Чому гірчиця та соняшник вважаються унікальними

Чому гірчиця та соняшник вважаються унікальними

Індійська гірчиця та соняшник цінні не тому, що вони є абсолютними рекордсменами з концентрації металів у тканинах. Їхня головна перевага — поєднання швидкого росту, великої біомаси, розвиненого коріння, доступного насіння і простого механізованого збирання.

Інакше кажучи, це рідкісні лабораторні гіперакумулятори, а звичайні сільськогосподарські рослини, які можна вирощувати великих площах.

Коротке порівняння

Унікальність гірчиці

Для фіторемедіації найчастіше розглядають гірчицю сарептську, або індійську—Капустяна юнсова.

1. Швидкий життєвий цикл

Гірчиця швидко:

проростає;

формує коріння;

створює надземну масу;

досягає стадії збирання.

Це дозволяє провести один або кілька послідовних циклів:

посів → поглинання металів → збирання всієї біомаси → повторний посів.

Для фітоекстракції це важливо: очищення визначається не лише концентрацією металу в одній рослині, а й кількістю зібраної забрудненої маси.

2. Вона добре переносить кілька металів одночасно

Гірчиця досліджується на ґрунтах, що містять суміші:

кадмію;

цинк;

це так;

нікелю;

свинцю;

хрому.

Вона здатна зберігати зростання при помірному забрудненні та накопичувати метали в коренях та надземних частинах. У порівняльних дослідженнях Капустяна юнсова часто показує високий загальний винос металів завдяки поєднанню накопичення та біомаси. (PubMed)

3. Добре переносить кадмій та цинк у пагони

Для фітоекстракції недостатньо, щоб метал увійшов до коріння. Бажано, щоб він перейшов у стебла та листя, яке легко прибрати.

У гірчиці порівняно перспективне перенесення:

кадмію;

цинк;

частини міді;

за певних умов - нікелю.

Саме тому вона практичніша за деякі рослини, у яких майже весь забруднювач залишається в дрібному корінні.

4. Сімейство капустяних має активну хімію коренів

Гірчиця відноситься до хрестоцвітих. Її тканини містять глюкозинолати, у тому числі при ушкодженні утворюються біологічно активні сполуки.

У ґрунті гірчиця може:

змінювати мікробну спільноту;

пригнічувати частину ґрунтових патогенів;

стимулювати біологічні процеси;

виділяти органічні речовини, що впливають доступність елементів.

Це робить її одночасно рослиною для фітоекстракції та інструментом біологічного управління ґрунтом.

5. Підходить для коротких проміжних посівів

Гірчицю можна вводити:

після видалення найбільш забрудненого ґрунту;

між багаторічними відновними циклами;

перед посадкою трав та дерев;

на невеликих дослідних ділянках;

як покривну культуру на відкритій поверхні.

Вона швидко закриває ґрунт і знижує пилення, хоча щільну багаторічну дернину не замінює.

6. Легко вирощувати та прибирати

Для гірчиці вже існує:

сільськогосподарське насіння;

технології сівби;

сівалки;

газонокосарки;

збиральна техніка;

методи сушіння та пресування біомаси.

Рідкісний гіперакумулятор може концентрувати більше металу, але давати мало маси і погано піддаватися механізації. Гірчиця виграє практичності.

7. Обмеження: свинець

Свинець зазвичай міцно пов'язаний із ґрунтом і погано надходить у рослину. У експериментах підвищення його доступності застосовували хелатори, включаючи EDTA. EPA описує такі випробування з індійською гірчицею, проте цей підхід здатний різко збільшити рухливість свинцю та створити ризик його вимивання у ґрунтові води. (Агентство з охорони навколишнього середовища США)

Тому на свинцевих ділянках гірчиця без додаткових заходів найчастіше виконує допоміжну функцію. Безпечніше орієнтуватися на:

стабілізацію;

підтримка нейтрального pH;

фосфатні та мінеральні зв'язуючі добавки;

щільний трав'яний покрив;

видалення локальних гарячих точок.

Унікальність соняшнику

Соняшник - це перш за все потужна біологічна помпа з великою надземною масою та розвиненою кореневою системою.

1. Винятково велика біомаса

Навіть якщо концентрація металу в одному кілограмі соняшника не є рекордною, загальна маса рослин може забезпечити значний винос забруднювача.

Принцип:

концентрація забруднювача × суха біомаса = реальний винос із ділянки.

Саме за цим показником соняшник іноді виявляється практичнішим за невеликі гіперакумулятори.

2. Велика та розгалужена коренева поверхня

Соняшник утворює:

головний корінь;

численні бічні відгалуження;

велика кількість тонких поглинаючих коренів.

Це створює великий контакт із ґрунтом і водою. Коріння здатне:

сорбувати розчинені метали;

утримувати забруднені частки;

підтримувати мікроорганізми;

витягувати воду із значного обсягу ґрунту.

3. Підходить не тільки для ґрунту, а й для води

Одна з найважливіших особливостей соняшнику - можливість використовувати його коріння. різофільтрації.

