CC BY
43
УДК 632.122.2:665.61 +58.04
Т. Г. Кольцова, Б. Р. Григорьян, Л. М. Сунгатуллина, А. М. Петров, В. Н. Башкиров
ОЦЕНКА ФИТОТОКСИЧНОСТИ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
В УСЛОВИЯХ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, серая лесная почва, светло-серая лесная почва, пшеница, горох, фитотоксичность.
В лабораторных условиях проведена оценка влияния различных концентраций нефтепродуктов в серой лесной и светло-серой лесной почвах сельскохозяйственного назначения на показатели роста и развития тест-растений. Установлены концентрации нефтепродуктов, не оказывающие фитотоксическое действие на растения пшеницы и гороха, а также приводящие к 50% снижению биомассы культурных растений.
Keywords: oil pollution, gray forest soil, light gray forest soil, wheat, pea, phytotoxicity.
Under laboratory conditions the evaluation of the effect of different concentrations of mineral oil in the gray forest and light-gray forest soils agricultural purpose on the growth and development of the test plants was carried out. It was determined the concentrations of mineral oil which have no phytotoxic effects on wheat and pea plants, and concentrations causing 50% reduction in biomass of crop plants.
Введение
Добыча и транспортировка нефти часто сопровождаются загрязнением почв в нефтедобывающих регионах, к которым относится и Республика Татарстан. В связи с чем актуальными являются вопросы по разработке и проведению мероприятий по охране почв, рекультивации нефтезагрязненных земель. При этом необходимо учитывать широкий спектр факторов, основными среди которых являются природно-климатические особенности региона, тип и гранулометрический состав почв, биологические особенности районированных сортов возделываемых культур.
Фитопродуктивность является важным диагностическим показателем экологического состояния почв [1]. Показатели изменения линейного роста и биомассы растений применяются при выяснении степени загрязнения почвы нефтью и устойчивости сельскохозяйственных культур к негативным факторам [2, 3]. Лабораторные методы фитотестирова-ния как наиболее доступные и экспрессные широко используются в экологическом мониторинге [4].
Представленная работа является продолжением более ранних исследований по изучению влияния углеводородного загрязнения на фитотоксичность различных типов почв сельскохозяйственного назначения, характерных для Республики Татарстан
[5, 6].
Цель работы - определение фитотоксичности серой лесной и светло-серой лесной почв агроценозов Республики Татарстан (РТ) при нефтяном загрязнении.
Экспериментальная часть
Постановка и проведение лабораторно-вегетационных опытов по определению фитопро-дуктивности осуществлялись согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 22030-2009 [7]. В качестве тест-объектов выбраны экономически значимые сельскохозяйственные культуры: односемядольное растение - пшеница яровая (Triticum vulgare L.) сорта «Экада-97» и двусемядольное растение - горох по-
севной (Pisum sativum L.) сорта «Варис», районированные на территории Республики Татарстан.
Искусственное освещение для эксперимента создавалось при помощи фитоламп с интенсивностью света 5000 Лк. Температура в лаборатории в течение всего опыта составляла 23-26°С. В качестве вегетационных сосудов использовались пластиковые емкости диаметром 11 см и объемом 550 мл.
Опыт по определению фитотоксичности почвы в зависимости от остаточного содержания нефти включал несколько вариантов с различными концентрациями нефтепродуктов, создаваемыми путем смешения контрольной и загрязненной нефтью почв. В качестве контроля также использовали незагрязненную нефтью почву (<0,05 г/кг нефти). В экспериментах с серой лесной почвой испытуемые образцы содержали 1,54 г/кг, 2,68 г/кг, 4,50 г/кг, 6,40 г/кг нефтепродуктов (НП), со светло-серой лесной почвой -2,60 г/кг, 6,00 г/кг, 8,90 г/кг, 19,3 г/кг. Определение суммарного содержания нефтепродуктов в почвах проводилось ИК-спектрометрическим методом на анализаторе КН-2м по ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 [8].
