Phytoremediation potential of flowering plants in relation to copper under the conditions of a model laboratory experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper describes the results of studying the phytoremediation potential of flowering plants in relation to copper ions in laboratory experiment conditions. The test crops were tansy-leaved phacelia, white mustard, small-flowered marigolds and a mixture of grasses consisting of red fescue, pasture ryegrass and meadow bluegrass in a ratio of 40%, 50%, 10% respectively. Under experimental conditions copper ions in concentrations of 2 and 10 MPC were introduced into the soil selected from the territory of agricultural lands (leached medium-sized heavy loamy chernozem with a high content of humus, mobile phosphorus and exchangeable potassium and a low content of nitrate nitrogen, gross and mobile forms of copper). It has been found that all the selected crops accumulated copper ions from the soil to varying degrees, which makes them suitable for phytoremediation of agricultural lands planned for organic farming. The ability to accumulate copper ions increases in a row: white mustard < small-flowered marigolds < tansy-leaved phacelia < a mixture of grasses. The maximum effect of phytoremediation of the soil in relation to copper ions has been revealed in the variant with a cereal mixture: the content of copper ions in the soil decreases by 38,8% when applying 2 MPC, by 47,8% when applying 10 MPC.

About the authors

Svetlana Nikolaevna Vityaz

Kuzbass State Agricultural Academy

Email: svetlana_vityaz@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Landscape Architecture Department

Russian Federation, Kemerovo

Marina Mikhailovna Kolosova

Kuzbass State Agricultural Academy

Email: komar.54@yandex.ru

candidate of chemical sciences, associate professor of Landscape Architecture Department

Russian Federation, Kemerovo

Maria Sergeevna Dremova

Kuzbass State Agricultural Academy

Email: dremova_maria@mail.ru

candidate of agricultural sciences, associate professor of Landscape Architecture Department

Russian Federation, Kemerovo

Ekaterina Borisovna Rotkina

Kuzbass State Agricultural Academy

Author for correspondence.
Email: k.rot@mail.ru

senior lecturer of Landscape Architecture Department

Russian Federation, Kemerovo

References

  1. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008. 86 с.
  2. Ольшанская Л.Н., Халиева А.С., Титоренко О.В., Ефремова Н.А. Влияние меди и свинца на развитие высших растений и фиторемедиацию почвы // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2013. Т. 56, № 4. С. 127-130.
  3. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней. В 4 т. Т. 3. Атомовитозы. М.: Гелиос АРВ, 2002. 670 с.
  4. Printz B., Lutts S., Hausman J.F., Sergeant K. Copper trafficking in plants and its implication on cell wall dynamics // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. doi: 10.3389/fpls.2016.00601.
  5. Mosa K.A., El-Naggar M., Ramamoorthy K., Alawadhi H., Elnaggar A., Wartanian S., Ibrahim E., Hani H. Copper nanoparticles induced genotoxicty, oxidative stress, and changes in superoxide dismutase (SOD) gene expression in cucumber (Cucumis sativus) plants // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. doi: 10.3389/fpls.2018.00872.
  6. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. М.: Стандартинформ, 2008. 4 с.
  7. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Очистка почв от тяжелых металлов с помощью растений // Вестник Российской академии наук. 2008. Т. 78, № 3. С. 247-249.
  8. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/1200023365.
  9. ГОСТ 17.4.4.02-2017. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М.: Стандартинформ, 2018. 21 с.
  10. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/gost-26213-91.
  11. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/gost-26107-84.
  12. ГОСТ 26951-86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/gost-26951-86.
  13. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/1200023490.
  14. ГОСТ Р 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. https://docs.cntd.ru/document/gost-r-54650-2011.
  15. ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98. Методика выполнения измерения содержания металлов в твердых объектах (почва, компосты, кеки, осадки сточных вод, пробы растительного происхождения) методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М., 1998. 29 с.
  16. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1989. 58 с.
  17. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 16 с.
  18. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19.01.2006. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.
  19. Линдеман А.В., Шведова Л.В., Тукумова Н.В., Невский А.В. Фиторемедиация почв, содержащих тяжелые металлы // Экология и промышленность России. 2008. № 9. С. 45-47.
  20. Селюкова С.В. Экологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемах юго-западной части Центрально-Черноземного района России: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.02.08. Белгород, 2019. 25 с.
  21. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 10 с.
  22. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 259 с.
  23. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / пер. англ. М.: Мир, 1989. 439 с.
  24. Киричкова И.В. Фиторемедиационная способность многолетних трав в условиях черноземных почв // Репутациология. 2017. № 1 (43). С. 14-18.
  25. Поцепай С.Н., Семёнова Ю.Г., Бельченко С.А., Анищенко Л.Н. К исследованию разнообразия сегетальной и рудеральной растительности как основы фиторемедиации земель южного Нечерноземья РФ // Научное обозрение. Биологические науки. 2017. № 1. С. 135-140.
  26. Волков К.С., Иванова Е.М., Великсар С.Г., Куликова А.Л., Кузнецова Н.А., Холодова В.П., Кузнецов В.В. Возможности использования растений различных семейств в целях фиторемедиации загрязненных медью территорий // Проблемы региональной экологии. 2013. № 1. С. 97-101.
  27. Baycu G., Tolunay D., Ozden H., Csatari I., Karadag S., Agba T., Rognes S.E. An abandoned copper mining site in Cyprus and assessment of metal concentrations in plants and soil // International Journal of Phytoremediation. 2015. Vol. 17, iss. 7. P. 622-631. doi: 10.1080/15226514.2014.922929.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1 – Phytoremediation potential of flowering plants in relation to copper in laboratory conditions (Kbp – biological absorption coefficient)

Download (19KB)
3. Figure 2 – Efficiency of phytoremediation of soil in relation to copper in laboratory conditions (As – accumulation coefficient)

Download (22KB)

Copyright (c) 2022 Vityaz S.N., Kolosova M.M., Dremova M.S., Rotkina E.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies