CC BY
28
УДК 630.581.522.4:634.956.2:578.083(571.13) А.К. Шарипова, Е.В. Донец
Омский государственный педагогический университет, Омск
ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ЕЛИ СИБИРСКОЙ (PICEA OBOVATA LEDEB.)
Впервые рассматривается влияние нефтяного загрязнения в широком диапазоне концентрации на прорастание семян ели сибирской как эдификатора темнохвойных лесов подзоны южной тайги Западной Сибири. В качестве объекта исследования были взяты проростки семян ели сибирской, так как они чувствительны к условиям почвенного питания. Семена собраны в декабре 2015 г. на территории Тарского района по качеству первого класса. Опыты были заложены 17 марта 2016 г. в лабораторных условиях. В результате проведенных опытов было установлено, что более ранние сроки прорастания наблюдались при слабых концентрациях нефти (0,05; 0,10; 1,00 мг/л) на 6-е сутки и плавно продолжались до 12 суток. При более высоких концентрациях нефти (5,00; 10,00; 20,00; 30,00 и 40,00 мг/л) произошла существенная задержка прорастания семян. В 10-м варианте при концентрации 50,00 мг/л семена не проросли. В динамике всхожести семян наиболее высокий процент всхожести наблюдался в контроле - 97,33%. Также была отмечена сходная динамика прорастания семян на начальных этапах до 12 суток в контроле и при слабых концентрациях нефти (варианты 2, 3, 4). В варианте 2 всхожесть составила 88%, в третьем -85,33%, и немного ниже была в варианте 4 - 82,67%. При средних концентрациях нефти можно отметить резкое понижение всхожести в варианте 5 - до 13,33%, 6 - 9,33%, 7 - 6,667%. По продолжительности жизни проростков ели сибирской при слабых концентрациях проявилось заметное сходство с контролем, а при средних и высоких концентрациях продолжительность их жизни резко снизилась. Более токсичной по сравнению с контролем (вариант 1) оказалась концентрация сырой нефти в водной среде начиная с 5,00 мг/л. На основании результатов опыта можно отметить, что предельно допустимая концентрация сырой нефти для прорастания семян ели сибирской 1,00 мг/л.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, всхожесть, проростки, концентрация сырой нефти, варианты опыта, отмирание.
Введение
Загрязнение биогеоценозов нефтью, сопутствующими веществами является острейшей экологической проблемой во многих регионах мира, в том числе в России. Наиболее интенсивно проявляется нефтяное загрязнение в Западной Сибири, где добывается более % всей российской нефти, развита густая сеть нефтепроводов и перерабатывается 20% нефти от всего объема добычи в Западно-Сибирском регионе.
По данным экспертов голландской консалтинговой компании IWACO, в настоящее время в Западной Сибири нефтью загрязнено от 700 до 840 тыс. га земель, что в 7 раз превышает территорию Москвы. Печально известный опыт освоения на севере Тюменской области показал, что в Ханты-Мансийском АО за 26 лет было добыто более 5 млрд тонн нефти, при этом в природные объекты (реки, озера, болотные комплексы и леса) ее поступило не менее 100 млн тонн.
При нефтяном загрязнении почв наиболее существенное негативное влияние испытывают лесные биогеоценозы. Реакция древесных растений на загрязнение зависит от качественного и количественного состава нефти, а также от продолжительности ее воздействия. Наиболее чувствительны к токсичному воздействию нефти древесные растения на ранних стадиях роста и развития [1]. С учетом этого можно ожидать, что лесные биогеоценозы Омской области в значительной степени могут быть нарушены и могут оказаться неспособными к естественному возобновлению [2].
© Шарипова А.К., Донец Е.В., 2017
В условиях нефтяного загрязнения в биогеоценозе наблюдается ухудшение структуры, водно-физических, химических и биологических свойств почвы, определяющих ее плодородие и экологическое состояние, загрязняются поверхностные и подземные воды, воздушная среда [3-6].