Пахотный горизонт контрольного варианта серой лесной почвы легкосуглинистый по гранулометрическому составу (содержание физической глины составляет 25,45%), среднегумусирован (содержание гумуса - 4,3%, по Тюрину), характеризуется слабокислой реакцией среды (значение актуальной кислотности - 6,08; обменной - 5,57), низкой обеспеченностью подвижным фосфором (4,5 мг/100 г, по Чирикову) и очень высокой - обменным калием (25,0 мг/100 г, по Чирикову), содержание общего азота составило 0,114%, органического углерода -2,5%. Параметры экспериментальных нефтезагряз-ненных вариантов изменяются в следующих границах: гранулометрический состав - легкосуглинистый (содержание физической глины - от 28,4% до 25,65%), степень кислотности - в пределах слабокислых показателей (значение актуальной кислотности - от 6,02 до 6,24, обменной - от 5,39 до 5,57), содержание подвижного фосфора - от низких до средних значений (от 4,5 до 5,6 мг/100 г), обменного калия - очень высокое (от 24,4 до 25,0 мг/100 г),
общего азота - от 0,114 до 0,211%, органического углерода - от 2,6 до 4,1%.
Пахотный горизонт контрольного варианта светло-серой лесной почвы среднесуглинистый по гранулометрическому составу (содержание физической глины составляет 35,95%), сильногумусирован (содержание гумуса - 6,7%), характеризуется слабокислой реакцией среды (значение актуальной кислотности - 5,84; обменной - 5,26), низкой обеспеченностью подвижным фосфором (3,6 мг/100 г) и высокой
- обменным калием (18,0 мг/100 г), содержание общего азота составило 0,190%, органического углерода - 3,9%. Агрохимические показатели испытуемых нефтезагрязненных вариантов светло-серой лесной почвы варьируют в следующих пределах: гранулометрический состав - от среднесуглинисто-го до легкосуглинистого (содержание физической глины - от 32,55% до 26,85%), степень кислотности
- в диапазоне слабокислых значений (значение актуальной кислотности - от 5,55 до 6,04, обменной -от 5,21 до 5,31), содержание подвижного фосфора -от низкого до среднего (от 3,3 до 7,0 мг/100 г), обменного калия - высокое и очень высокое (18,0-19,2 мг/100 г), общего азота - от 0,215 до 0,321%, органического углерода - от 4,2 до 5,7%.
Почву для набивки пластиковых сосудов предварительно просушивали на воздухе и просеивали через сито с диаметром отверстий 4 мм, до использования хранили при температуре 4°С. В каждый сосуд помещали по 400г испытуемой почвы, приминая ее для усадки.
Семена используемых растений предварительно калибровали, откидывая пустые, очень мелкие, слишком крупные, уродливые и т.п. Лабораторная всхожесть семян превышала 95%. В каждый сосуд равномерно высаживали по 12 семян; глубина заделки для гороха - 20 мм, для пшеницы - 15 мм. Количество повторностей каждого варианта - 3. Полив растений производили по весу, таким образом, чтобы влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Для выравнивания условий освещения и нагревания местоположение вегетационных сосудов ежедневно меняли, причем варианты располагали рендомизированно.
После учета проросших семян число растений в каждом горшочке сокращали до 8. По истечении 2-х недель после появления всходов срезали 4 растения для учета биомассы. Еще через 28 дней, на 42-ой день после появления всходов, срезали оставшиеся 4 растения. Величину надземной и подземной фито-массы (по сухому веществу) в каждом сосуде определяли после высушивания до постоянного веса при температуре 65°С с точностью до 0,0001 г. Значение подземной фитомассы тест-растений определяли на 42 сутки после появления всходов.
Для оценки степени токсичности почвы в первую неделю опыта определяли показатели прорастания семян (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания), на 4-7, 10, 14, 42 сутки - показатели интенсивности роста семян (длина надземного побега) [9]. Всхожесть семян рассчитывали как число проросших семян, выраженное в процентах от общего количества семян,
взятых для проращивания. Энергию прорастания вычисляли как число семян, проросших за первые трое суток, выраженное в процентах от общего количества семян, взятых для проращивания. Дружность прорастания (средний процент семян, проросших за один день прорастания) - отношение полной всхожести семян к числу дней прорастания. Скорость прорастания (сумма средних чисел семян, прорастающих ежедневно) рассчитывали по формуле:
С = а+б/2+в/3+г/4+ ..., где С - скорость прорастания; а - число семян, проросших за первые сутки; б - число семян, проросших за вторые сутки; в - число семян, проросших за третьи сутки; г - число семян, проросших за четвертые сутки и т.д.
Среднюю длину побегов тест-культур в каждом сосуде определяли как отношение суммы длин побегов всех проросших семян к общему количеству семян, взятых для проращивания.
Статистическая обработка данных проводились с помощью стандартных пакетов Microsoft Excel 2013 и Statistica 10. Корреляционный анализ данных проводили с использованием коэффициентов корреляции Пирсона (r), достоверность различий между значениями оценивали по t-критерию Стьюдента (p<0,05).