Рослини спочатку вирощують так, щоб сформувалася велика коренева маса, після чого коріння контактує із забрудненою водою. Забруднювачі:

адсорбуються на поверхні коріння;

зв'язуються із клітинними стінками;

частково поглинаються усередину;

іноді переходять у стебло та листя.

EPA визначає ризофільтрацію як використання рослин для видалення важких металів з водних потоків і наводить соняшник серед рослин, досліджених для таких систем. (Агентство з охорони навколишнього середовища США)

4. Цікавий для урану та деяких радіонуклідів

Соняшник вивчали для видалення:

урану;

кадмію;

цезій;

стронцій;

різних металів із водних розчинів.

Особливо перспективно не висівати його безпосередньо на невідомо забрудненому полі, а використовувати контрольовані гідропонні басейни або фільтраційні модулі. Дослідження підтверджують інтерес до соняшнику для ґрунтів, спільно забруднених ураном та кадмієм. (hero.epa.gov)

Але це не означає, що будь-який соняшник автоматично ефективно очистить радіоактивну територію. Для радіонуклідів необхідні:

радіологічні виміри;

аналіз хімічної форми;

контроль калію та кальцію;

вимірювання активності в коренях та пагонах;

спеціальна утилізація урожаю.

5. Добре видно і зручне для контролю

Соняшник має великі органи, тому зручно окремо аналізувати:

корінь;

нижнє стебло;

верхнє стебло;

листя;

кошик;

насіння.

Це дозволяє визначити, куди переноситься забруднювач, та вибрати безпечний момент збирання.

6. Витримує спеку та активно випаровує воду

Соняшник:

любить сонячне освітлення;

швидко формує листову площу;

інтенсивно споживає воду;

підходить для теплих ділянок.

Тому він може брати участь в управлінні водою верхнього ґрунтового шару, хоча не замінює багаторічні верби та тополі під час роботи з ґрунтовими водами.

7. Може працювати на змішаному забрудненні

Соняшник досліджується для:

кадмію;

цинк;

це так;

нікелю;

свинцю;

миш'яку;

урану.

Однак результати дуже залежать від pH, органічної речовини, сорту та доступності металів. Дослідження в помірному кліматі включали соняшник порівняння рослин для грунтів з Cu, Pb, Mn та Zn. (hero.epa.gov)

8. Швидко показує токсичність ділянки

Соняшник може бути гарною тестовою рослиною. За його станом можна спостерігати:

відсоток сходів;

пригнічення зростання;

деформацію листя;

хлороз;

некроз;

розвиток коренів;

зменшення біомаси.

Це не замінює хімічний аналіз, але допомагає порівнювати дослідні ділянки.

У чому відмінність їх ролей

Гірчиця - швидкий екстрактор

Її сильні сторони:

короткий цикл;

швидкий посів та збирання;

порівняно хороше перенесення деяких металів у пагони;

можливість повторних циклів;

стійкість до Cd, ​​Zn, Cu та деяких змішаних забруднень.

Вона підходить для серії швидких фітоекстракційних циклів.

Соняшник - масивна біопомпа

Його сильні сторони:

дуже велика біомаса;

потужне коріння;

робота з великим обсягом ґрунту;

можливість ризофільтрації води;

досліджений потенціал для урану та радіонуклідів;

зручний поділ органів при аналізі.

Він особливо цікавий для контрольованого очищення води та створення великого загального виносу забруднювача.

Чому їх часто використовують разом

Комбінація дає різні типи коренів та різні темпи зростання:

Можлива послідовність:

Навесні – гірчиця.

Збирання всієї маси до обсипання насіння.

Влітку – соняшник.

Осіннє збирання соняшнику разом із кореневою масою, наскільки це технічно можливо.

Аналіз ґрунту.

Посів багаторічних трав, що стабілізують.

Головні обмеження

Обидві рослини є харчовими та кормовими культурами. На забрудненій землі створює особливий ризик.

Не можна використовувати:

насіння;

олія;

зелену масу;

торт;

силос;

квіти;

рослинні екстракти;

біомасу для звичайного компосту.

Бажано видаляти рослини до повного дозрівання насіннящоб забруднений матеріал не поширювався і не був зібраний людьми або тваринами.

Також не можна припускати, що після одного сезону ділянку очищено. Реальну ефективність визначають лише повторні виміри:

концентрації у ґрунті;

доступної фракції забруднювача;

концентрації в коренях та пагонах;

сухої маси врожаю;

загального винесення металу з гектара.

Підсумок

Унікальність гірчиці - у швидкості, короткому циклі і здатності переносити деякі доступні метали в надземну масу, що легко збирається.

Унікальність соняшнику — у величезній біомасі, потужній кореневій поверхні та можливості очищати не лише ґрунт, а й забруднену воду методом ризофільтрації.

Вони не є універсальним рішенням, але разом утворюють дуже практичну пару:

гірчиця швидко витягує - соняшник глибоко охоплює та створює великий загальний винос.