ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ТОЛЕРАНТНОСТИ РАСТЕНИЙ К ПОЛЛЮТАНТАМ В ГИДРОПОНИКЕ КАК МОДЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

Загрязнение окружающей среды промышленными стоками — одна из острейших экологических проблем нашего времени

Цель данной работы — совершенствование ранее известных методических приёмов применения гидропоники как инструмента оценки толерантности растений к загрязнённым средам, а также уточнение критических концентраций поллютантов для ряда растений-фиторемедиаторов. Для её достижения мы сочетали лабораторные опыты, анализ научной литературы, статистическую обработку данных, натурные наблюдения и системный подход, объединяющий аналитические и синтетические методы.

В данном случае, гидропоника — как технология беспочвенного выращивания растений в питательном растворе

Рисунок 1 - Блок-схема контролируемых параметрах при использовании гидропоники

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.1

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Несмотря на то, что на долю работ, использующих гидропонику для оценки толерантности растений к тяжёлым металлам, приходится около 1,5% от общего массива публикаций по гидропонным технологиям

[5]

, этот подход обладает рядом неоспоримых преимуществ. Растения культивируют в растворе с точно заданными концентрациями металлов — цинка, меди, кадмия, никеля, хрома — и отслеживают накопление каждого из них. В отличие от почвенных экспериментов, здесь исключены гуминовые кислоты, органические примеси и другие переменные, способные исказить результаты, что хорошо видно при сравнении блок-схем на Рисунках 1 и 2.

Рисунок 2 - Блок-схема контролируемых параметрах в традиционном почвенном эксперименте

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.2

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Работа строилась на нескольких взаимодополняющих методах: анализе научной литературы по теме применения гидропоники в экотоксикологических исследованиях; вегетационных экспериментах с концентрациями поллютантов, превышающими ПДК в 5, 10, 100 и 200 раз, и органическими компонентами в диапазоне 0,5–4 мл/л

Для экспериментов отобраны виды, известные способностью накапливать тяжёлые металлы или переносить их воздействие: горчица сарпетская (Brassica juncea (L.) Czern.), редька дайкон (Raphanus sativus var. longipinnatus L.H.Bailey), клевер луговой (Trifolium pratense L.) и базилик обыкновенный (Ocimum basilicum L.). Перед посевом семена прошли дезинфекцию и стерилизацию; этап проращивания показан на Рисунке 3.

Рисунок 3 - Этап проращивания и дезинфекции семян

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.3

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Растения выращивали в гидропонной установке с системой периодического затопления — её схема приведена на Рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема гидропоники с периодическим затоплением

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.4

Открыть в полном размереСкачать рисунок

На базе РХТУ им. Д.И. Менделеева была оборудована специализированная гидропонная ферма. Исследовательская группа кафедры разработала и приготовила оригинальный питательный раствор с повышенным содержанием азота и расширенным набором микроэлементов в хелатной форме

[9]

. Хелатирование металлов принципиально важно: оно сводит к минимуму взаимодействие компонентов питательного раствора со свободными ионами тяжёлых металлов из поллютантов, сохраняя тем самым чистоту эксперимента.

Растительный материал размещали в семи пластиковых контейнерах размером 17×17×17 см; питательный раствор непрерывно аэрировался с интенсивностью 3,8 л/мин. Рабочая концентрация раствора составляла 75% для клевера и 50% для лука-порея

Рисунок 5 - Схема контейнеров с указанием концентраций загрязнителей

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.5

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Контейнер «Эталон» служил контролем — поллютанты в него не вносились. В сосуды «Hg-1» и «Hg-2» на 10-й день эксперимента ввели нитрат ртути Hg(NO₃)₂ в концентрациях 5 и 100 ПДК соответственно; на 20-й день дозу удвоили — до 10 и 200 ПДК. В варианты «Орг-1» и «Орг-2» добавляли WD-40 (0,5 и 2 мл/л → 1 и 4 мл/л), в «ПАВ-1» и «ПАВ-2» — лауретсульфат натрия в тех же градациях. На протяжении всего опыта еженедельно измеряли биомассу, оценивали внешние признаки стресса и фиксировали уровень накопления металлов; контейнеры с растениями показаны на Рисунке 6.

