru/jriiij

29. Liu J.N., Zhou Q.X., Sun T., Ma L.Q., Wang S. Growth responses of three ornamental plants to Cd and Cd–Pb stress and their metal accumulation characteristics. J. Hazard. Mater. 2008; 151(1): 261–7. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.08.016

30. Позняк С.С. Содержание некоторых тяжёлых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова. Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011; (1): 123–37. https://elibrary.ru/ngazvt

31. Lai C., Li D., Qin J., Li J., Yan Z., Chen G., et al. The migration of cadmium and lead in soil columns and their bioaccumulation in a multi-species soil system. Chemosphere. 2021; 262: 127718. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127718

32. Carvalho M.E.A., Castro P.R.C., Azevedo R.A. Hormesis in plants under Cd exposure: from toxic to beneficial element? J. Hazard. Mater. 2020; 384: 121434. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121434