Результаты и их обсуждение
Результаты проведенных опытов показали инги-бирование всхожести семян тест-культур в исследуемых вариантах серой лесной и светло-серой лесной почв, причем наибольшее угнетение всхожести отмечено для семян гороха.
Снижение энергии прорастания семян пшеницы в нефтезагрязненных вариантах серой лесной почвы по сравнению с контролем составляет 60,00% при содержании поллютанта в количестве 1,54 г/кг, 79,99% - при концентрации нефти 2,68 г/кг, 91,99% - при 4,50 г/кг и 100% - при 6,40 г/кг, выраженное угнетение энергии прорастания семян гороха составило 47,61%, 85,71%, 100% и 100% соответственно. Достоверно установлено, что с повышением уровня содержания нефтепродуктов в серой лесной почве происходит снижение энергии прорастания семян пшеницы (r= -0,89, p=0,043) и гороха (r= -0,89, p=0,040). Наибольшее ингибирование всхожести семян пшеницы на 4-7 сутки на нефтезагрязненных вариантах серой лесной почвы выявлено при концентрациях нефтепродуктов 4,50 г/кг, 6,40 г/кг и составляет 86,84-19,52% и 86,84-21,95% соответственно. Максимальное снижение всхожести семян гороха в первую неделю опыта на испытуемых вариантах серой лесной почвы также зарегистрировано при содержании поллютанта 4,50 г/кг, 6,40 г/кг и варьирует в пределах 100-40,43% и 100-68,09% соответственно на 4-7 сутки. Зафиксирована сильная отрицательная корреляционная зависимость между концентрацией нефтепродуктов в опытных вариантах серой лесной почвы и всхожестью семян пшеницы на 4 сутки (r= -0,93, p=0,021), 5 сутки (r= -0,93, p=0,018), 6 сутки (r= -0,96, p=0,007), 7 сутки (r= -0,95, p=0,011), а также всхожестью семян гороха на 4 сутки (r= -0,89, p=0,039), 5 сутки (r= -0,93,
р=0,019), 6 сутки (г= -0,90, р=0,035), 7 сутки (г= -0,92, р=0,025) и содержанием поллютанта в данном типе почвы.
Изменение всхожести тест-культур в ответ на загрязнение светло-серой лесной почвы нефтью схоже с полученными результатами для серой лесной почвы. Снижение энергии прорастания семян пшеницы по сравнению с контролем составляет 66,67% при содержании поллютанта в количестве 2,60 г/кг, 70,36% - при 6,00 г/кг, 92,59% - при 8,90 г/кг и 100% - при 19,30 г/кг, для семян гороха данный показатель равен 61,55%, 42,31%, 88,46%, 92,30% соответственно рассматриваемым концентрациям нефтезагрязненных вариантов. При уровне загрязнения светло-серой лесной почвы нефтью в пределах 8,90 г/кг и 19,30 г/кг отмечено максимальное ингибирование всхожести семян тест-культур на 4-7 сутки, которое составляет 42,11-2,45%, 65,80-9,76% для семян пшеницы, 84,45-8,33%, 91,11-66,67% для семян гороха соответственно концентрациям. Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между всхожестью семян пшеницы на 4 сутки (г= -0,97, р=0,004), 5 сутки (г= -0,98, р=0,004), 6 сутки (г= -0,96, р=0,007), 7 сутки (г= -0,94, р=0,017) и количеством нефтепродуктов в исследуемых вариантах светло-серой лесной почвы, а также всхожестью семян гороха на 5 сутки (г= -0,92, р=0,024), 6 сутки (г= -0,97, р=0,005), 7 сутки (г= -0,93, р=0,021) и содержанием поллютанта в данном типе почвы.
Загрязнение испытуемых почв нефтепродуктами приводит к угнетению дружности и скорости прорастания тест-культур. Наибольшее ингибирование дружности прорастания семян пшеницы и гороха на серой лесной и светло-серой лесной почвах зафиксировано на 3 сутки (табл. 1).
