Нейросетевой когнитивный анализ аккумуляции тяжелых металлов растениями бархатцы

Представлены результаты исследований по оценке влияния гуминовых кислот, взятых в концентрации 250 ppm, на процесс индуцированной фитоэкстракции тяжелых металлов из почв, отобранных вблизи Норильска. Фитоэкстракцию осуществляли разными видами растений из рода бархатцы: отклоненные (Tagetes patula) и прямостоячие (Tagetes erecta). Исследования проводились в тепличных условиях при контролируемом спектральном освещении (светокультуре). Длительность опыта составила 21 сутки. Временной интервал вегетации был выбран исходя из условий короткого летнего периода, свойственного для данного региона, где более рационально вести учет системного выноса токсикантов из загрязненных почв путем нескольких циклов их посева/среза за сезон уже на ювенильной фазе онтогенеза. Для элементного анализа использовался метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Для оценки уровня эффективности аккумуляции металлов авторами была разработана и использовалась оригинальная вычислительная нейронная сеть CompNN, позволяющая проводить расчет индекса когнитивной значимости (CSI) по эмпирическим данным накопления токсикантов, как в побегах, так и корнях растений. Результаты исследования показали, что внесение в почву органической добавки в виде гуминовых кислот привело к ингибированию роста надземной части T. patula. Что касается T. erecta, то скорость накопления зеленой биомассы растений не менялась при внесении гуминовых кислот. Снижение биомассы побегов растений T. patula объясняется увеличением аккумуляции в них металлов в среднем по вариантам на 91.6%. Содержание металлов в побегах T. erecta под воздействием гуминовых кислот, наоборот, снижалось, в среднем на 17.3%. Похожий результат наблюдался и в отношении корневой зоны: тенденция изменения в закреплении металлов для обоих видов растений здесь составила 40.8% и 10.8% соответственно. Вычисление индексов CSI также показало, что при добавлении гуминовых кислот у T. patula интенсивность аккумуляции металлов из почвы в своей биомассе во всех вариантах увеличивается, а у T. erecta, напротив, снижается. Проведенный кластерный анализ продемонстрировал закрепление металлов в основной буферной зоне растений, а также позволил выделить никель в отдельный гомогенный ряд. В отношении распределения данного элемента в побегах по вариантам опыт показал, что он продемонстрировал здесь близость схождения с медью. Коэффициенты корреляции их накопления с индексом CSI в побегах обоих растений составили r = 0.82; 0.87 для Cu и r = 0.87; 0.83 для Ni. Близость данных значений указывает на приоритетный характер аккумуляции этих металлов в растительной биомассе бархатцев, а также характеризирует проявление определенных взаимодействий между ними в загрязненной почве по типу антагонизма или синергизма.