Влияние тяжелых металлов на морфологические и физиологические характеристики клонов Salix

  • Елена Драган Урошевич Белградский университет
  • Олег Иванович Родькин Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет
  • Драгица Милован Станкович Институт междисциплинарных исследований Белградского университета
  • Горан Джорджи Триван Институт междисциплинарных исследований Белградского университета
  • Филип Александар Йованович Институт лесного хозяйства Белградского университета

Аннотация

Объектом исследований служили три клона Salix alba и один клон Salix viminalis. Предмет исследования – изучение влияния тяжелых металлов (Ni, Cu, Cr, Cd, Pb, As) на морфологические и физиологические процессы клонов ивы. Цель исследования – обоснование и выбор клона наиболее перспективного для получения биомассы в целях производства энергии при выращивании на загрязненной тяжелыми металлами почве. Перспективные клоны ивы оценивались по морфологическим параметрам (высота растений, димаметр стеблей, биомасса, площадь листев) и физиологическим индикаторам (интенсивность фотосинтеза и транспирации, устьичная проводимость, эффективность использования воды, межклеточная к онцентрация СО2). Загрязнение почвы тяжелыми металлами отрицательно сказалось на морфологических и физиологических характеристиках клонов ивы. По результатам оценки были выделены клоны, физиологические характеристики которых были менее зависимы от загрязнения почвы тяжелыми металлами. Физиологические показатели клонов положительно коррелировали с морфологическимим параметрами. Теплота сгорания биомассы ивы, выращенной на загрязненной и незагрязненной почве, существенно не различалась. В результате исследований с учетом физиологических и морфологических показателей выделены два клона Salix alba, перспективные для проведения дальнейших исследований и испытаний на загрязненных тяжелыми металлами почвах.

Биографии авторов

Елена Драган Урошевич, Белградский университет

аспирант; научный сотрудник лаборатории, факультет лесного хозяйства.

Олег Иванович Родькин, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

доктор биологических наук, доцент; директор.

Драгица Милован Станкович, Институт междисциплинарных исследований Белградского университета

доктор биологических наук; ведущий научный сотрудник; директор.

Горан Джорджи Триван, Институт междисциплинарных исследований Белградского университета

доктор биологических наук; научный сотрудник кафедры растений, почвы и наносистем.

Филип Александар Йованович, Институт лесного хозяйства Белградского университета

доктор биологических наук; научный сотрудник.