Выявлено, что присутствие в серой лесной почве нефтепродуктов в количестве 1,54 г/кг, 2,68 г/кг, 4,50 г/кг и 6,40 г/кг приводит к снижению скорости прорастания семян пшеницы в 1,11, 1,30, 1,76, 2,00 раза, гороха - в 1,14, 1,38, 3,00 и 6,60 раза соответственно, а также дружности прорастания семян пшеницы на 3 сутки соответственно в 2,50, 5,00, 12,50 раза и 100%, гороха - в 1,91, 7,00, 100%, 100% (табл. 1). Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между содержанием нефти в испытуемых вариантах серой лесной почвы и дружностью прорастания семян пшеницы на 3 сутки (г= -0,89, р=0,043), 7 сутки (г= -0,95, р=0,011), скоростью прорастания семян пшеницы за первые 7 суток (г= -0,98, р=0,002). Кроме того, установлено, что с увеличением содержания поллютанта в серой лесной почве наблюдается достоверно значимое снижение дружности прорастания семян гороха на 3 сутки (г= -0,89, р=0,040), 7 сутки (г= -0,92, р=0,025), а также скорости прорастания семян гороха за первую неделю опыта (г= -0,98, р=0,002).
Полученные сведения по дружности и скорости прорастания семян тест-культур в опытных вариантах светло-серой лесной почвы отражают результаты по всхожести семян.
Таблица 1- Дружность и скорость прорастания семян пшеницы и гороха при разных уровнях нефтезагрязнения серой лесной и светло-серой лесной почв
3 ? о а НП, г/кг Дружность прорастания, % в день Скорость прорастания, число семян в день
а к н 3 сутки 7 сутки
пшеница
<0,05 17,36 12,20 3,0
1,54 6,94 12,20 2,7
2,68 3,47 11,01 2,3
« 4,50 1,39 9,82 1,7
§ 6,40 0 9,52 1,5
горох
а <Ц О <0,05 14,58 13,99 3,3
1,54 7,64 14,29 2,9
2,68 2,08 13,99 2,4
4,50 0 8,33 1,1
6,40 0 4,46 0,5
пшеница
<0,05 18,75 12,20 3,1
« ев И о 2,60 6,25 12,50 2,7
6,00 5,56 11,90 2,5
<Ц Ч 8,90 1,39 11,90 2,3
19,30 0 11,01 1,9
<Ц о горох
о ч <0,05 18,06 14,29 3,5
н <Ц 2,60 6,94 13,39 2,7
о 6,00 [,42 13,39 2,8
8,90 2,08 13,10 2,1
19,30 1,39 4,76 0,8
Полученные сведения по дружности и скорости прорастания семян тест-культур в опытных вариантах светло-серой лесной почвы отражают результаты по всхожести семян.
Выявлено отрицательное воздействие нефтепродуктов в светло-серой лесной почве в количестве 2,60 г/кг, 6,00 г/кг, 8,90 г/кг, 19,30 г/кг, при котором происходит снижение скорости прорастания семян пшеницы в 1,15, 1,24, 1,35, 1,63 раза, гороха - в 1,29, 1,25, 1,67 и 4,38 раза соответственно, а также дружности прорастания семян пшеницы на 3 сутки соответственно в 3,00, 3,37, 13,49 раза и 100%, гороха - в 2,60, 1,73, 8,68, 13,00 раз (табл. 1). Зафиксирована сильная отрицательная корреляционная зависимость между уровнем содержания нефти в опытных вариантах и дружностью прорастания семян пшеницы на 7 сутки (г= -0,94, р=0,017), скоростью прорастания семян пшеницы за первые 7 суток (г= -0,96, р=0,010). Отмечено, что с увеличением концентрации поллютанта в светло-серой лесной почве наблюдается статистически значимое снижение дружности прорастания семян гороха на 7 сутки (г= -0,93, р=0,021), скорости прорастания семян гороха за первую неделю опыта (г= -0,97, р=0,004).
Негативное влияние нефти на прорастание семян растений обусловлено приобретением почвы гидрофобных свойств [10, 11], а также сорбцией углево-
дородов нефти на поверхности семян растений, препятствуя тем самым поступлению в них воды и кислорода.
В течение эксперимента на серой лесной и светло-серой лесной почвах в большинстве вариантов отмечено угнетение роста исследуемых видов тест-растений (рис 1).
