Минеральные удобрения, а не почва, являются основным источником токсичного кадмия в зёрнах пшеницы

от

Растения поглощают через корни не только питательные вещества, но и токсичные металлы, такие как кадмий. Ранее было неясно, поступают ли токсичные металлы из почвы или из применяемых удобрений. Под руководством Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) и Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина, исследовательская группа изучила зёрна пшеницы, чтобы прояснить этот вопрос.

Используя специальный метод изотопной сигнатуры, они обнаружили, что большая часть токсичных металлов поступает из минеральных удобрений. Сочетание минеральных и органических удобрений не только снизит концентрацию токсичных металлов, но и увеличит концентрацию металлов, важных для питания человека. Этот вывод исследователи представили в своём исследовании, опубликованном в журнале Environment International.

«Из полевых и тепличных исследований известно, что тип удобрения — минеральное или органическое — влияет на концентрацию металлов в сельскохозяйственных культурах, — говорит профессор доктор Мари Мюэ, руководитель рабочей группы по растительной биогеохимии в UFZ и соруководитель исследования. — Но до сих пор не было известно, поступали ли металлы, поглощаемые растениями, из почвы или непосредственно из удобрений». Это и стремилась выяснить немецко-американская исследовательская группа.

Методика исследования

Учёные использовали образцы почвы и зёрен пшеницы из статического эксперимента по удобрению на исследовательской станции UFZ в Бад-Лаухштадте. Статический эксперимент по удобрению был начат в 1902 году и является одним из наиболее ценных долгосрочных экспериментов в мире во многом благодаря своей исключительной продолжительности.

«Некоторые участки не удобрялись более 120 лет, другие удобрялись только минеральными удобрениями, только органическими удобрениями — например, навозом с соседних ферм — или смесью того и другого», — говорит Мюэ.

За длительный период эксперимента свойства почвы (например, значение pH или содержание органических веществ) значительно изменились. Поэтому образцы материала из этого долгосрочного эксперимента стали идеальной основой для анализа.

Для своего исследования учёные более подробно изучили образцы за последние 20 лет. «Сначала мы определили содержание соответствующих металлов в почве, в собранных зёрнах пшеницы и в использованных удобрениях», — объясняет Александра Пеньковская, докторант UFZ и соавтор исследования.

Чтобы выяснить, поступают ли металлы, содержащиеся в зёрнах пшеницы, из почвы или из удобрений, исследователи использовали метод изотопной сигнатуры стронция, основанный на том, что химический элемент стронций (Sr) встречается в двух разных изотопах, $^{87}$Sr и $^{86}$Sr.

«Поскольку соотношение этих двух изотопов различается в каждом типе почвы, это, по сути, отпечаток пальца», — объясняет Роберт Хилл, докторант Университета Дьюка и соавтор исследования.

«Если соотношение в зёрнах пшеницы такое же, как в почве, на которой выросло растение, можно сделать вывод, что растение поглотило стронций из почвы. Однако если изотопное соотношение в зерне соответствует соотношению в удобрении, это явный признак того, что стронций попал в зерно через удобрение».

Поскольку известно, что растения поглощают стронций и кадмий схожими путями, выводы можно сделать и для кадмия. Результаты показывают, что токсичные металлы в проанализированных зёрнах пшеницы поступают из удобрений, а не из почвы. Кроме того, содержание металлов особенно высоко, когда используется минеральное удобрение, а не органическое.

«Для интерпретации этих результатов важно отметить, что наши исследования проводились в регионе с очень плодородными чернозёмными почвами. Эти эффекты могли бы стать ещё более очевидными на песчаных или кислых почвах», — говорит Пеньковская.

Учитывая, что долгосрочное использование минеральных удобрений также приводит к подкислению почвы, меры по стабилизации уровня pH (например, известкование) становятся ещё более важными.

Однако не все металлы, содержащиеся в минеральных удобрениях, нежелательны. Например, цинк является важным микроэлементом для питания. Но можно ли стимулировать поглощение цинка в зёрнах пшеницы, предотвращая при этом поглощение токсичных металлов?

«Наши исследования также показали, что путём комбинирования удобрений можно увеличить концентрацию цинка в зёрнах пшеницы, не увеличивая при этом концентрацию кадмия», — говорит Мюэ. «Поэтому мы рекомендуем комбинированное внесение удобрений или поочерёдное внесение минеральных и органических удобрений. Это не только снижает затраты на удобрения, но и улучшает качество зерна».

В последующих исследованиях учёные намерены изучить, как уровень металлов в сельскохозяйственных культурах реагирует на изменение условий окружающей среды, в том числе вызванных изменением климата.

Предоставлено Центром экологических исследований им. Гельмгольца.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте