PL226730B1 - Sposób zmniejszenia absorpcji metali ciężkich przez rośliny korzeniowe - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszenia absorpcji metali ciężkich przez rośliny korzeniowe, w konsekwencji poprawy ich jakości, zwłaszcza pietruszki, marchewki czy też buraka cukrowego.

Świadomość zagrożeń wynikająca z zanieczyszczenia środowiska naturalnego sprawia, że koniecznością stało się regularne kontrolowanie zawartości pierwiastków i substancji toksycznych w powietrzu, glebie i żywności. Do czynników mających największe praktyczne zastosowanie w przeciwdziałaniu nadmiernej koncentracji metali ciężkich w uprawach należą: odczyn gleby (pH), zawartość w niej substancji organicznej, a także makro- i mikroelementów.

Ogólnie stwierdza się, że największa zawartość metali ciężkich występuje w warzywach liściowych, nieco mniej jest ich w roślinach kapustnych i korzeniowych, a najmniej w warzywach, których częścią jadalną są owoce. Dobór roślin o małej skłonności do akumulacji metali ciężkich ma duże znaczenie w uprawie warzyw na glebach o zwiększonej zawartości tych metali.

Spośród właściwości fizykochemicznych gleb jej odczyn pH ma największe znaczenie dla akumulacji metali ciężkich w roślinach. Większa wartość pH > 6,5 zdecydowanie zmniejsza ilość łatwo rozpuszczalnych form metali w glebie i ogranicza ich pobieranie oraz gromadzenie przez rośliny. W środowisku kwaśnym rośliny mogą pobierać duże ilości tych pierwiastków nawet z gleb mało zanieczyszczonych, szczególnie kadmu, cynku czy niklu. Obniżenie odczynu gleby do lekko kwaśnego i kwaśnego powoduje wzrost stężenia w roztworze glebowym, dostępnych dla roślin, ruchomych form metali ciężkich, a tym samym podwyższenie wskaźnika ich akumulacji. Spowodowane jest to wzrostem rozpuszczalności chemicznych połączeń tych pierwiastków, jak również zmniejszeniem ich absorpcji na koloidach glebowych przy niskim odczynie gleby. W publikacji Gębskiego pt. „Czynniki glebowe oraz nawozowe wpływające na przyswajanie metali ciężkich przez rośliny”, Post. Nauk Roln. 5, 1998, s. 3-16 najbardziej podatne na zmianę wartości pH są Cd i Zn. Ich mobilność rośnie już przy spadku pH poniżej 6-6,5, natomiast Cu i Pb właściwość tę wykazują dopiero przy pH < 5,0. Tyler i Olsson w publikacji pt. „Contentrations of 60 elements In the soil solution as related to the soil acidity” Europ. J. Soil Scie. 52, 2001, s. 151-165 wykazali dwa wysokie poziomy koncentracji Cu i Pb w roztworze glebowym. Jeden przy pH 5,2-6,5, drugi zaś przy pH 7,5-7,8. Dzieje się tak najprawdopodobniej dlatego, że Cu i Pb wytwarzają w glebie stabilne kompleksy z różnymi ligandami, których rozpuszczalność związana jest z rozpuszczalnością substancji organicznej. Ponadto Blake i Goulding w publikacji pt. „Effects of atmospheric deposition, soil pH and acidification on heavy metal contents in soils and egetation of semi-natural ecosystems at Rothamsted Experimental Station”, UK. Plant and Soil 240, 2002, s. 235-251 informują, iż aktywność Cd i Mn rośnie przy pH 6,0-5,5, zaś Zn, Ni, Cu przy pH 5,5-5,0, a Pb przy pH < 4,5. Badania Nowaka i Wojtasika, których wyniki opublikowano w „Zawartość kadmu i niklu w marchwi uprawianej na dwóch typach gleb przy zastosowaniu różnych nawozów wieloskładnikowych” Zesz. Prob. Post. Nauk Roln. 448 a: 1997, s. 269-272 wykazały, że akumulacja Cd i Ni w plonie marchwi była wyższa na glebie lekkiej kwaśnej (pH 4,2-4,7) niż na glebie ciężkiej o odczynie obojętnym (pH 7,0-7,5), mimo że gleba ciężka zawierała dwukrotnie wyższą zawartość Cd i sześciokrotnie wyższą zawartość Ni niż gleba lekka. Wobec tego, to niski odczyn gleby lekkiej miał ogromny wpływ na wzrost stężenia fitoprzyswajalnych form tych metali w środowisku glebowym.