3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 время, сутки
г
Рис. 1 - Динамика роста растений пшеницы (а, в) и гороха (б, г) на серой лесной (а, б) и светлосерой лесной (в, г) почвах при разных концентрациях нефтепродуктов
С учетом значений ^критерия Стьюдента, содержание нефти в серой лесной почве в количестве 1,54 г/кг, 2,68 г/кг, 4,50 г/кг, 6,40 г/кг приводит к достоверно значимому снижению длины надземного побега пшеницы соответственно на 30,91%, 52,37%, 74,71%, 75,23% на 4 сутки, 30,07%, 34,36%, 71,99%, 77,80% на 5 сутки, 22,88%, 24,40%, 48,78%, 68,00% на 6 сутки, 20,19%, 19,85%, 35,56%, 51,87% на 7 сутки, 19,80%, 15,30%, 21,79%, 23,50% на 10 сутки, 25,98%, 33,05%, 38,00%, 33,81% на 14 сутки, 24,22%, 33,67%, 34,93%, 34,61% на 42 сутки, а также на 47,64%, 69,92%, 100% на 3 сутки при концентрациях нефти 2,68 г/кг, 4,50 г/кг и 6,40 г/кг. Корреляционный анализ позволил установить сильную отрицательную зависимость между высотой побегов пшеницы на 3 сутки (г= -0,98, р=0,002), 4 сутки (г= -0,94, р=0,017), 5 стуки (г= -0,97, р=0,006), 6 сутки (г= -0,98, р=0,001) и концентрацией нефти в изученных вариантах серой лесной почвы.
Выявлено статистически достоверное снижение роста побегов гороха при содержании поллютанта в серой лесной почве в количестве 1,54 г/кг, 2,68 г/кг, 4,50 г/кг, 6,40 г/кг соответственно на 25,77%, 56,02%, 91,42%, 100% на 5 сутки, 31,12%, 48,33%, 70,93%, 100% на 6 сутки, 27,72%, 44,13%, 73,07%, 78,57% на 7 сутки, 17,81%, 28,62%, 61,33%, 75,64% на 10 сутки, 9,82%, 14,74%, 26,43%, 34,29% на 14 сутки, 27,35%, 33,07%, 42,46%, 45,02% на 42 сутки, а также 59,16%, 100%, 100% на 3 сутки при содержании поллютанта от 2,68 г/кг до 6,40 г/кг и 100%, 100% на 4 сутки при концентрациях нефти 4,50 г/кг и 6,40 г/кг. Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между длиной побегов гороха на 3 сутки (г= -0,94, р=0,016), 4 сутки (г= -0,91, р=0,027), 5 сутки (г= -0,97, р=0,005), 6 сутки (г= -0,99, р=0,0001), 7 сутки (г= -0,97, р=0,006), 10 сутки (г= -0,99, р=0,001), 14 сутки (г= -0,99, р=0,0001), 42 сутки (г= -0,90, р=0,036) и степенью загрязнения нефтью серой лесной почвы.
В нефтезагрязненных вариантах светло-серой лесной почвы также зарегистрировано ингибирова-ние роста побегов тест-культур. Согласно ^ критерию Стьюдента содержание нефти в количестве 2,60 г/кг, 6,00 г/кг, 8,90 г/кг, 19,30 г/кг вызывает значимое снижение линейного роста побегов пшеницы соответственно на 41,07%, 50,10%, 57,97%, 79,28% на 4 сутки, 29,86%, 40,90%, 56,41%, 65,63% на 5 сутки, 19,42%, 29,60%, 43,33%, 51,44% на 6 сутки, 16,43%, 26,17%, 35,02%, 39,84% на 7 сутки, 10,27%, 19,22%, 20,71%, 18,17% на 10 сутки, 25,06%, 37,86%, 34,14%, 37,43% на 14 сутки, 24,39%, 41,15%, 42,35%, 43,60% на 42 сутки и 100% на 3 сутки при концентрации поллютанта 19,30 г/кг. Установлена сильная отрицательная корреляционная зависимость между длиной побегов пшеницы на 3 сутки (г= -0,89, р=0,043), 4 сутки (г= -0,88, р=0,046), 5 сутки (г= -0,87, р=0,050), 6 сутки (г= -0,90, р=0,035) и концентрацией нефтепродуктов в исследуемых вариантах светло-серой лесной почвы.
Достоверно значимая задержка роста побегов гороха в присутствии нефти в количестве 2,60 г/кг, 6,00 г/кг, 8,90 г/кг, 19,30 г/кг в светло-серой лесной почве составила соответственно 27,85%, 27,37%,
44,20%, 53,35% на 5 сутки, 26,08%, 32,10%, 59,80%, 48,73% на 6 сутки, 25,97%, 32,17%, 57,13%, 63,49% на 7 сутки, 22,25%, 24,63%, 45,76%, 61,21% на 10 сутки, 16,57%, 20,66%, 23,82%, 37,53% на 14 сутки, 31,08%, 37,92%, 39,29%, 46,12% на 42 сутки, а также 30,77%, 53,01% на 4 сутки при концентрациях пол-лютанта 8,90 г/кг и 19,30 г/кг. Зафиксирована сильная отрицательная корреляционная зависимость между высотой побегов гороха на 4 сутки (г= -0,94, р=0,015), 5 сутки (г= -0,87, р=0,049), 7 сутки (г= -0,88, р=0,044), 10 сутки (г= -0,94, р=0,017), 14 сутки (г= -0,93, р=0,021) и уровнем содержания нефти в светло-серой лесной почве.
