CC BY
171
области / А. И. Григорьев // Природные ресурсы Омской области и их рациональное использование. — Омск : ОГПИ, 1985. - С. 56-59.
7. Григорьев, А. И. Особенности роста в высоту хвойных пород в условиях интродукции / А. И. Григорьев // Современные проблемы интродукции древесных растений в Сибири. -Новосибирск : ЦСБС СО АН СССР, 1988. - С. 42-43.
8. Сергеева, К. А. Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений / К. А. Сергеева. - М. : Наука, 1971. - 174 с.
9. Молчанов, А. А. Методика изучения прироста древесных растений / А. А. Молчанов, В. В. Смирнов. - М. : Наука, 1967. - 100 с.
10. Григорьев, А.И. Индикация состояния окружающей среды : моногр. /А. И. Григорьев. - Омск : Изд-во ОмИПП, 2003. - 128 с.
ДОНЕЦ Евгения Владимировна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), кафедра экологии и природопользования.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 12.03.2014 г. © Е. В. Донец
УДК 502.5:504.5:630*5
Е. В. ДОНЕЦ Л. В. ДОЛЖАНКИНА
Омский государственный педагогический университет
ВЛИЯНИЕ
НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ НА ПРОРАСТАНИЕ ХВОЙНЫХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ_
В статье рассматривается влияние нефтяного загрязнения почвы на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта. Ключевые слова: семена, хвойные виды древесных растений, всхожесть, проростки, нефтяное загрязнение почвы.
Загрязнение биогеоценозов нефтью сопутствующими (ингредиентами) веществами, соединениями является острейшей экологической проблемой во многих регионах мира, в том числе и в России. На территории России наиболее интенсивно проявляется нефтяное загрязнение в Западной Сибири, где добывается более 2/3 всей российской нефти, развита густая сеть нефтепроводов и перерабатывается 20 % нефти от всего объема добычи в Западно-Сибирском регионе.
В условиях нефтяного загрязнения в биогеоценозе наблюдается ухудшение структуры, водно-физических, химических и биологических свойств почвы, определяющих её плодородие и экологическое состояние, загрязняются поверхностные и подземные воды, воздушная среда [1-4].
Отрицательное влияние нефтедобычи в первую очередь обусловлено деградацией почвенного покрова при разливах нефти, а также воздействием продуктов его распада на компоненты биогеоценоза. На первом этапе наибольший токсический эффект на живые организмы оказывает легкая фракция нефти.
Легкая фракция нефти более интенсивно подвержена инфильтрации по почвенному профилю и легко мигрирует в водоносных горизонтах, тем самым происходит резкое расширение первичного очага нефтяного загрязнения. Позднее, с уменьшением доли легкой фракции, начинает возрастать токсичность ароматических соединений.
При этом нефтезагрязненные почвы теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкая водопроницаемость и влаго-ёмкость [1], ухудшается азотный режим почв, уменьшается содержание подвижных форм фосфора и калия, нарушается корневое питание растений [5], увеличивается число углеводородокисляющих микроорганизмов, интенсивно развиваются анаэробные микроорганизмы и затормаживается развитие аэробной микрофлоры [6]. При этом наблюдается также нарушение ферментативной активности почвы [7] и уменьшается её окислительно-восстановительный потенциал [8].
Загрязнение чернозема обыкновенного нефтью (от 1 до 25 % массы почвы) приводит к снижению активности ферментов микроорганизмов [8]. При этом авторами были выделены по степени чувствительности ферменты к загрязнению нефтью и нефтепродуктами: ферриредуктаза > каталаза > уреаза > > инвертаза.
При поступлении нефти в почву, согласно А. В. Шам-раеву и Т. С. Шориной [9], выделяют три общих этапа трансформации его в почвах: 1) физико-химическое и частично микробиологическое разложение алифатических углеводородов; 2) микробиологическое разложение, главным образом низкомолекулярных структур различных классов, образование смолянистых веществ; 3) трансформацию высокомолекулярных соединений: смол, асфальтенов, циклических углеводородов. В разных природных зонах длитель-
ность процесса деградации нефти имеет продолжительность от нескольких месяцев до нескольких десятков лет [10].
По литературным данным Т. С. Бородулиной [11] отмечается, что с увеличением концентрации нефте-загрязнения подавляется активность ряда почвенных ферментов, ростовые и физиологические характеристики растений, снижается численность чувствительных к нефтяному загрязнению микроорганизмов, выживаемость водорослей и планктонных организмов, что вызвано загрязнением условий местообитания нефтью и нефтепродуктами. Это приводит к нарушению динамического равновесия в экосистеме вследствие изменения структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также токсического действия на живые организмы.
Негативное воздействие на растения нефтяного загрязнения почвы связано прежде всего с увеличением ее гидрофобности и заполнением нефтью почвенных капилляров, а также фитотоксичностью нефти, обусловленного развитием в ней микромицетов, образующих токсины [12, 13]. Главными причинами торможения роста и развития растений, а также и их гибели в результате загрязнения нефтью является нарушение поступления воды, питательных веществ и кислородное голодание [8, 14]. В то же время некоторыми исследователями отмечалось стимулирующее действие нефти на рост растений. Установлено, что решающее значение имеет степень загрязнения (доза нефти) и агрохимический фон [15].
На клеточном и физиологическом уровне воздействие углеводородов нефти на растения проявляется в нарушении структуры хлоропластов и фотосинтеза. Углеводороды повреждают мембраны хло-ропластов, митохондрий, мембраны клеток корня. Растения, растущие при нефтяном загрязнении почвы, содержат значительно большее количество веществ со стресспротективными свойствами. На загрязненных участках, при наличии сплошного покрытия нефтяной пленкой, вдоль линии нефтепроводов, отмечается полная гибель растительности [16].
В отношении влияния нефти на прорастание семян в литературе имеются противоречивые сведения. Одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений, тогда как, по наблюдениям других исследователей, нефть оказывает благоприятное влияние на прорастание семян и рост всходов [17].
По результатам проведенных исследований в условиях вегетационного опыта была установлена более повышенная энергия прорастания у сосны обыкновенной и наибольшей толерантностью к воздействию сырой нефти в фазе прорастания семян характеризовались семена лиственницы сибирской, и наименьшей — семена ели сибирской и сосны обыкновенной [18]. При этом более интенсивный прирост корешков проростков был отмечен у ели сибирской и максимальная величина хвоинок у сосны наблюдалась при концентрации нефти 0,1 л/м2. Согласно экспериментальным данным по результатам однофакторного дисперсионного анализа можно отметить, что нефтяное загрязнение оказало достоверное влияние (Р <0,01) на всхожесть семян и длину корешков проростков сосны обыкновенной, ели сибирской и лиственницы сибирской [19].
Цель исследования: выявить закономерности влияния нефтяного загрязнения почв на всхожесть хвойных видов древесных растений в лабораторных условиях.
Задачи исследования:
1. Выявить воздействие нефтяного загрязнения на прорастание хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта.
2. Установить биологические возможности к максимальному уровню нефтяного загрязнения техногенных ландшафтов (буферные пруды нефтеперерабатывающих предприятий) в фазе прорастания семян.
Научная новизна работы и теоретическая значимость результатов исследования. Впервые исследовано влияние нефтяного загрязнения почв на стадии прорастания семян.
Полученные результаты позволяют оценить устойчивость эколого-биологических свойств хвойных видов древесных растений к нефтяному загрязнению почв и являются основой для биоиндикационного контроля лесных экосистем.
Методика и объекты исследований. Объектом исследования являлись семена доминантных видов древесных растений лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири: сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) Для закладки опыта были использованы семена первого класса качества, собранные в декабре 2012 года в Тарском районе (северо-восточная часть Омской области).
В качестве опытного образца был взята нефте-загрязненная почва (грунт) среднесуглинистая по механическому составу, который был отобран с южной части участка №1 буферного пруда ОАО «Газ-промнефть — ОНПЗ» с внутренней стороны земляного вала в 15 метрах от уреза нефтешламового водоёма. В качестве контроля был использован почвенный образец чернозема обыкновенного среднесуглинистого, развитого на карбонатных делювиальных суглинках, отобранный на агробиостан-ции Омского государственного педагогического университета.
Почвенные образцы помещались в кюветы и перед посевом семян увлажнялись. Каждый вариант опыта закладывался в трехкратной повторности и в каждой повторности равномерно высевалось по 50 штук семян хвойных видов древесных растений. Для увлажнения почвы в опытах использовалась отстоянная водопроводная вода. После закладки опыта наблюдение за ходом прорастания семян проводилось ежедневно в течение 30 суток. Отмечались проросшие и наклюнувшиеся семена, а также некрозы, побурение хвои и гибель проростков.
Результаты и их обсуждение. По результатам анализа почв, использованных в вегетационных опытах, можно отметить у опытного образца исключительно высокое загрязнение нефтью (в 1357, 7 раза больше, чем в контрольном образце, и в 658,5 раза выше, чем фоновый уровень), сильную кислотность, высокое содержание хрома и цинка и низкое содержание оксида марганца (табл. 1).
По результатам проращивания семян изученных видов древесных растений можно отметить следующее: самые ранние сроки прорастания у сосны (в контроле — на третий день, в опытном образце — на седьмой день) и самые поздние у лиственницы (в контроле — на восьмой день, в опытном образце — на 15-й день), а промежуточные сроки наблюдались у ели (в контроле — на пятый день, в опытном образце — на восьмой день) (рис. 1—3).
Существенное отставание прорастания семян лиственницы сибирской, как было уже ранее отме-
Таблица 1
Результаты лабораторного анализа проб почв *
№ Наименование определяемого показателя Единицы измерений Контроль Нефтезагрязненная почва Фоновый уровень
1 нефтепродукты мг/кг 19,4 ±3,1 26340,0±1843,8 40,0
2 рН(кислотность) ед. 6,8 4,8 6,8
3 титана оксид мг/кг 3500±400 3300 ±500 5452
4 ванадий мг/кг 54,21 ±14,0 52,36±15,96 67,7
5 хром мг/кг 85,16±20,40 109,00 ±24,10 87,7
6 марганца оксид мг/кг 410,51 ±31,82 264,66±26,28 859,4
7 железа оксид мг/кг 19300±2000 18400±2000 28187
8 кобальт мг/кг 10,72±4,53 не обнаружено < 10
9 никель мг/кг 38,67±13,69 38,70±16,46 37,3
10 медь мг/кг 25,04±11,17 32,23±16,98 25,3
11 цинк мг/кг 52,91 ±9,60 101,80 ±17,71 56,0
12 мышьяк мг/кг 4,85±2,03 8,18±3,65 9,1
13 стронций мг/кг 138,08±33,16 104,87±47,06 162,3
14 свинец мг/кг 25,18±3,90 < 25 25,4
* По данным Омского центра по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей среды с региональными функциями.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151б 1718192021222324252627282930 Дни проращивания
Рис. 1. Динамика всхожести и гибели семян сосны обыкновенной в условиях вегетационного опыта. Условные обозначения:--в контроле; - - - — на нефтезагрязненной почве
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12131415161718192021222324252627282930
Дни проращпванпя
Рис. 2. Динамика всхожести и гибели семян ели сибирской в условиях вегетационного опыта. Условные обозначения: — — в контроле; - - - — на нефтезагрязненной почве
Рис. 3. Динамика всхожести и гибели семян лиственницы сибирской в условиях вегетационного опыта. Условные обозначения: — — в контроле; - - - — на нефтезагрязненной почве
чено [18], связано с особенностями анатомо-морфо-логического строения семенной кожуры, которая по своему строению, толщине и плотности, а также химическому составу (более повышенное содержание живицы) превосходит семенную оболочку сосны и ели. Тогда как семена сосны и ели, обладая более проницаемой семенной кожурой, имеют наибольший доступ для поступления воды в зародыш семени, что является очень важным на начальных этапах прорастания семян.
В опытном варианте следует отметить очень резкое снижение всхожести семян у исследованных видов, особенно, у лиственницы. Полная гибель проростков в нефтезагрязненной почве у лиственницы наблюдалась в более ранние сроки (на 24-й день проращивания), чем у ели (на 27-й день проращивания) и у сосны (на 28-й день проращивания). Следует отметить также более высокую всхожесть семян сосны в условиях сильно нефтезагрязненной почвы. Характерным для сосны является высокая выживаемость проростков (50 % живых проростков) в контрольном варианте. В ранее проведенных исследованиях Е. В. Донец [20] было также установлено, что в условиях вегетационного опыта наибольшую устойчивость к воздействию нефти проявляет сосна обыкновенная.
Заключение. Таким образом, исследованные виды (сосна, ель, лиственница) в нефтезагрязненной почве имели более поздние сроки прорастания семян, характеризовались более низким процентом всхожести семян и выживаемостью проростков (Р <0,01). Наибольшая устойчивость в условиях сильного нефтяного загрязнения почвы наблюдалась у проростков сосны.
