esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2023-116-109-128esoil-742Research ArticleСтатьиВлияние кремнийорганического адсорбента на содержание подвижных форм тяжелых металлов и рост тест-культуры в условиях загрязнения почвы свинцом и медьюEffect of organosilicon adsorbent on the content of mobile forms of heavy metals and growth of test-crop under conditions of soil contamination with lead and copperhttps://orcid.org/0000-0003-0882-5990СкурихинаП. Д.SkurikhinaP. D.

Казанский федеральный университет, кафедра почвоведения, студент.

sfagnium@mail.ruКазанский федеральный университет, Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан (Центральный отдел обеспечения экологического надзора)РоссияFederal Kazan Federal UniversityRussian Federation2023250920230116109128Copyright © Скурихина П.Д., 20232023Скурихина П.Д.Skurikhina P.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/742

Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) представляется серьезной экологической проблемой. Для рекультивации почв, подвергшихся воздействию поллютантов, часто применяются различные сорбенты, в связи с этим поиск наиболее эффективного и многопланового сорбирующего вещества является актуальным. Смоделировано загрязнение гумусово-аккумулятивного горизонта светло-серой лесной легкосуглинистой почвы тяжелыми металлами: свинец (Pb2+) и медь (Cu2+). В качестве загрязнителей использовали растворы ацетата свинца (Pb (CH₃COO)₂·3H2O) и сульфата меди (CuSO₄·7Н2O) трех разных концентраций (1ПДК, 5ПДК, 10ПДК). Растворы кремнийорганического адсорбента – 1,1,3,3-тетрагидрокси-1,3-диметилдисилоксана полигидрата (ПМСПГ) также вносились в трех различных вариантах: 0.01%; 0.1%; 1%. После загрязнения исследуемых образцов и внесения кремнийорганического адсорбента были определены подвижные соединения меди и свинца методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Экстракция поллютантов из почвы проводилась ацетатно-аммонийным буфером (рН = 4.8). Применение адсорбента значительно снизило концентрации подвижных соединений тяжелых металлов. Наиболее эффективным оказалось применение раствора ПМСПГ с концентрацией 1%. Проводился вегетационный эксперимент. В качестве тест-культуры использовался кресс-салат (Lepidium sativum L.) сорта “Забава”. Выявлены благоприятные изменения в росте кресс-салата при использовании адсорбента с концентрацией 1% по отношению к контрольным вариантам.

The pollution of soil by heavy metals becomes a prime ecological problem. Recultivation of polluted soil objects is usually made by means of different types of sorbents. So, in this connection the search for the most effective and multifunctional sorbing agent is relevant. The model experiment of soil pollution by several heavy metals in upper soil horizon was carried out. The soil for that research was Grey-Luvic Phaeozems. Lead (Pb2+) and copper (Cu2+) were chosen as pollutants. Solutions of lead acetate (Pb(CH₃COO)₂·3H2O) and copper sulphate (CuSO₄·7Н2O) of three different concentrations (1 MPC, 5 MPC, 10 MPC) were used as pollutants. Solutions of organosilicon adsorbent – 1,1,3,3,3-tetrahydroxy-1,3-dimethyldisiloxane polyhydrate (PMSPG) were also applied in three different variants: 0.01%; 0.1%; 1%. The mobile forms of heavy metals were researched by method of atomic absorption spectrometry. The mobile forms of heavy metals were extracted by the ammonium acetate buffer (pH = 4.8). According to results, the application of organosilicon sorbent had a positive issue. Application of adsorbent significantly reduced the concentrations of mobile heavy metal compounds. The application of PMSPG solution with concentration of 1% was the most effective. A vegetation experiment was carried out. Cress (Lepidium sativum L.) of “Zabava” variety was used as a test-crop. Favourable changes in the growth of cress with the use of adsorbent at the concentration of 1% compared to the control variants were revealed.