Известно о значительном снижении накопления биомассы растениями при загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами [12, 13, 14, 15]. При этом отмечено одновременное уменьшение и высоты растений [12, 16, 17].
Полученные данные по биомассе тест-растений (табл. 2) свидетельствуют о статистически значимом снижении сырой и сухой массы проростков на 14 и 42 сутки при уровне нефтезагрязнения серой лесной почвы от 1,54 г/кг до 6,40 г/кг включительно и согласуются с полученными результатами по длине наземных побегов.
Таблица 2 - Накопление сухой биомассы растениями пшеницы и гороха на серой лесной и светло-серой лесной почвах при разных уровнях нефтяного загрязнения
Тип почвы НП, Надземная биомасса, г Соотношение «надземная/корневая
г/кг 14 день 42 день биомасса»
пшеница
<0,05 0,102 0,156 4,94
1,54 0,078 0,092 3,38
2,68 0,075 0,079 3,35
« 4,50 0,068 0,074 2,28
о <Ц ч 6,40 0,068 0,072 1,86
горох
а <Ц о <0,05 0,355 0,554 8,15
1,54 0,260 0,284 7,24
2,68 0,260 0,267 7,10
4,50 0,228 0,232 2,84
6,40 0,187 0,213 0,81
пшеница
<0,05 0,110 0,204 8,46
2,60 0,083 0,121 7,76
и 6,00 0,069 0,087 3,25
§ 8,90 0,073 0,099 3,30
19,30 0,067 0,069 1,92
<Ц о горох
о ч <0,05 0,384 0,519 6,30
<Ц в 2,60 0,252 0,268 5,10
о 6,00 0,231 0,251 5,00
8,90 0,227 0,219 3,00
19,30 0,196 0,172 2,60
Установлена сильная отрицательная корреляционная зависимость между сырой (г= -0,88, р=0,048) биомассой побегов пшеницы на 42 сутки и концентрацией нефтепродуктов в исследуемых вариантах серой лесной почвы. Результаты по сухой биомассе тест-растений использованы для выведения уравнений линейной регрессии, позволяющих рассчитать предельную концентрацию нефтепродуктов в почве (х), не проявляющую фитотоксическое действие на растения (снижение урожайности сухой биомассы не превышает 20%), и определить концентрацию нефтепродуктов, снижающую урожайность растений на 50% (ДК50).
Уравнение линейной регрессии на 14 сутки по данным сухой биомассы пшеницы, выращенной на нефтезагрязненных вариантах серой лесной почвы, имеет вид: у= -0,0078х+0,1016 ^2=0,78), на 42 сутки: у= -0,0186х+0,1504 ^2=0,70). Вычисленное по результатам хронического лабораторного вегетационного опыта значение концентрации нефтепродуктов в серой лесной почве, не проявляющей фитоток-сическое действие (ДК20) на пшеницу, составило 2,56 г/кг на 14 сутки и 1,38 г/кг на 42 сутки, ДК50 при этом равно 6,49 г/кг и 3,89 г/кг соответственно.
Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между сырой (г= -0,94, р=0,018) и сухой (г= -0,94, р=0,019) биомассой гороха на 14 сутки и содержанием нефтепродуктов в серой лесной почве.
Принимая во внимание уравнение регрессии, имеющее вид у= -0,0368х+0,3684 (Я2=0,88) на 14 сутки и у= -0,0734х+0,5302 ^2=0,70) на 42 сутки, концентрация нефтепродуктов в серой лесной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на горох, составляет 2,29 г/кг на 14 сутки и 1,19 г/кг на 42 сутки, ДК50 принимает значения 5,19 г/кг и 3,44 г/кг соответственно. Данные предельные концентрации нефти, рассчитанные для серой лесной почвы, ниже аналогичных, определенных на основе опытных значений биомассы пшеницы.
Учитывая результаты по двум тест-культурам, максимальная концентрация нефтепродуктов в исследуемой серой лесной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,19 г/кг (ориентировочно 1,2 г/кг). Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,4 г/кг.