Литература

  1. Pilon-Smiths E. Phytoremediation. Annual Review of Plant Biology 2005;56:15–39.
  2. Newsholme C. Willows. The Genus Salix. Batsford, London: [publisher unknown]; 1992. Volume 129 (7–16). p. 224.
  3. Landberg T, Greger M. Can heavy metal tolerant clones of Salix be used as vegetation filters on heavy metal contaminated land? In: Aronsson P, Perttu K, editors. Willow vegetation filters for municipal wastewaters and sludges. A biological purification system. Uppsala: Swedish University of Agricultural Sciences; 1994. p. 133–144.
  4. Landberg T, Greger M. Differences in uptake and tolerance to heavy metals in Salix from unpolluted and polluted areas. Applied Geochemistry. 1996;11:175–180.
  5. Felix H. Vor-Ort-Reinigung schwermetallbelasteter Böden mit Hilfe von metallakkumulierenden Pflanzen (Hyperakkumulatoren). Terra Tech. 1997;2:47–49.
  6. Greger M, Landberg T. Use of willow in phytoextraction. International Journal Phytoremediation. 1999;1:115–123.
  7. Hammar D, Kayser A, Keller C. Phytoextraction of Cd and Zn with Salix viminalis in field trials. Soil Use and Management. 2003;19:187–192.
  8. Pulford ID, Watson C. Phytoremediation of heavy metal-contaminated land by trees – a review. Enivironment International 2003;29:529–540.
  9. Mleczk M, Rutkowski P, Rissmann I, Kaczmarek Z, Golinski P, Szentner K, Strazynska K, Stachowiak A. Biomass productivity and phytoremediation potential of Salix alba and Salix viminalis. Biomass Bioenergy. 2010;34:1410–1418.
  10. Greger M, Landberg T. Novel field data on phytoextraction: Precultivation with Salix reduces cadmium in wheat grains. International Journal of Phytoremediation. 2015;17:917–924.
  11. Wani KA, Sofi ZM, Malik JA, Wani JA. Phytoremediation of heavy metals using Salix (willows). In: Bhat R, Hakeem K, Dervash M, editors. Bioremediation and Biotechnology. Cham, Swizerland: Springer; 2020. Volume 2. p. 257–268.
  12. Brieger G, Wells JR, Hunter RD. Content in fly ash ecosystem. Water Air and Soil Pollution. 1992;63:87–103.
  13. Ledin S. Willow wood properties, production and economy. Biomass and Bioenergy. 1996;11:75–83.
  14. Rodzkin A, Orlović S, Krstić B, Pilipović A. The assessment of physiology parameters of willow plants as a criterion for selection of prospective clones. Matica Srpska Journal Nature Science. 2015;129:7–16.
  15. Urošević J, Jovanović F, Tadić V, Trivan G, Stanković D. Benefits of economic entities through the co-combustion of various clones from Salix sp. Genus and a mixture of different lignite samples. In: The 23rd International Scientific conference «Sakharov readings 2023: enviromenal problems of the XXI century». Minsk: IVTs Minfina; 2023; p. 221–225.
  16. Zhang S. Wood Quality Attributes and Their Impacts on Wood Utilization. In: XII World Forestry Congress. 2003. URL: https:// www.fao.org/3/xii/0674-b1.htm.
  17. Statgraphics Centurion. Version XVI.I. In:Warrenton, VA, editor. StatPoint Technologies Inc. USA: Corporate Headquarters; 2009. Tom 560.
  18. Becerril JM, Munoz-Rueda A, Aparicio-Tejo P, Gonzales-Murua C. The effects of cadmium and lead on photosynthetic electron transport in clover and lucerne. Plant Physiology and Biochemistry. 1988;26:357–363.
  19. Seregin IV, Ivanov VB. Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects on higher plants. Russian Journal of Plant Physiology. 2001;48:523–544.
  20. Pietrini F, Iannelli MA, Montanari R, Bianconi D, Massacci A. Cadmium interaction with thiols and photosynthesis in higher plants. In: Hemantaranjan A, editor. Advances in Plant Physiology. Jodhpur, India: Scientific Publishers; 2005. p. 313–326.
  21. Seregin IV, Kozhevnikova AD. Physiological role of nickel and its toxic effects on higher plants. Russian Journal of Plant Physiology. 2006;53:257–277.
  22. Vasilev A, Perez-Sanz A, Semanem B, Carleer R, Vangronsveld J. Cadmium accumulation and tolerance of two Salix genotypes hydroponically grown in presence of cadmium. Journal of Plant Nutrition. 2005;28:2159–2177.
  23. Greene P. Weeping Willow Growth Rates Compare with Salix babylonica Re-rooted Branch Cuttings. Journal of Botanical Sciences. 2016;3:20–23.
  24. Christersson L. Biomass production by irrigated and fertilized Salix clones. Biomass. 1987;12:83–95.
  25. Johnson J, Tognetti R, Paris P. Water relations and gas exchange in poplar and willow under water stress and elevated atmospheric CO2. Physiologia Plantarum. 2002;115(1):93–100.
  26. Bowman WD, Conant RT. Shoot growth dynamics and photosynthetic response to increased nitrogen availability in the alpine willow salix-glauca. Oecologia. 1994;97(1):93–99.
  27. Arsenov D, Nikolić N, Borišev M, Župunski M, OrloviĆ S, Pilipović A, Pajević S. Greenhouse assessment of citric acid-assisted phytoremediation of cadmium by willows (Salix spp.) effect on photosynthetic performances and metal tolerance. Baltic Forestry. 2019;25(2):203–212.
  28. Andralojc PJ, Bencze S, Madgwick PJ, Philippe H, Powers SJ, Shield I, Karp A, Parry MJ. Photosynthesis and growth in diverse willow genotypes. Journal Food and Energy Security. 2014;3:69–85.
  29. Pajević S, Borišev M, Nikolić N, Krstić B, Pilipović A, Orlović S. Phytoremediation capacity of poplar (Populus spp.) and willow (Salix spp.) clones in relation to photosynthesis. Archives of Biological Sciences. 2009;61(2h):239–247.
  30. Gimenez C, Gallardo M, Thompson RB. Plant – water relations. Encyclopedia of Soils in the Environment. 2005:231–238.
  31. Jeanguenin LF, Chaumon F. Uptake, loss and cotrol. Plant Physiology and Development in Encyclopedia of Applied Plant Sciences (Second Edition). 2017;1:135–140.
  32. Taiz L, Zeiger E. Plant Physiology. Sunderland, USA: Sinauer Associates; 2006. p. 764.
  33. Boyer JS. Impact of cuticle on calculations of the CO2 concentration inside leaves. Planta. 2015;242:1405–1412.
  34. Pearcy RW, Schulze ED, Zimmermann R. Measurement of transpiration and leaf conductance. In: Pearcy RW, Ehleringer JR, Mooney HA, Rundel PW editors. Plant Physiological Ecology. Dordrecht: Springer; 2000. https://doi.org/10.1007/978-94-010-9013-1_8.
  35. Krstić B, Oljača R, Stanković D. Fiziologija drvenastih biljaka (Physiology of woody plants). Grafomark: Laktaši; 2011. p. 352.
  36. Rodzkin OI, Vajtsehovich NN, Shkutnik ОА, Orlovich S, Кrstić B, Klašnja B, Pilipović A, Kovačević B. The use of adaptive clones as a factor in the effective implementation of energy plantations of fast-growing willow. Vestnik IrGSHA. 2013;56:46–54.
  37. Weih M, Nordh W-E. Characterising willows for biomass and phytoremediation: growth, nitrogen and water use of 14 willow clones under different irrigation and fertilisation. Biomass and Bioenergy. 2002;23:397–413.
  38. Jones GH. Stomatal control of photosynthesis and transpiration. Journal of Experimental Botany. 1998;49:387–398.
  39. Liñán ID, Carabana, VM, Cañellas I, Gil L, Izquierdo GG. Climate change synchronizes growth and iWUE across species in a temperate-submediterranean mixed oak forest. Frontiers Plant Science. 2020;11:706.
  40. Lindroth A & Cienciala E. Water use ef f i ciency of short – rotation Salix viminalis at leaf, tree and stand scales. Tree Physiology.1996;16:256–262.
Опубликован
2024-05-20
Ключевые слова: клоны Salix, тяжелые металлы, морфологические параметры, физиологические процессы
Поддерживающие организации Исследование проведено при финансировании Научного фонда Республики Сербия в рамках исследовательского проекта «Восстановление свалок с использованием энергетических плантаций биомассы древесных культур с коротким севооборотом (SRWC) и предоставлением нескольких экосистемных услуг (TreeRemEnergy) 5357».
Как цитировать
Урошевич, Е., Родькин, О., Станкович, Д., Триван, Г., & Йованович, Ф. (2024). Влияние тяжелых металлов на морфологические и физиологические характеристики клонов Salix. Журнал Белорусского государственного университета. Экология, 4, 104-113. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/ecology/article/view/6404
Выпуск
№ 4 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Экология
Раздел
Промышленная и аграрная экология