загрязнение почвхелатообразующие полимерысорбентысилоксантяжелые металлыsoil pollutionchelate polymerssorbentssiloxaneheavy metalsReferencesЛомовский О.И., Болдырев В.В. Механохимия в решении экологических задач // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 2006. № 79. С. 1–221. URL: http://www.spsl.nsc.ru/download/ecology/V_79.pdf.Lomovskij O.I., Boldyrev V.V., Mekhanohimiya v reshenii ekologicheskih zadach (Mechanochemistry in solving environmental problems), Ekologiya, 2006, No. 79., pp. 1–221, URL: http://www.spsl.nsc.ru/download/ecology/V_79.pdf.Абдуталипова Н.М., Туробжонов С.М., Исмоилова Н.А. Изучение механизма комплексообразования ионов меди на полученном анионообменном полимере АНФ // Universum: технические науки. 2017. №. 6(39). С. 20–25.Abdutalipova N.M., Turobzhonov S.M., Ismoilova N.A., Izuchenie mekhanizma kompleksoobrazovaniya ionov medi na poluchennom anionoobmennom polimere ANF (Studying the mechanism of copper ion complexation on the obtained anion-exchange polymer ANF), Universum: tekhnicheskie nauki, 2017, No. 6 (39), pp. 20–25.Адамович Т.А., Зайцев М.А., Береснева Е.В. Изучение сорбционных свойств торфа месторождений Кировской области // Химия растительного сырья. 2020. №. 2. С. 299–305.Adamovich T.A., Zajcev M.A., Beresneva E.V., Izuchenie sorbcionnyh svojstv torfa mestorozhdenij Kirovskoj oblasti (Studying the mechanism of copper ion complexation on the obtained anion-exchange polymer ANF), Himiya rastitel'nogo syr'ya, 2020, No. 2, pp. 299–305.Адсорбенты из неорганических техногенных отходов / В.В. Самонин, Е.А. Спиридонова, А.С. Зотов // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 12. С. 15–23. DOI: 10.18412/1816-0395-2021-12-15-23.Samonin V.V., Spiridonova E.A., Zotov A.S., Adsorbenty iz neorganicheskih tekhnogennyh othodov (Adsorbents from inorganic technogenic waste), Ekologiya i promyshlennost' Rossii, 2021, Vol. 25, No. 12, pp. 15–23, DOI: 10.18412/1816–0395-2021-12-15-23.Вольф М.П., Салиб-Бойгелаар Г.Б., Хунцикер П. PDM с функциональными возможностями конструктора – свойства, стратегии модификации и приложения // Прогресс в науке о полимерах. 2018. С. 97–134.Wolf M.P., Salib-Boigelaar G.B., Hunziker P., PDM with Designer Functionality – Properties, Modification Strategies, and Applications, Progress in the science of polymers, 2018, pp. 97–134.ГОСТ 12038–84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Взамен ГОСТ 12038–66; введ. 1986-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2011. 65 с.GOST 12038–84. Seeds of agricultural crops. Methods of germination determination, Instead of GOST 12038–66; introduced 1986.07.01, Moscow: Izd-vo standartov, 2011, 65 p.Дину М.И., Заитова В.О. Влияние гуминовых кислот и фульвокислот на геохимическую миграцию ионов тяжелых металлов // Естественные и технические науки. 2014. №. 11–12. С. 92–96.Dinu M.I., Zaitova V.O., Vliyanie guminovyh kislot i ful'vokislot na geohimicheskuyu migraciyu ionov tyazhelyh metallov (Effect of humic acids and fulvic acids on the geochemical migration of heavy metal ions), Estestvennye i tekhnicheskie nauki, 2014, No. 11–12, pp. 92–96.Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М., Рамазанов А.Х. Исследование процесса сорбции ионов меди (II) новым комплекситом на основе акрилонитрила // Universum: химия и биология. 2016. №. 