Ученый СПбГУ: пшеница и пырей могут очистить почву от токсичных металлов

Научный сотрудник кафедры почвоведения и экологии почв СПбГУ Ирина Штангеева изучала способность пшеницы, а также пырея накапливать токсичные вещества. Оказалось, что оба растения способны поглощать из зараженной почвы различные химические элементы. Что интересно, растения при этом не гибнут, но накапливают токсиканты именно в побегах. Такие свойства делают пырей и пшеницу особенно эффективными для очищения почвы от металлов методом фитоэкстракции. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Geochemistry and Health.

Сегодня для очистки загрязненных почв и сточных вод экологи нередко используют методы фиторемедиации — так называется комплекс восстановительных мер, в которых главную роль играют зеленые растения.

Фитоэкстракция — одно из направлений данного метода, который позволяет с помощью растений-гипераккумуляторов практически полностью удалять из загрязненной почвы отдельные токсичные микроэлементы. Метод этот достаточно недорогой, а также не разрушает почву, однако чаще всего одно растение-гипераккумулятор способно эффективно накапливать в побегах только какой-то один элемент.

«На мой взгляд, поиск новых растений-гипераккумуляторов одного металла — это тупиковый путь, — считает научный сотрудник кафедры почвоведения и экологии почв СПбГУ Ирина Штангеева. — Дело в том, что обычно почва загрязнена не каким-то одним токсичным микроэлементом, а сразу группой металлов, металлоидов и органических загрязнителей.

Поэтому для успешного использования метода фиторемедиации очень важно найти такие растения, которые будут легко накапливать в листьях и побегах большое количество разных токсичных элементов без значительного ущерба для развития растения».

Эксперименты ученого показали: перспективными кандидатами на роль таких растений могут стать пшеница и пырей. Первая представительница флоры, как отмечает Ирина Штангеева, способна выживать в самых неблагоприятных условиях, также она эффективно накапливает различные вещества из почвы.

Пырей — это один самых распространенных сорняков на огородах, он также прекрасно растет в непосредственной близости от дорог с интенсивным трафиком, отличается живучестью и способностью накапливать большое количество различных микроэлементов.

«Сегодня можно встретить множество исследований о том, как растения накапливают кадмий, никель, селен и ряд других микроэлементов, так называемых тяжелых металлов. Однако почти никто не исследует многие другие потенциально токсичные металлы, — рассказала исследователь. — Поэтому я выбрала для своей работы „непопулярные“ микроэлементы, о которых пока мало известно в контексте фиторемедиации: бром, европий, скандий, торий и уран. Оказалось, что пшеница и пырей способны достаточно эффективно поглощать одновременно все эти микроэлементы. При этом их содержание в почве снижается».

Что же происходит с растениями после того, как они вобрали в себя металлы из почвы? Как объясняет Ирина Штангеева, их можно использовать в дальнейшем.

В Германии, Швейцарии, США и некоторых других странах существуют коммерческие компании, которые принимают такие растения на переработку и выделяют из них токсичные микроэлементы, чтобы использовать их в промышленности.

Кроме того, подчеркивает ученый, важно учитывать конкретное время срезания растений. Как показывают другие ее исследования, представители флоры подвержены влиянию циркадного ритма — концентрация металлов в растениях может меняться в зависимости от времени суток, поэтому, например, в растениях, собранных в полдень, может оказаться больше вредных веществ, чем в растениях, собранных утром или вечером.

Другой важный фактор, который помогает сделать процесс фитоэкстракции более эффективным, — это использование бактерий.

Эксперименты Ирины Штангеевой демонстрируют, что семена пшеницы и пырея, обработанные бактериями Cellulomonas, позволяют растениям накапливать больше металлов из загрязненной почвы. По всей видимости, они способны «превращать» металлы в более «удобоваримую» для растений форму.

Исследование поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 18-53-80010.