Wyniki badań Zaniewicz-Bajkowskiej przedstawione w publikacjach „Następczy wpływ nawożenia organicznego i wapnowania na pH gleby, zawartość kadmu i ołowiu w glebie i w sałacie kruchej odmiany Samba uprawianej w trzecim roku po nawożeniu” Ann. UMCS Sectio EEE Hort. 8, 2000 a, s. 183-188 oraz „Zależność zawartości kadmu i ołowiu w glebie oraz w korzeniach buraka ćwikłowego od nawożenia organicznego i wapnowania” Ann. UMCS Sectio EEE Hort. 8, 2000 b, s. 123-128 wskazują, że zabieg wapnowania spowodował obniżenie zawartości w glebie dostępnych dla roślin form Cd i Pb w stosunku do gleby niewapnowanej, wskutek czego nastąpiło obniżenie akumulacji Cd i Pb w plonie kapusty, buraka ćwikłowego i sałaty uprawianych kolejno w pierwszym, drugim i trzecim roku po wapnowaniu. Jednakże podniesienie odczynu gleby nie zawsze powoduje zmniejszenie stężenia fitodostępnych form metali ciężkich w glebie. W kolejnych badaniach Rosa i in., których wyniki opublikowano w „Wpływ wapnowania gleby na akumulację ołowiu w sześciu odmianach buraka ćwikłowego” Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 41, 2009, s. 462-469 stwierdzili, iż pod wpływem wapnowania zawartość w glebie kadmu rozpuszczalnego obniżyła się o 9,52%. Wapnowanie gleby wpłynęło istotnie na zmniejszenie zawartości kadmu w buraku ćwikłowym. Pod wpływem wapnowania średnia zawartość kadmu w korzeniach spichrzowych i liściach zmniejszyła się odpowiednio o 8,26% i 7,09%. Uzyskane rezultaty są zbieżne z wynikami badań innych autorów. Kuziemska i Kalembasa

PL 226 730 B1 w publikacji „Wpływ wapnowania, dawki i rodzaju osadów ściekowych oraz nawożenia NPK na plon, skład chemiczny roślin i gleby” Cz. III. Zawartość wybranych metali ciężkich w materiale roślinnym. Arch.

Ochr. Środ. 1-2, 1997, s. 127-138 stwierdzili, że wapnowanie gleby przyczyniło się do spadku zawartości kadmu w kukurydzy, jęczmieniu, pszenicy i koniczynie czerwonej, natomiast Zaniewicz-Bajkowska i in. w publikacji „Direct and secondary effect of liming and organic fertilization on cadmium content in soil and in vegetables” Plant Soil Environment, 53 (11), 2007, s. 473-481 wykazali znaczne zmniejszenie zawartości kadmu w selerze korzeniowym i porze uprawianych na glebie wapnowanej. Z kolei według Rosy i in. w publikacji „Wpływ wapnowania gleby na akumulację ołowiu w sześciu odmianach buraka ćwikłowego” Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 41, 2009, s. 462-469 wapnowanie miało korzystny wpływ na zmniejszenie zawartości ołowiu rozpuszczalnego w glebie. Świadczą o tym także wartości wskaźników rozpuszczalności W glebie niewapnowanej oznaczono zawartość ołowiu -1 -1 rozpuszczalnego wynoszącą 0,236 mglg p.s.m., a w glebie wapnowanej - 0,208 mglg' p.s.m. Stwierdzono, że buraki uprawiane w glebie wapnowanej akumulowały istotnie mniej ołowiu w częściach jadalnych od uprawianych na glebie niewapnowanej. W wyniku podniesienia odczynu gleby ilość ołowiu w burakach zmniejszyła się średnio o 7%.