Достоверно значимое отрицательное влияние нефтезагрязнения светло-серой лесной почвы на накопление биомассы тест-культурами проявляется на 14 и 42 сутки, начиная с концентрации поллю-танта, составляющей 2,6 г/кг (табл. 2). Статистически значимая корреляционная зависимость между биомассой проростков тест-культур и уровнем содержания нефти в светло-серой лесной почве не установлена.
Уравнение линейной регрессии, полученное по результатам хронического лабораторного вегетационного опыта, на 14 сутки для проростков пшеницы на светло-серой лесной почве имеет вид: у= -0,0096х+0,1092 (112=0,74), на 42 сутки: у= -0,0292х+0,2036 ^2=0,77). Рассчитанное по уравне-
нию значение концентрации нефтепродуктов в светло-серой лесной почве, не проявляющей фитотокси-ческое действие (ДК20) на пшеницу, равно 2,21 г/кг на 14 сутки и 1,38 г/кг на 42 сутки, ДК50 при этом составило 5,65 г/кг и 3,48 г/кг соответственно.
В соответствии с уравнением регрессии, имеющим вид у= -0,0401х+0,3783 ^2=0,75) на 14 сутки и у= -0,0743х+0,5087 (Я =0,75) на 42 сутки, концентрация нефтепродуктов в светло-серой лесной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на горох, составляет 1,77 г/кг на 14 сутки и 1,26 г/кг на 42 сутки, ДК50 соответственно имеет значения 4,65 г/кг и 3,35 г/кг.
Учитывая полученные результаты по двум тест-культурам, максимальная концентрация нефтепродуктов в исследуемой светло-серой лесной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,26 г/кг (приближенно 1,3 г/кг). Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,35 г/кг (приближенно 3,4 г/кг).
Особый интерес при вегетационном опыте представляет изучение роста корней тест-растений, поскольку именно они находятся в непосредственном контакте с нефтезагрязненной почвой. В ходе проведенных опытов выявлено увеличение по сравнению с контрольными значениями корневой биомассы тест-растений на нефтезагрязненных вариантах с высоким содержанием поллютанта. Известно, что в условиях углеводородного загрязнения наблюдается эффект избегания корнями растений загрязненных участков. Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. обнаружили увеличение степени насыщенности корней в сосновых лесопосадках при нефтехимическом загрязнении почвы вблизи Уфимского промышленного центра, что рассматривается авторами как компенсаторный механизм, направленный на адаптацию растений к экстремальным условиям произрастания [18].
В научных исследования многими авторами используется показатель, равный величине отношения «надземная/корневая биомасса», который отражает распределение продуктов фотосинтетической деятельности растений между побегом и корневой системой с целью оптимального использования растением всех доступных источников питательных элементов в почве [19]. При достаточном количестве биогенных веществ в почве, продукты фотосинтеза преимущественно накапливаются в побегах, что приводит к росту надземной биомассы растения, в противном случае при нехватке питательных элементов и воды, основная часть фотосинтетической продукции направляется к корням, вызывая их усиленный рост и увеличение поглотительной поверхности. Таким образом, величина «надземная/корневая биомасса» изменяется в ответ на действие факторов окружающей среды [19]. По результатам наших исследований выявлено снижение значения отношения «надземная/корневая биомасса» для тест-растений с увеличением содержания нефтепродуктов в серой лесной и светло-серой лесной почвах (табл. 2). Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между концентрацией нефти в серой лесной почве и величиной «над-
земная/корневая биомасса» для растений пшеницы (r= -0,96, p=0,010) и гороха (r= -0,96, p=0,009), а также количеством поллютанта в светло-серой лесной почве и значением показателя «надземная/корневая биомасса» для растений гороха (r= -
0.90. p=0,038). Полученные данные свидетельствуют об ингибировании нефтепродуктами прироста зеленой массы растений сильнее, чем корневой биомассы, вследствие преобладающего поступления продуктов фотосинтеза к корневой системе растений.
Предполагается, что влияние нефтезагрязнения на накопление надземной и корневой биомасс вызвано нарушением поступления кислорода, воды и питательных элементов в ризосферу растения по причине гидрофобных свойств поллютанта [20].