Рисунок 6 - Контейнеры с экспериментальными растениями

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.6

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Динамика роста растений при разных уровнях загрязнения отражена на Рисунке 7. Первое внесение поллютантов (10-й день, отметка «1») повлекло заметное снижение прироста биомассы, повторное (20-й день) усилило этот эффект. При этом дайкон, клевер и базилик вплоть до второго загрязнения сохраняли относительно высокий прирост. Необходимо подчеркнуть, что наблюдаемые реакции растений нельзя однозначно объяснять лишь специфическим токсическим действием поллютантов. С точки зрения физиологии растений повышение концентрации любого растворённого вещества, обладающего осмотической активностью, неизбежно создаёт осмотический стресс, препятствующий поглощению воды корнями

Рисунок 7 - График выносливости растений с различными уровнями загрязнения

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.7

Открыть в полном размереСкачать рисунок

Небольшие дозы ПАВ (до 1 мл/л) неожиданно оказали стимулирующий эффект: средняя зелёная масса растений выросла на 8%. Однако уже при концентрации свыше 0,5% тенденция изменилась на противоположную — ПАВ начали подавлять рост. При 4 мл/л угнетение стало выраженным у всех испытуемых видов. Ртуть действовала жёстче с самого начала: даже незначительные её концентрации замедляли рост на 12–18%. Среди всех видов наибольшую устойчивость показал дайкон — его биомасса сократилась лишь на 25%, тогда как базилик и клевер потеряли 30–40% биомассы уже после первого внесения поллютантов.

На Рисунке 8 представлены коэффициенты устойчивости исследуемых видов. Обращает на себя внимание стабильное превосходство дайкона: его устойчивость оказалась на 20–25% выше, чем у остальных видов, причём этот разрыв сохранялся вне зависимости от природы загрязнителя. Даже при двукратном повышении концентрации поллютантов коэффициент устойчивости дайкона снижался в среднем лишь на 15%.

Рисунок 8 - График влияния различных загрязнителей на рост растений

DOI:10.60797/JAE.2026.69.8.8

Открыть в полном размереСкачать рисунок

В ходе проведенного эксперимента получены следующие данные: Соли ртути (Hg): снижение роста до 37,5% при 10 ПДК и до 50% при 100–200 ПДК; дайкон сохранял 70–87% от эталонной выживаемости, клевер — минимальную.

Органические загрязнители (WD-40): снижение роста ~27,5% при 1 мл/л и ~35% при 4 мл/л; дайкон — 90–95% от эталона.

ПАВ: снижение роста до 50% при 1 мл/л и до 65% при 4 мл/л; дайкон — 65–85% от эталона, клевер — наибольшие потери.

По итогам экспериментов установлены следующие критические пороги воздействия поллютантов на исследуемые виды растений:

1) концентрация солей ртути на уровне 10 ПДК снижает рост и выживаемость растений на 35–40%;

2) при 100–200 ПДК ртути темп роста падает в среднем на 45–55%; наиболее устойчивым оказался дайкон (сохранял 70–87% от эталонных показателей), наименее — клевер;

3) внесение WD-40 в концентрации 1 мл/л снижает рост и выживаемость на 20–35%;

4) при 4 мл/л WD-40 рост замедляется на 30–40%; дайкон сохранял 90–95% от эталонной выживаемости, клевер вновь оказался самым уязвимым;

5) ПАВ в концентрации 1 мл/л угнетают рост и выживаемость на 45–55%;

6) при 4 мл/л ПАВ рост снижается на 60–70%; дайкон удерживал 65–85% от эталона, тогда как клевер и, в части вариантов, дайкон при концентрациях свыше 2 мл/л погибали.

Таким образом, среди исследованных видов дайкон демонстрирует наибольшую толерантность ко всем типам поллютантов, клевер — наименьшую. Порог выносливости индивидуален для каждого вида, однако действующие нормативные справочники не содержат подобных данных в разбивке по видам растений. Гидропоника позволяет восполнить этот пробел: она обеспечивает круглогодичную возможность проведения экспериментов, исключает почвенные переменные и даёт воспроизводимые результаты в короткие сроки, что делает её оптимальной платформой для систематического изучения фитотолерантности.