Poza opisanymi zabiegami wapnowania występująca w glebie substancja organiczna w postaci związków próchnicznych, jak i ta wprowadzana do gleby wraz z nawozami naturalnymi, organicznymi, organiczno-mineralnymi, przyczynia się do ograniczenia ilości dostępnych dla roślin form metali ciężkich, a tym samym uzyskania plonu charakteryzującego się obniżoną zawartością omawianych pierwiastków. Substancja organiczna w glebie wpływa na siłę, z jaką kwasowość gleby oddziaływuje na rozpuszczalność metali ciężkich. Jednak wpływ ten zależy od wielkości cząstek materii organicznej, ilości strukturalnych związków humusowych, odczynu gleby, rodzaju i stężenia metalu w glebie. Na glebach wzbogaconych w materię organiczną (np. obornik, torf, komposty, węgiel brunatny), zmniejsza się udział dostępnych dla roślin form metali ciężkich, a tym samym maleje ich toksyczność dla roślin. Materia organiczna, wiążąc specyficznie metale ciężkie w związki nierozpuszczalne lub trudno rozpuszczalne w wodzie, ogranicza ich desorpcję do roztworu glebowego, a tym samym ich mobilność w glebie. Natomiast trwałość kompleksowych połączeń materia organiczna-metal zwiększa się wraz ze wzrostem stopnia jej rozkładu, jak i podniesieniem odczynu gleby.

Efekt zmniejszenia mobilności metali można uzyskać ponadto, wprowadzając do gleby materiały organiczne o dużej pojemności sorpcyjnej, takie jak torf, granulowany lub sproszkowany węgiel brunatny, kompost, trociny czy korę drzewną. Rzadziej stosowanym sposobem zwiększenia zdolności sorpcyjnych gleb lekkich jest zastosowanie dodatków bogatych w minerały ilaste, na przykład w formie zabiegu iłowania, polegającego na wymieszaniu powierzchniowej warstwy gleby piaszczystej z nawiezionym materiałem zwięźlejszym. Sorpcję chemiczną metali ciężkich w glebie wspomagać można przez zastosowanie materiałów zawierających fosforany, np. fosforytów lub hydroksyapatytu. Należy tu zwrócić uwagę, że słabo zhumifikowana substancja organiczna wprowadzana do gleby może zawierać niskocząsteczkowe frakcje organiczne, łatwo rozpuszczalne w wodzie i zdolne do kompleksowania metali ciężkich, co może spowodować niepożądany wzrost ich rozpuszczalności.

Ponadto jak wynika z publikacji autorstwa Domagały-Świątkiewicz I. i Sady W. pt. „Jak ograniczyć nadmierną akumulację metali ciężkich w warzywach?” Owoce-Warzywa-Kwiaty, 2001, (15), s. 27-28 zrównoważona i optymalna zawartość mikro- i makroskładników pokarmowych w glebie wpływa na uzyskanie plonów o małej zawartości metali ciężkich. Nawożenie powinno być dostosowane do warunków glebowych i klimatycznych panujących w rejonie uprawy, a także przeznaczenia plonu. Należy preferować nawozy mineralne skoncentrowane - o dużej zawartości składnika pokarmowego (superfosfat potrójny, siarczan potasu, sól potasowa 60%) oraz nawozy wieloskładnikowe kompleksowe, zwłaszcza te, które oprócz podstawowych składników pokarmowych zawierają magnez i mikroelementy.

Jak z powyższego wynika, dotychczas stosowane sposoby ograniczenia absorpcji metali ciężkich przez uprawiane rośliny polegają na kosztownych zabiegach zmierzających do modyfikacji odczynu gleby (pH) czy też zmiany zawartości w glebie substancji organicznej, a także makro i mikroelementów. Poza dużymi kosztami tych zabiegów, stosowanie ich obciąża środowisko.

Okazało się, że w znacznie prostszy sposób można uzyskać lepszy rezultat zmniejszenia zawartości metali ciężkich w plonach roślin korzeniowych.

Sposób zmniejszenia absorpcji metali ciężkich przez rośliny korzeniowe, zgodny z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że nasiona tych roślin przed wysiewem poddajemy oddziaływaniu pola magnetycznego o indukcji 35 do 50 mT o częstotliwości 50 Hz przez 30 do 90 sekund.

