Ученые выяснили, какой размер частиц меди наносит наибольший вред почве и растениям

Медь используют в производстве биоцидов в сельском хозяйстве и микроудобрений для защиты древесины. Ученые из России и Турции впервые исследовали, как соединения меди разного размера влияют на почвы и ячмень. Оказалось, что большие частицы размером в несколько миллиметров увеличивают концентрацию металла в растении до 8 раз, тогда как наноразмерные частицы — до 10, что снижает показатели растения и его урожайность. Результаты исследования могут помочь поддерживать плодородие почв и разработать новые сельскохозяйственные удобрения. Свои выводы, сделанные при поддержке Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), ученые опубликовали в журнале Environmental Geochemistry and Health.

К числу наиболее опасных загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду, относятся тяжелые металлы. В отличие от органических загрязнителей, которые разлагаются, тяжелые металлы могут лишь распределяться между отдельными компонентами водных систем и почв. Чтобы оценить влияние металлов на почву и донные отложения, нужно не столько определить рост общей концентрации элементов, сколько изучить их подвижность. Кроме того, важным аспектом становится степень дисперсности тяжелых металлов в окружающей среде, то есть степень измельчения частиц. Чем выше степень дисперсности, тем меньше размер частиц. Исследователи Академии биологии и биотехнологии имени Д.И. Ивановского Южного федерального университета (ЮФУ) вместе с коллегами из Университета Ондокуз-Майис (Турция) изучают такие процессы, происходящие на уровне атомов и молекул.

«Вопросы безопасности применения материалов на основе меди, в том числе нанодисперсных, особенно важны, потому что их широко используют в производстве биоцидов в сельском хозяйстве и микроудобрений для защиты древесины. Накопление тяжелых металлов, в том числе меди, в почве может потенциально привести к накоплению и в тканях растений. В разной степени дисперсности они токсичны не только для растений, но и для клеток человека», — рассказывает Марина Бурачевская, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии имени Д.И. Ивановского ЮФУ (Ростов-на-Дону).

Название изображения

В новой работе почвоведы посмотрели, как меняется медь в черноземе обыкновенном в зависимости от размера частиц, а также оценили ее токсическое воздействие на рост ярового ячменя. Образцы исследовали при помощи синхротронного излучения — это электромагнитное излучение, которое генерируют крупные ускорители электронов или позитронов. Синхротронное излучение отличается от обычного рентгеновского высокой интенсивностью, то есть эксперимент проводится во много раз быстрее. Ученые взяли образцы почвы из Ростовской области и добавили в них оксид меди разной степени дисперсности (3–5 миллиметров и 30–50 нанометров). Разное количество соединений меди добавляли в виде сухого порошка и тщательно перемешивали с почвой. В эти загрязненные образцы высадили семена ячменя, за которыми тщательно наблюдали. Содержание меди определяли при помощи рентгеновских лучей в порошке из уже высушенных частей растений.

Выяснилось, что соединения меди привели к увеличению содержания в почве подвижных соединений металла. Такие соединения могут проникать в растения и способны перемещаться по пищевой цепи, а также мигрировать в соседние среды: грунтовые воды, реки, озера и др. Результаты показали, что доля выделенных подвижных соединений меди из загрязненных образцов в 20-2322 раза превышает количество соединений металлов, взятых из незагрязненной (контрольной) почвы. Чем больше металлов вносили в почву, тем более подвижными были металлы. От концентрации частиц зависело, насколько прочно медь закреплялась в почве и ее доступность для растений.

«Влияние большой дозы меди разной дисперсности состояло в том, что тормозились развитие и продуктивность ярового ячменя. Учитывая больший негативный эффект на биометрические, цитоморфометрические, ультраструктурные параметры и данные по содержанию металла в растениях, в целом можно сделать вывод, что медь в нанодисперсной форме лучше проникает из почвы в растение и способна накапливаться в нем в больших количествах», — заключает Марина Бурачевская.

Результаты исследования могут использоваться в такой отрасли сельского хозяйства, как растениеводство, например, для контроля экологической ситуации, поддержания плодородия почвы и разработки новых удобрений.

 

Фото: Марина Бурачевская/ЮФУ

Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда