Ученые ЮФУ исследовали опасность наночастиц оксида свинца для почв и сельскохозяйственных растений

Исследователи Южного федерального университета установили, что наночастицы оксида свинца представляют собой гораздо большую угрозу для почвы и растений по сравнению с крупными частицами этого вещества. Их малый размер усиливает токсичность, увеличивает подвижность свинца в чернозёме и может приводить к образованию новых минеральных фаз прямо внутри растительных тканей. Эти результаты позволяют более точно оценивать экологические риски, связанные с наноматериалами, и разрабатывать стратегии защиты почв и сельскохозяйственных культур.

Команда учёных из Академии биологии и медицины Д.И. Ивановского и НИИ физики ЮФУ проследила полный «жизненный цикл» оксида свинца — от синтеза наночастиц до их поведения в почве и растениях. Исследования показали, что именно размер частиц определяет их токсичность и способы трансформации в агроэкосистемах. Особое внимание было уделено наночастицам, которые всё активнее используются в промышленности и имеют тенденцию накапливаться в чернозёмах и тканях сельскохозяйственных культур.

В лаборатории исследователи загрязняли чернозём наночастицами свинца и изучали распределение металла между почвой и растениями, а также его влияние на клетки ярового ячменя. Для анализа использовались современные методы, включая синхротронную рентгеновскую дифракцию, XAFS-спектроскопию, рентгенофлуоресцентный анализ и микроскопию. Это позволило выявить новые минеральные фазы свинца в тканях растений, такие как плумбоферрит, литарж (PbO), галенит (PbS) и пироморфит (Pb5(PO4)3Cl).

Результаты показали, что наночастицы оксида свинца увеличивают подвижность свинца в чернозёме и его доступность для растений. Синхротронные данные подтвердили трансформацию материала в аквокомплексы Pb²⁺(H₂O)ₙ, что повышает биодоступность и экологический риск. Высокие дозы оксида свинца, особенно в наноформе, оказывают токсическое воздействие, разрушая корневые ткани и снижая метаболические процессы, необходимые для роста ячменя.

«Наше исследование показывает, что соединения свинца нельзя оценивать только по их химической форме — размер частиц существенно влияет на их поведение и токсичность в почве и растениях. Комбинация методов синтеза, диагностики и моделирования загрязнения позволяет лучше оценивать риски наночастиц металлов в агроэкосистемах», — отмечает руководитель проекта, доктор физико-математических наук Виктория Шуваева.

Полученные данные важны для оценки рисков наноматериалов в сельском хозяйстве и разработки стратегий защиты почв и продовольственной безопасности в регионах с высокой техногенной нагрузкой. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-77-20089_продление) на базе Южного федерального университета и НИЦ «Курчатовский институт» и опубликовано в журнале Applied Soil Ecology (Q1).

Южный федеральный университет, участвуя в программе стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» в рамках национального проекта «Молодежь и дети», сосредоточен на решении задач научно-технологической и гуманитарной безопасности страны. В этом контексте университет разрабатывает производственно-технологические цепочки полного цикла, используя сетевую архитектуру взаимодействия для ответа на «большие вызовы». Ключевые направления его развития охватывают критически важные и сквозные технологии, включая разработку биологических и химических средств, направленных на повышение урожайности. Одним из значимых проектов в данной области является стратегический технологический проект «Технологии биоинженерии почв», в реализации которого активно участвуют исследователи Академии биологии и медицины им. Д. И. Ивановского ЮФУ.