При загрязнении почвы нефтепродуктами наиболее существенное негативное влияние испытывают травянистая растительность и лесные биогеоценозы [1]. Почвы являются важнейшим объектом экологических исследований при оценках воздействия, поскольку это ценное звено биогеохимического круговорота веществ в экосистемах, источник поступления этих веществ в растительность и по трофическим цепям в организм человека. Установлено, что решающее значение имеет степень загрязнения (доза нефти) и агрохимический фон [8]. Главными причинами замедленного развития растений или их гибели в результате загрязнения служат нарушения поступления воды, питательных веществ и кислородного голодания [4]. В то же время некоторыми исследователями отмечалось стимулирующее действие нефти на рост растений [2]. Безусловно, реакция растительности на загрязнение зависит от качественного и количественного состава загрязнений, а также от продолжительности их воздействия. Наиболее чувствительны к токсичному воздействию нефтепродуктов растения, находящиеся на ранних стадиях развития, а устойчивы - многолетние взрослые растения, так как у них происходит отрастание новых органов из спящих почек при гибели части растения после загрязнения [9].
Цель исследования - выявить закономерности влияния сырой нефти на прорастание семян и рост проростков ели сибирской.
Методы и материалы исследования
Объектом исследования являлись семена ели сибирской, одного из доминантных видов лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области.
Для закладки опыта были использованы семена ели сибирской 1 класса качества, собранные в декабре 2015 г. на территории Тарского района.
Для закладки опыта была использована нефть из Самотлорского нефтяного месторождения с удельным весом 0,85 г/см3.
В эксперименте использовалась сырая нефть в следующих концентрациях (мг/л): 1-й вариант - 0,00 (контроль); 2-й - 0,05; 3-й - 0,10; 4-й - 1,00; 5-й - 5,00; 6-й - 10,00; 7-й - 20,00; 8-й - 30,00; 9-й - 40,00; 10-й - 50,00.
Для разбавления и в качестве контроля использовалась отстоянная водопроводная
вода.
Лабораторные опыты для определения прорастания семян проводились в трехкратной повторности, по 25 семян в каждой повторности, разложенных на фильтровальной бумаге в чашках Петри.
Опыты были заложены 17 марта 2016 г., и проводились при постоянной температуре 20-22°С, с закрытыми крышками при ежедневном подсчете прорастающих семян и погибших проростков. Перед закладкой опыта проводилось замачивание семян в течение суток в водопроводной воде. Продолжительность опыта по прорастанию семян составила 30 дней до гибели проростков. В течение всего опыта в каждый вариант добавлялся раствор сырой нефти концентрацией, соответствующей варианту опыта. При определении всхожести проросшими считали семена, достигшие размера более 1 мм.
Результаты исследования
Важным аспектом популяционной экологии древесных растений, в частности основных лесообразующих видов, является изучение генетической структуры популяций,
внутрипопуляционной генетической изменчивости, степени генетической дифференциации видов. Такие исследования способствуют рациональному использованию и сохранению генофонда видов древесных растений и селекции. Детальные представления об экологической изменчивости биологических свойств семян основных лесообразую-щих видов древесных растений можно получить на основании анализа динамики их прорастания при различных концентрациях сырой нефти.
В результате проведенных экспериментов по проращиванию семян ели сибирской были составлены сравнительные графики по вариантам опыта.
Все рассмотренные варианты опыта по степени влияния нефтяного загрязнения на сроки прорастания, на всхожесть семян, на продолжительность жизни проростков распределились относительно контроля (вариант 1) на три группы:
- слабые концентрации - варианты 2 (0,05 мг/л), 3 (0,10 мг/л), 4 (1,00 мг/л);
- средние концентрации - варианты 5 (5,00 мг/л), 6 (10,00 мг/л), 7 (20,00 мг/л);
- сильные концентрации - варианты 8 (30,00 мг/л), 9 (40,00 мг/л) и 10 (50,00 мг/л).
Согласно данным графиков, можно отметить, что более ранние сроки прорастания наблюдались при слабых концентрациях нефти (0,05; 0,10; 1,00 мг/л) на 6-е сутки и продолжались до 12-х суток (рис. 1).
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Дни наблюдений
Рис. 1. Динамика прорастания семян ели сибирской и отмирание проростков в условиях нефтяного загрязнения при слабых концентрациях Условные обозначения: -1 (контроль); — 2 (0,05 мг/л); -. -. - 3 (0,10 мг/л); .... 4 (1,00 мг/л)
При более высоких концентрациях нефти в опыте (5,00 мг/л и выше) произошла задержка всхожести семян, которая началась на 7, 8, 9, 11-е сутки соответственно, но наиболее ингибирующий эффект был установлен при самой высокой концентрации -50,00 мг/л, где семена не проросли, что говорит о высокой токсичности данной дозы (рис. 2, 3).