Выводы
По итогам хронического лабораторного вегетационного опыта по оценке фитотоксичности серой лесной и светло-серой лесной почв сельскохозяйственного назначения, характерных для Республики Татарстан, выяснили, что нефтяное загрязнение данных почв способствует угнетению энергии прорастания, всхожести, дружности и скорости прорастания семян тест-растений, а также ингибировании и существенном снижении длины надземных побегов и биомассы проростков пшеницы и гороха. На нефтезагрязненных вариантах с высоким содержанием поллютанта обнаружено действие компенсаторного механизма, направленного на адаптацию растений к экстремальным условиям произрастания, проявившегося в увеличении по сравнению с контрольными значениями корневой биомассы тест-растений.
Установлено, что концентрация нефтепродуктов в серой лесной почве, не оказывающая фитотокси-ческое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,2 г/кг. Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,4 г/кг.
Выявлено, что концентрация нефтепродуктов в светло-серой лесной почве, не оказывающая фито-токсическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,3 г/кг. Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,4 г/кг.
Литература
1. В.И. Титова, Е.В. Дабахова, М.В. Дабахов, Рекомендации по оценке экологического состояния почв как компонента окружающей среды. ВВАГС, Н. Новгород, 2004. 68 с.
2. Н.А. Киреева, М.Д. Бакаева, Е.М. Тарасенко, Н.Ф. Га-лимзянова, Агрохимия, 2, 50-55 (2003).
3. Н.А. Киреева, Г.Г. Кузяхметов, А.М. Мифтахова, В.В. Водопьянов, Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв. Гилем, Уфа, 2003. 266 с.
4. О.В. Лисовицкая, В.А. Терехова, Доклады по экологическому почвоведению, 13, 1, 1-18 (2010)
5. Т.Г. Кольцова, Л.М. Сунгатуллина, Б.Р. Григорьян, А.М. Петров, Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 261-268 (2014).
6. Кольцова Т.Г., Сунгатуллина Л.М., Григорьян Б.Р., Башкиров В.Н., Вестник технологического университета, 18, 1, 376-383 (2015).
7. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. «Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений»
8. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «МВИМассовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии»
9. К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков, Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. РГУ, Ростов н/Д, 2003. 216 с.
10. И.И. Шилова, В сб. Восстановление нефтезагрязнен-ных почвенных экосистем. Наука, Москва, 1988. С. 159168.
11. В.М. Невзоров, Известия вузов. Лесной журнал, 2, 164-165 (1976).
12. Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.М. Салахова, Агрохимия, 1, 85-90 (2006).
13. Н.Л. Ларионова. Автореф. дисс. канд. биол. наук, Казан. гос. ун-т, Казань, 2005. 22 с.
14. K.-H. Baek, H.-S. Kim, H.-M. Oh, B.-D. Yoon, J. Kim, I.-S. Lee, J. Environ. Sci. Health - Part A Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng., 39, 9, 2465-2472 (2004).
15. E. Kaimi, T. Mukaidani, M. Tamaki, Plant Prod. Sci., 10, 2, 211-218 (2007).
16. E. Dominguez-Rosado, J. Pichtel, Environ. Eng. Sci., 21, 2, 169-180 (2004).
17. R. Brandt, N. Merkl, R. Schultze-Kraft, C. Infante, G. Broll, Int. J. Phytoremediation, 8, 4, 273-284 (2006).
18. Г.А. Зайцев, А.Ю. Кулагин, Экология, 12, 146-149 (2005).
19. E.H. Beck, Plant Soil, 185, 1, 3-12 (1996).
20. М.Ю. Гилязов, Агроэкологическая характеристика и приемы рекультивации нефтезагрязненных черноземов Республики Татарстан. Фэн, Казань, 2003. 228 с.
© Т. Г. Кольцова - к.б.н., старший научный сотрудник лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; Б. Р. Григорьян - к.б.н., зав. лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; Л. М. Сунгатуллина - старший научный сотрудник лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; А. М. Петров - к.б.н., зав. лаб. Экологических биотехнологий Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; В. Н. Башкиров - д.т.н., проф., зав. каф. химической технологии древесины КНИТУ, [email protected].
© T. G. Koltsova, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Laboratory of Soil Eulogy of Research Institute for Problems of Eulogy and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; B. R. Grigoryan, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory of Soil Eulogy of Research Institute for Problems of Eulogy and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; L. M. Sungatullina, Senior Researcher, Laboratory of Soil Eulogy of Research Institute for Problems of Eulogy and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; A. M. Petrov - Ph.D. in Biology, Head of Laboratory of Ecological biotechnologies of Research Institute for Problems of Eulogy and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; V. N. Bashkirov, Ph.D. in Technics, Full Professor, Head of the Department of Wood Chemical Technology of KNRTU, [email protected].
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 15.06.16. по 25.09.16.
