Растения имеют защитные механизмы, предотвращающие попадание избыточных количеств металла в надземные и, особенно, репродуктивные органы. Однако эти барьерные функции имеют предел и при очень высоких концентрациях кадмия в почве не способны в полной мере защитить растения от его токсического действия, что в последующем приводит к снижению их продуктивности и даже гибели.
В связи с этим было изучено влияние возрастающих доз кадмия на темпы роста, продуктивность и санитарно-гигиеническое качество кресс-салата.
Вегетационно-полевой эксперимент проводили на аллювиальной дерновой почве, имеющей щелочную реакцию среды, легкосуглинистый гранулометрический состав, низкое содержание гумуса. Содержание карбонатов изменятся по профилю от 1,9 до 7,6 % (табл. 1). Естественное содержание кадмия в почвенном профиле не превышало ориентировочную допустимую концентрацию (ОДК) для легких почв, равную 0,5 мг/кг. Степень подвижности металла по профилю значительно колебалась от 37 до 60 %.
Кадмий в почву вносили в виде водного раствора уксуснокислой соли из расчета 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 мг Сd/кг почвы. При оценке токсичности металла считали, что фитотоксичным является такое его содержание в почве, которое снижает продуктивность растений на 10 и более % по отношению к контролю.
Таблица 1. Физико-химические свойства почвы
|
Горизонт |
Слой, см |
рНводн |
Гумус, % |
Содержание физической глины, % |
СО32-, % |
Cdвал. |
Cdподв. |
|
мг/кг почвы |
|||||||
|
Ап |
0 - 35 |
7,8 |
2,28 |
26,1 |
4,10 |
0,12 |
0,072 |
|
АВ |
35 - 48 |
8,7 |
0,77 |
н.о. |
4,48 |
0,17 |
0,077 |
|
В |
48 - 60 |
8,7 |
- |
н.о. |
1,92 |
0,10 |
0,037 |
|
ВСк |
60 - 65 |
8,5 |
- |
н.о. |
7,58 |
0,13 |
0,05 |
Примечание: н.о. - не определяли.
Согласно физико-химическим свойствам, почва имела повышенную буферность по отношению к тяжелым металлам, подвижным в кислой среде (38 баллов). При этом основную роль в совокупной буферной способности почвы играли реакция среды (12,5 баллов), количество физической глины (10 баллов) и карбонатов (12,5 баллов), а значение гумуса (2 балла) оказалось менее значимым.
Как показали результаты исследований, кадмий отрицательно влиял на темпы роста кресс салата (рис.). Значительное снижение темпов роста к концу вегетации наблюдается уже при дозе Cd 1 мг/кг (на 24 % по отношению к контролю), а при максимальных дозах кадмия - на 50 % и более. Следует отметить, что в первые 10 суток после всходов фитотоксичного действия металла на растения не проявилось. Это, как мы считаем, связано с питанием растений в начальные периоды роста за счет запасных веществ семян, слабым еще развитием корневой системы и, соответственно, низким уровнем поглощения металла из почвы.
Рис. 1. Динамика высоты растений кресс-салата в зависимости от возрастающих доз кадмия через 10 и 25 суток после появления всходов
Продуктивность кресс-салата снижалась в тесной зависимости с увеличением концентрации элемента в почве (табл. 2), причем масса корней уменьшалась в большей степени (на 69% от контроля), а масса надземной части - в меньшей (на 47%). Фитотоксичная концентрация кадмия в каштановой почве при выращивании кресс-салата находится ниже значения 1 мг/кг: при этой дозе Cd биомасса растений уменьшается на 17%.
Таблица 2. Влияние возрастающих доз кадмия на биологическую продуктивность
и санитарно-гигиеническое качество кресс-салата
|
Доза Cd, мг/кг |
Зеленая масса |
Корни |
Биологическая продуктивность |
Содержание кадмия, мг/кг сырого вещества |
||||
|
г/ |
% от конт-роля |
г/ |
% от конт-роля |
г/ |
% от конт-роля |
зеленая масса |
корни |
|
|
0 |
45,5 |
- |
4,8 |
- |
50,3 |
- |
0,07 |
0,05 |
|
1 |
37,75 |
83 |
3,8 |
78 |
41,5 |
83 |
0,70 |
0,72 |
|
2 |
32,0 |
70 |
3,0 |
63 |
35,0 |
70 |
1,06 |
1,05 |
|
4 |
32,0 |
70 |
3,3 |
68 |
35,3 |
70 |
2,76 |
1,47 |
|
8 |
31,0 |
68 |
2,8 |
57 |
33,8 |
67 |
3,80 |
1,92 |
|
16 |
27,0 |
59 |
1,8 |
36 |
28,8 |
57 |
6,27 |
3,74 |
|
32 |
25,25 |
55 |
1,8 |
36 |
27,0 |
54 |
7,81 |
6,24 |
|
64 |
24,25 |
53 |
1,5 |
31 |
25,8 |
51 |
14,17 |
9,95 |
|
НСР0,05 |
2,1 |
- |
0,3 |
- |
2,4 |
- |
- |
- |
Накопление металла растениями кресс-салата происходит прямо пропорционально концентрации элемента в почве. Превышение ДОК (допустимой остаточной концентрации) кадмия в зеленой массе растений, равной 0,03 мг/кг сырого вещества, отмечено уже на контроле. Свободная транслокация элемента в различные органы растений свидетельствует о том, что физиологические барьеры в системе корни - надземная часть по отношению к кадмию не функционируют. Кресс-салат является растением-концентратором кадмия: минимальное содержание металла в почве приводит к значительному его накоплению в фитомассе. В связи с этим выращивание культуры в продовольственных целях нецелесообразно даже при незначительном загрязнении почв кадмием.