В динамике всхожести семян наиболее высокий процент всхожести наблюдался в контроле - 97,33%. Также была отмечена сходная динамика прорастания семян на начальных этапах до 12-х суток в контроле и при слабых концентрациях нефти (варианты 2, 3, 4). В варианте 2 всхожесть составила 88%, в третьем - 85,33% и немного ниже была в варианте 4 - 82,67% (рис. 1). Достоверное снижение величины всхожести семян ели сибирской наблюдалось при средних концентрациях нефти. Так, при концентрации 5,00 мг/л взошло 13,33%, при 10,00 мг/л - 9,33%, при 20,00; 30,00 мг/л - 6,667%, самая
низкая всхожесть 1,3% была выявлена в 9-м варианте при концентрации 40,00 мг/л. В этом случае различия по всхожести с контролем составили 96% (рис. 2, 3).
120
о4
\0 о4 ¡§100
и
К н
« £ 80
и л
о о
л н & 60
о и
и * М 40
о й
к Л
о т | 20 н ° 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Дни наблюдений
Рис. 2. Динамика прорастания семян ели сибирской и отмирание проростков в условиях нефтяного загрязнения при средних концентрациях Условные обозначения: - 1 (контроль); — 5 (5,00 мг/л); -. -. - 6 (10,00мг/л); .... 7 (20,00 мг/л)
120
123456
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Дни наблюдений
Рис. 3. Динамика прорастания семян ели сибирской и отмирание проростков в условиях нефтяного загрязнения при сильных концентрациях Условные обозначения: - 1 (контроль); — 8 (30,00 мг/л); -. -. - 9 (40,00 мг/л)
По продолжительности жизни проростков ели сибирской при слабых концентрациях проявилась заметное сходство с контролем, а при средних и высоких концентрациях продолжительность их жизни резко снизилась.
По выживаемости семян можно отметить, что при очень слабых концентрациях процесс начала отмирания семян начался на 12-й день, тогда как при средних и сильных концентрациях гибель началась на 10-11-е дни. При этом при слабых и средних
концентрациях (варианты 2, 3, 4, 5 и 6) полная гибель проростков наступила естественно на 15 и 19-й день. Тогда как при сильных концентрациях в варианте 7 наблюдалась на 14-й день, в варианте 8 - на 12-й день и в варианте 9 - на 13-й день. При этом в контроле проростки начали гибнуть с 16-го дня и этот процесс продолжался по 26-го дня опыта.
Таким образом, более токсичной для прорастания семян ели по сравнению с контролем оказалась концентрация сырой нефти в водной среде начиная с 5,00 мг/л. На основании результатов опыта можно отметить, что предельно допустимая концентрация сырой нефти при прорастании семян ели сибирской 1,00 мг/л.
A.K. Sharipova, E. V. Donets
Omsk State Pedagogical University, Omsk
Effects of oil pollution on germination of seeds of Siberian spruce (Picea obovata Ledeb.)
The first examines the impact of oil pollution in a wide range of concentrations on the germination of seeds of Siberian spruce as edificator dark coniferous forest subzone of the southern taiga of Western Siberia. As an object of research seed seedlings were taken Siberian spruce, as they are sensitive to the conditions of the soil pitaniya.Semena collected in December 2015 in the territory of Tarski district for first class quality. Experiments were laid March 17, 2016 in the laboratory. As a result of experiments, it was found that the earlier germination periods observed at low concentrations of oil (0.05; 0.10; 1.00 mg/l) for 6 hours and gradually continued to 12 days. At higher concentrations of oil (5.00, 10.00, 20.00, 30.00 and 40.00 mg/l) there was a substantial delay seed germination. In version 10 at a concentration of 50.00 mg/l of the seeds sprouted. The dynamics of germination of seeds the highest percentage of germination was observed in the control group - 97.33%. As was noted a similar dynamic of seed germination in the initial stages up to 12 days in the control and low concentrations of oil (option 2, 3, 4). In option 2, the germination was 88%, in the third was - 85.33%, and was slightly lower in the version 4 - 82.67%. At moderate concentrations, oil can be noted a sharp decrease in germination to embodiment 5 - 13.33%, 6 - 9.33%, 7 - 6.667%. For the duration of the life of Siberian spruce seedlings a marked resemblance to the control manifested in weak concentrations and sharply decreased at medium and high levels of life expectancy. More toxic as compared to the control (version 1) was the concentration of crude oil in an aqueous medium, ranging from 5.00 mg/l. Based on the experimental results, it can be noted that the maximum allowable concentration of crude oil for the germination of seeds of Siberian spruce is a concentration of 1.00 mg/l.
