Изучение влияния тяжелых металлов на продуктивные и физиологические параметры биоэнергетического растения Miscanthus sp.

В Казахстане, как во многих других странах мира, высокие темпы промышленного и сельскохозяйственного развития привели к загрязнениям земель тяжелыми металлами. Участки с подобным загрязнением есть в разных регионах из-за развития различных сфер экономики: нефтегазовой отрасли, металлургии, добычи урана или функционирования космодрома Байконур. Несмотря на огромный вклад этих видов деятельности в национальную экономику, их выбросы создают различные очаги проблемных смешанных загрязнений почв, требующих стратегий управления, чтобы противостоять такой ситуации и защитить местное население. Накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах и попадание в пищевые цепочки становится серьезной угрозой для продовольственной безопасности. Опасность металлов усугубляется еще и тем, что они обладают кумулятивным эффектом и сохраняют токсические свойства в течение длительного времени [1].

Значительное увеличение содержания тяжелых металлов в окружающей среде сопровождается их накоплением в растениях, что оказывает негативное влияние на рост, развитие и продуктивность. Основными источниками меди, свинца, кадмия и цинка в окружающей среде являются горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность, теплоэнергетика, автотран-спорт. В почвах вблизи промышленных предприятий содержание тяжелых ме-таллов в десятки и сотни раз превышает фоновое содержание в аналогичных почвах [2].

Одним из необходимых шагов по предотвращению токсического воздействия загрязнителей на окружающую среду и здоровье человека является восстановление загрязненных почв. Поэтому разработка инновационных стратегий по рациональному использованию и восстановлению почв, загрязненных ксенобиотиками, является важной и актуальной задачей. Одной из таких технологий является фиторемедиация, основанная на использовании растений для рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами, углеводородами, пестицидами, нефтепродуктами, а также радионуклидами. Эффективность фиторемедиации ограничена ввиду длительного периода очистки, небольшого объема производимой биомассы, необходимости утилизации биомассы в случае аккумуляции загрязнителей, медленной и неполной деградации органических ксенобиотиков в почве. И прежде всего, от специфических, генетически определенных свойств растений: устойчивости и способности к аккумуляции ионов металлов [3]. В связи с этим круг растений, которые могут быть практически использованы, ограничен. Экономически выгодными кандидатами для фиторемедиации являются энергетические растения, способные расти при высоких концентрациях поллютантов и обладающие высокой урожайностью. В последнее время биомасса энергетических растений рассматривается как альтернативное сырье в промышленном производстве строительных и изоляционных материалов, а также бумаги. Одним из наиболее экологически и экономически перспективных фитоагентов является биоэнергетическое растение Miscanthus × giganteus Greef et Deu, который способен расти на маргинальных почвах до 20-25 лет и обладает толерантностью к неорганическим ксенобиотикам. Международный интерес к этому растению основан на высоком содержании фракций волокна в биомассе: целлюлоза – 31.0-46.0%, гемоцеллюлоза – 13.6-35.9%, лигнин – 10.7-26.7% [4]. Современные подходы позволяют перерабатывать лигноцеллюлозную биомассу в различные биопродукты. Miscanthus × giganteus не является эндемичным представителем локальной флоры, вследствие оценка его способности произрастать в климатических условиях Республики Казахстан, а также влияния загрязнения тяжелыми металлами на его морфологические и физиологические показатели представляет особый интерес.

1 Экологическое состояние почв Республики Казахстана: очаги загрязнения тяжелыми металлами

Казахстан является страной, не имеющей выхода к морю, в Центральной Азии, которая