8 (26). С. 5.Kattaev N.T., Babaev T.M., Ramazanov A.H., Issledovanie processa sorbcii ionov medi (II) novym kompleksitom na osnove akrilonitrila (Study of copper ions (Cu) sorption by a new acrylonitrile-based complexite), Universum: himiya i biologiya, 2016, No. 8 (26), p. 5.Кизилов О.А., Байкин Ю.Л., Овчинников П.Ю. Применение минеральных сорбентов при загрязнении почв тяжелыми металлами // Вестник биотехнологии. 2017. №. 1. С. 16–16.Kizilov O.A., Bajkin Yu.L., Ovchinnikov P.Yu., Primenenie mineral'nyh sorbentov pri zagryaznenii pochv tyazhelymi metallami (Study of copper ions (Cu) sorption by a new acrylonitrile-based complexite), Vestnik biotekhnologii, 2017, No. 1, pp. 16–16.Костина Л.В., Куюкина М.С., Ившина И.Б. Методы очистки загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием (био) сурфактантов (Обзор) // Вестник Пермского университета. Серия: Биология. 2009. №. 10. С. 95–110.Kostina L.V., Kuyukina M.S., Ivshina I.B., Metody ochistki zagryaznennyh tyazhelymi metallami pochv s ispol'zovaniem (bio) surfaktantov (Obzor) (Study of copper ions (Cu) sorption by a new acrylonitrile-based complexite), Vestnik Permskogo universiteta. Seriya: Biologiya, 2009, No. 10, pp. 95–110.Кубрина Л.В., Супиниченко Е.А. Использование кресс-салата как тест-объекта для оценки загрязнения снежного покрова // Научное обозрение. 2021. № 1. С. 11–15.Kubrina L.V., Supinichenko E.A., Ispol'zovanie kress-salata kak test-ob"ekta dlya otsenki zagryazneniya snezhnogo pokrova (Using watercress as a test object for assessing snow cover pollution), Nauchnoe obozrenie, 2021, No. 1, pp. 11–15.Лакиза Н.В., Неудачина Л.К., Ятлук Ю.Г., Багрецова М.А., Скорин Ю.А. Новые кремнийорганические сорбенты для сорбции катионов металлов // Аналитика и контроль. 2005. № 4. С. 391–398.Lakiza N.V., Neudachina L.K., Yatluk Yu.G., Bagrecova M.A., Skorin Yu.A., Novye kremnijorganicheskie sorbenty dlya sorbcii kationov metallov (New organosilicon sorbents for sorption of metal cations), Analitika i kontrol', 2005, No. 4, pp. 391–398.Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С. Барьерные функции системы почва–растение // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2008. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bariernye-funktsii-sistemy-pochva-rastenie.Minkina T.M., Motuzova G.V., Mandzhieva S.S., Bar'ernye funkcii sistemy pochva-rastenie (Barerene functions of the soil-plant system), Vestnik Moskovskogo universiteta, Seriya 17. Pochvovedenie, 2008, No. 2, URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bariernye-funktsii-sistemy-pochva-rastenie.Морозова В.Ю., Подвязников М.Л., Самонин В.В. Влияние микродобавок фуллеренов на поглотительную способность неорганических сорбентов по d-элементам // Журнал прикладной химии. 2015. Т. 88. № 10. С. 1427–1431.Morozova V.Yu., Podvyaznikov M.L., Samonin V.V., Vliyanie mikrodobavok fullerenov na poglotitel'nuyu sposobnost' neorganicheskih sorbentov po d-elementam (Effect of fullerene microadditives on the absorption capacity of inorganic sorbents for d-elements), Zhurnal prikladnoj himii, 2015, Vol. 88, No. 10, pp. 1427–1431.ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.78-2013. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовой доли подвижных форм металлов: меди, цинка, свинца, кадмия, марганца, никеля, кобальта, хрома в пробах почв, грунтов, донных отложений, осадков сточных вод методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Введ. 2013-05-24. М.: ФГБУ “ФЦАО”, 2013. 