Keywords: oil pollution, germination, seedlings, crude oil concentration variants experience extinction.
Список литературы
1. Донец Е.В. Влияние нефтяного загрязнения на произрастание семян хвойных пород / Е.В. Донец, А.И. Григорьев // Лесоведение. - 2008. - № 5. -С. 18-21.
2. Донец Е.В. Особенности влияния нефтяного загрязнения на состояние и развитие растительного покрова / Е.В. Донец, Е.А. Иванченко // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона : материалы V Между-нар. науч.-практич. конф. (Омск, 24 апреля 2014 г.). -Омск : Изд-во ОмГПУ, 2014. - 150 с.
3. Илларионов С.А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв / С.А. Илларионов. - Екатеринбург : УрО РАН, 2004. - 194 с.
4. Логинов О.Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных
References
1. Donets E.V. Vliyanie neftyanogo zagryaz-neniya na proizrastanie semyan xvojnyx porod / E.V. Donets, A.I. Grigor'ev // Lesovedenie. - 2008. -№ 5. - S. 18-21.
2. Donets E.V. Osobennosti vliyaniya neftyano-go zagryazneniya na sostoyanie i razvitie rastitel'nogo pokrova / E.V. Donets, E.A. Ivanchenko // E'kologo-e'konomicheskaya e'ffektivnost' prirodopol'zovaniya na sovremennom e'tape razvitiya Zapano-Sibirskogo regiona : materialy V Mezhdunarodnoj nauchno-prak-ticheskoj konferencii (Omsk, 24 aprelya 2014 goda). -Omsk : izd-vo OmGPU, 2014. - 150 s.
3. Illarionov SA. Ekologicheskie aspekty vossta-novleniya neftezagryaznennyx pochv / S.A. Illarionov. -Ekaterinburg : UrO RAN, 2004. - 194 s.
4. Loginov O.N. Biotexnologicheskie metody ochistki okruzhayushhej sredy ot texnogennyx zag-
загрязнений / О.Н. Логинов. - Уфа : Реактив, 2000. -100 с.
5. Проблемы диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернян-ский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение. - 2003. - № 9. -С. 1132-1140.
6. Хабиров И.К. Устойчивость почвенных процессов / И.К. Хабиров, И.М. Габбасова, Ф.Х. Ха-зиев. - Уфа : БГАУ, 2001. - 327 с.
7. Биодиагностика экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / С.И. Колесников и др. - Ростов н/Д : Ростиз-дат, 2007. - 192 с.
8. Зильберман М.В. Биотестирование почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / М.В. Зильберман, Е.А. Порошина, Е.В. Зырянова. - Пермь : Экология, 2005. - 111 с.
Шарипова Анар Кайратовна, магистрант, ОмГПУ, [email protected]; Донец Евгения Владимировна, канд. биол. наук, доцент, ОмГПУ.
ryaznenij / O.N. Loginov. - Ufa : Reaktiv, 2000. -100 s.
5. Problemy diagnostiki i normirovaniya zag-ryazneniya pochv neft'yu i nefteproduktami / Yu.I. Pi-kovskij, A.N. Gennadiev, S.S. Chernyanskij, G.N. Sa-xarov // Pochvovedenie. - 2003. - № 9. - S. 1132-1140.
6. Xabirov I.K. Ustojchivost' pochvennyx pro-cessov / I.K. Xabirov, I.M. Gabbasova, F.X. Xaziev. -Ufa : BGAU, 2001. - 327 s.
7. Biodiagnostika e'kologicheskogo sostoya-niya pochv zagryaznennyx neft'yu i nefteproduktami / S.I. Kolesnikov i dr. - Rostov n/D : Rostizdat, 2007. -192 s.
8. Zil'berman M.V. Biotestirovanie pochv, zagryaznennyx neft'yu i nefteproduktami / M.V. Zil'berman, E.A. Poroshina, E.V. Zyryanova. - Perm' : E'kologiya, 2005. - 111 s.
Sharipova Anar Kayratovna, master student, Omsk SPU, [email protected]; Donets Evgenya Vladimirovna, Cand. Biol. Sci., Ass. Prof., Omsk SPU.