PL 226 730 B1

Sposób ten jest tani w stosowaniu, nie wymaga wcześniej opisanych zabiegów modyfikacji odczynu, czy też struktury gleby poprzez wapnowanie lub wprowadzanie do niej dodatkowych ilości substancji organicznej oraz makro- i mikroelementów. Jak z tego wynika, jest to sposób ekologiczny nie obciążający środowiska. Poza tym jego stosowanie jest bardzo efektywne i pozwala na obniżenie zawartości metali ciężkich w przetestowanych uprawach marchwi, pietruszki oraz buraka cukrowego średnio o ponad 20% i równocześnie zwiększenie zawartości makroelementów średnio o 14%.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach jego zastosowania w uprawie marchwi, pietruszki oraz buraka cukrowego.

Przykład I

Sposób poprawy jakości warzyw korzeniowych zgodny z wynalazkiem zastosowano przy uprawie marchwi.

Nasiona poddano przedsiewnemu działaniu pola magnetycznego. Zastosowano indukcję pola magnetycznego na poziomie 35 mT przez 35 sekund. Nasiona marchwi bezpośrednio po tym zabiegu wysiano w ostatnim tygodniu kwietnia, a zebrano w optymalnym czasie to jest pierwszym tygodniu października. Po zebraniu plonu korzeni poszczególnych roślin wyrosłych z nasion przedsiewnie poddanych stymulacji magnetycznej, jak i korzeni próby kontrolnej przeprowadzono badania na zawartość makroelementów i metali ciężkich. Stwierdzono, że korzenie roślin marchwi przedsiewnie stymulowane polem magnetycznym zawierały średnio o 14,0% więcej makroelementów, oraz o 27,0% mniej metali ciężkich w porównaniu do próby kontrolnej, dla której nie zastosowano tego zabiegu.

Przykład II

Sposób poprawy jakości warzyw korzeniowych zgodny z wynalazkiem zastosowano przy uprawie pietruszki.

Stymulacji poddano jednorazowo przedsiewnie nasiona pietruszki. Zastosowano indukcję pola magnetycznego na poziomie 45 mT przez 60 sekund. Nasiona pietruszki wysiano w pierwszej połowie kwietnia, rośliny zebrano w optymalnym czasie, to jest w sierpniu. Po zebraniu plonu korzeni poszczególnych roślin wyrosłych z nasion przedsiewnie poddanych stymulacji magnetycznej, jak i korzeni próby kontrolnej przeprowadzono badania na zawartość makroelementów i metali ciężkich. Stwierdzono, że korzenie roślin pietruszki przedsiewnie stymulowane polem magnetycznym zawierały średnio o 16,9% więcej makroelementów oraz o 24,3% mniej metali ciężkich w porównaniu do próby kontrolnej, dla której nie zastosowano tego zabiegu.

Przykład III

Sposób poprawy jakości roślin przemysłowo korzeniowych zgodny z wynalazkiem zastosowano przy uprawie buraka cukrowego.

Nasiona poddano przedsiewnemu działaniu pola magnetycznego. Zastosowano indukcję pola magnetycznego na poziomie 50 mT przez 90 sekund. Nasiona po tym zabiegu wysiano w pierwszym tygodniu kwietnia, a rośliny zebrano w pierwszej połowie października. Po zebraniu plonu korzeni poszczególnych roślin wyrosłych z nasion przedsiewnie poddanych stymulacji magnetycznej, jak i korzeni próby kontrolnej przeprowadzono badania na zawartość makroelementów i metali ciężkich w korzeniach. Stwierdzono, że korzenie roślin buraka cukrowego przedsiewnie stymulowane polem magnetycznym zawierały średnio o 13,4% więcej makroelementów, oraz o 26,0% mniej metali ciężkich w porównaniu do próby kontrolnej, dla której nie zastosowano tego zabiegu.

Claims (1)

1. Sposób zmniejszenia absorpcji metali ciężkich przez rośliny korzeniowe, znamienny tym, że nasiona tych roślin przed wysiewem poddajemy oddziaływaniu pola magnetycznego o indukcji 35 do 50 mT o częstotliwości 50 Hz przez 30 do 90 sekund.