20 с.PND F 16.1:2:2.2:2.3.78-2013. Quantitative chemical analysis of soils. Methods for measuring the mass fraction of mobile forms of metals: copper, zinc, lead, cadmium, manganese, nickel, cobalt, chromium in samples of soil, sediments, sewage sludge by flame atomic absorption spectrometry, 2013.05.24, Moscow: FGBU “FCAO”, 2013, 20 p.Переломов Л.В. Использование природных и модифицированных глинистых минералов для ремедиации загрязненных почв и очистки сточных вод / Л.В. Переломов, Ю.М. Атрощенко // Университет XXI века: научное измерение: материалы научной конференции научно-педагогических работников, аспирантов, магистрантов ТГПУ им. Л.Н. Толстого. Тула: Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, 2020. С. 217–222.Perelomov L.V., The use of natural and modified clay minerals for the remediation of contaminated soils and wastewater treatment, University of the XXI century: scientific dimension: materials of the Scien. Conf. of scientific and pedagogical workers, graduate students, undergraduates of L.N. Tolstoy TSPU, Tula: Tula State Pedagogical University. L.N. Tolstoy, 2020, pp. 217–222.Пимнева Л.А., Лебедева А.А. Исследование адсорбции ионов меди (II) модифицированным природным сорбентом // Международный журнал экспериментального образования. 2016. №. 9–1. С. 69–70.Pimneva L.A., Lebedeva A.A., Issledovanie adsorbcii ionov medi (II) modificirovannym prirodnym sorbentom (Study of copper ions (Cu) adsorption by a modified natural sorbent), Mezhdunarodnyj zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya, 2016, No. 9–1, pp. 69–70.Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И. Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. Характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции. Сер. Экология. Вып. 90. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2009. 155 с.Putilina V.S., Galickaya I.V., Yuganova T.I., Adsorbciya tyazhelyh metallov pochvami i gornymi porodami. Harakteristiki sorbenta, usloviya, parametry i mekhanizmy adsorbcii (Characteristics of the sorbent, conditions, parameters and mechanisms of adsorption. Adsorption of heavy metals by soils and rocks), Novosibirsk: GPNTB SO RAN, 2009, 155 p.Саввин С.Б., Михайлова А.В., Ефимов Н.Н., Минин В.В. Сорбция комплексов меди (II) гидрогелем // Химическая технология. 2011. Т. 12. №. 3. С. 171–176.Savvin S.B., Mihajlova A.V., Efimov N.N., Minin V.V., Sorbciya kompleksov medi (II) gidrogelem (Sorption of copper (Cu) complexes by hydrogel), Himicheskaya tekhnologiya, 2011, Vol. 12, No. 3, pp. 171–176.Самонин В.В., Никонова В.Ю., Подвязников М.Л. Исследование сорбционных свойств модифицированных фуллеренами активных углей по отношению к ионам металлов // Защита металлов. 2008. Т. 44. №. 2. С. 204–206.Samonin V.V., Nikonova V.Yu., Podvyaznikov M.L., Issledovanie sorbcionnyh svojstv modificirovannyh fullerenami aktivnyh uglej po otnosheniyu k ionam metallov (Study of sorption properties of fullerene-modified active carbons with respect to metal ions), Zashchita metallov, 2008, Vol. 44, No. 2, pp. 204–206.Сандип Б., Саад Дж., Брюкманн Р., Вилль П. Патент № 2735231 C1 Российская Федерация, C09K 17/38 (2020.08); C08G 77/46 (2020.08); C08G 77/388 (2020.08); C08L 83/08 (2020.08). Улучшитель почвы для снижения натриевости и распыления для улучшения подвижности воды в различных почвах. № 2019128341. Заявл. 06.02.2018. Опубл. 