Библиографический список
1. Логинов, О. Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений / О. Н. Логинов. — Уфа : Реактив, 2000. — 100 с.
2. Хабиров, И. К.Устойчивость почвенных процессов / И. К. Хабиров, И. М. Габбасова, Ф. Х. Хазиев. - Уфа : БГАУ, 2001. - 327 с.
3. Проблемы диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю. И. Пиковский [и др.] // Почвоведение. - 2003. - № 9. - С. 1132-1140.
4. Илларионов, С. А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв / С. А. Илларионов. - Екатеринбург : УрО РАН, 2004. - 194 с.
5. Изменение свойств почв и состава грунтовых вод при загрязнении нефтью и нефтепромысловыми сточными водами в Башкирии / И. М. Габбасова [и др.] // Почвоведение. -1997. - № 11. - С. 1362-1372.
6. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного / С. И. Колесников [и др.] // Почвоведение. 2006. - № 5. - С. 616-620.
7. Габбасова, И. М. Деградация и рекультивация почв Башкортостана / И. М. Габбасова. - Уфа : Гилем, 2004. -284 с.
8. Колесников, С. И. Изменение ферментативной активности чернозема обыкновенного при загрязнении нефтью
и нефтепродуктами в модельных экспериментах / С. И. Колесников, М. Л. Татосян, Д. К. Азнаурьян // Доклады Россель-хозакадемии. - 2007. - № 5. - С. 32-34.
9. Шамраев, А. В. Влияние нефти и нефтепродуктов на различные компоненты окружающей среды / А. В. Шамраев, Т. С. Шорина // Вестник ОГУ. - 2009. - № 6 (100). -С. 642-645.
10. Бочарикова, Е. А. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо-бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии : автореф. дис. ... канд. биолог. наук / Е. А. Боча-рикова. - М., 1990. - 16 с.
11. Бородулина, Т. С. Влияние нефтезагрязнения окружающей среды на ростовые и физиологические характеристики опытных живых организмов / Т. С. Бородулина // Проблемы современной аграрной наук : материалы Междунар. заоч. науч. конф. - Красноярск : КрасГАУ, 2010. - С. 39-41.
12. Мирчинк, Т. Г. Почвенная микология / Т. Г. Мирчинк. -М. : Изд-во МГУ, 1988. - 220 с.
13. Киреева, Н. А. Комплексное биотестирование для оценки загрязнения почв нефтью / Н. А. Киреева, М. Д. Бакаева, Е. М. Тарасенко // Экология и промышленность России. -
2004. - № 2. - С. 26-29.
14. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почв нефтью / Д. Г. Звягинцев [и др.] // Почвоведение. - 1989. - № 1. - С. 72-77.
15. Зильберман, М. В. Биотестирование почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / М. В. Зильберман, Е. А. Поро-шина, Е. В. Зырянова. - Пермь : ФГУ УралНИИ «Экология»,
2005. - 111 с.
16. Нефтезагрязненные биоценозы : моногр. / А. А. Оборин [и др.] ; УрО РАН ; Перм. гос. ун-т ; Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь, 2008. - 511 с.
17. Донец, Е. В. Влияние нефти на прорастание семян лесо-образующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области : моногр. / Е. В. Донец, А. И. Григорьев. -Омск : Наука, 2012. - 164 с.
18. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта / Е. В. Донец, А. И. Григорьев, Л. В. Дол-жанкина // Омский научный вестник. - 2012. - № 2 (114). -С. 193-196.
19. Григорьев, А. И. Влияние нефтяного загрязнения на рост проростков хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта / А. И. Григорьев, Л. В. Должанкина, Е. В. Донец // Омский научный вестник. - 2012. - № 2 (114). -С. 189-193.
20. Донец, Е. В. Влияние нефти на прорастание семян хвойных лесообразующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области : автореф. дис. . канд. биол. наук / Е. В. Донец. - Омск : ОмГПУ, 2009. - 21 с.
ДОНЕЦ Евгения Владимировна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), кафедра экологии и природопользования.
ДОЛЖАНКИНА Людмила Владимировна, соискатель по кафедре экологии и природопользования. Адрес для переписки: aigrigoryew@mail. ш
Статья поступила в редакцию 12.03.2014 г. © Е. В. Донец, Л. В. Должанкина