29.10.2020. Бюл. № 31.Sandeep Bhatt, Saad John, Ralph Brückmann, Will Peter, Patent No. 2735231 C1 Russian Federation, C09K 17/38 (2020.08); C08G 77/46(2020.08); C08G 77/388(2020.08); C08L 83/08 (2020.08). Soil improver for sodium reduction and spraying to improve water mobility in various soils, No. 2019128341, Appl. 02/06/2018, publ. 29.10.2020, Bull. No. 31.Слинякова И.Б., Денисова Т.И. Кремнийорганические адсорбенты: Получениие, свойства, применение. Киев: Наук. думка, 1988. 190 с.Slinyakova I.B., Denisova T.I., Organosilicon adsorbents: Preparation, properties, application, Kyiv: Nauk. thought, 1988, 190 p.Удиванкин А.В. Влияние тяжелых металлов и их смесей на содержание белков и фотосинтетических пигментов в побегах кресс-салата (Lepidium sativum) // Вестник СамГУ. 2006. № 7. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-tyazhelyh-metallov-i-ih-smesey-na-soderzhanie-belkov-i-fotosinteticheskih-pigmentov-v-pobegah-kress-salata-lepidium-sativum.Udivankin A.V., Vliyanie tyazhelyh metallov i ih smesej na soderzhanie belkov i fotosinteticheskih pigmentov v pobegah kress-salata (lepidium sativum) (Effect of heavy metals and their mixtures on the content of proteins and photosynthetic pigments in cress shoots (Lepidium sativum), Vestnik SamGU, 2006, No 7, URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-tyazhelyh-metallov-i-ih-smesey-na-soderzhanie-belkov-i-fotosinteticheskih-pigmentov-v-pobegah-kress-salata-lepidium-sativum.Фидурова С.Н., Сютова Е.А. Минеральный сорбент СВ-100 для сорбции свинца // Актуальные проблемы химии и образования. 2019. С. 93–96.Fidurova S.N., Syutova E.A., Mineral'nyj sorbent SV-100 dlya sorbcii svinca (Mineral sorbent CB-100 for lead sorption), In: Aktual'nye problemy himii i obrazovaniya, 2019, pp. 93–96.Фундаментальные и прикладные проблемы получения новых материалов: исследования, инновации и технологии. Материалы научных трудов XII Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Алыкова Наримана Мирзаевича / Джигола Л.А. Астрахань: Сорокин Роман Васильевич, 2018. 352 с.Dzhigola L.A., Fundamental'nye i prikladnye problemy polucheniya novyh materialov: issledovaniya, innovacii i tekhnologii (Fundamental and applied problems of producing new materials: research, innovation and technology), Proc. XII Int. Scien. and Pract. Conf. to the memory of Alykov Nariman Mirzaevich, Astrahan': Izdatel': Sorokin Roman Vasil'evich, 2018,352 p.Шачнева Е.Ю. Применение сорбента СВ-1-АL2 для концентрирования ионов свинца // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2016. №. 1. С. 26–30.Shachneva E.Yu., Primenenie sorbenta SV-1-AL2 dlya koncentrirovaniya ionov svinca (Application of CB-1-AL2 sorbent for lead ions concentration), Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie, 2016, No. 1, pp. 26–30.Жеребцов О.В., Агаджанян Е.Ф., Каменчук Я.А. Адсорбент полиметилсилоксана полигидрат и способ его получения. Патент № 2761627 C1 Российская Федерация, МПК C01B 33/155, A61K 31/695. № 2020139330. Заявл. 01.12.2020. Опубл. 13.12.2021. Заявитель ООО “Гротекс”.Zherebcov O.V., Agadzhanyan E.F., Kamenchuk Ya.A., Adsorbent polimetilsiloksana poligidrat i sposob ego polucheniya (Polymethylsiloxane polyhydrate adsorbent and method of its produnctio), Patent No. 2761627 C1 Russian Federation, MPK C01B 33/155, A61K 31/695, No. 2020139330, applied 01.12.2020, publ. 13.12.2021, LLC “Groteks”.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.