Прорастание семян пшеницы и салата под влиянием загрязнения почвы нефтью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Красноярский государственный аграрный университет

Прорастание семян пшеницы и салата под влиянием загрязнения почвы нефтью

Бородулина Т.С.

Полонский В.И.

Красноярск, Россия

Abstract

In laboratory experiments we studied the influence of oil polluted soil on the germination processes of wheat and lettuce seeds. It was shown that biomass and length of roots and shoots increased after using oil concentration about 3-6 g/kg. Negative influence of oil on germination of seeds is registered at concentration of oil of 9 g/kg and more. It is apparently connected with formation of a waterproof film on seeds and the roots, worsening their gas exchange and water exchange. Processes of lettuce seeds germination in comparison with wheat are less sensitive to oil influence.

Аннотация

В лабораторных опытах изучали влияние различных концентраций нефти в почве на процессы прорастания семян пшеницы и салата. Установлено, что значения показателей биомассы и длины, как корней, так и побегов у проростков существенно увеличивались при концентрации нефти 3 и 6 г/кг почвы. Зарегистрировано отрицательное действие нефти на прорастание семян при концентрации поллютанта 9 г/кг и выше, что, по-видимому, связано с образованием гидрофобной пленки на семенах и корнях, ухудшающей их газо- и водообмен. Процессы прорастания семян салата по сравнению с пшеницей являются менее чувствительными к воздействию поллютанта.

Введение

Основными крупномасштабными и опасными загрязнителями окружающей среды сегодня являются нефть и нефтепродукты [5, 15], которые нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов [1, 7, 8, 13].

По вопросу влияния нефти на процессы прорастания семян в литературе имеются противоречивые сведения. Показано, что нефть, особенно в низких концентрациях, не влияет на прорастание семян растений [9, 16]. В экспериментах, выполненных рядом исследователей, доля проросших семян, биомасса, а также рост растений резко снижались [4, 12, 17], а при уровне нефтезагрязнения 8% от массы почвы происходила гибель проростков [7]. Встречаются единичные данные, свидетельствующие о снижении всхожести и длины проростков хвойных при сверхмалых концентрациях нефти 5-10 мг/л [2], что существенно ниже фонового содержания этого поллютанта в почве.

При использовании низких концентраций нефти в лабораторных опытах показан эффект стимуляции процессов прорастания семян. Так, на яровой пшенице установлено, что содержание нефти, равное 1% от массы почвы, стимулировало всхожесть семян и усиливало развитие корней проростков [6, 10].

Сведений о механизмах действия низких концентраций нефти на начальные этапы роста растений в литературе имеется недостаточно.

Целью работы являлось исследование возможных причин влияния низких уровней нефтезагрязнения почвы на процессы прорастания семян модельных растений.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования были выбраны яровая пшеница и салат листовой. При проведении лабораторного эксперимента использовали известную методику [3]. Навеску воздушно-сухой почвы (10 г) помещали в чашку Петри, накрывали ее бумажным фильтром и заливали на 1 сутки 20 мл воды (контроль). В первой серии опытов в чашки вносили водную эмульсию сырой нефти из расчета конечных концентраций: 0,3, 1, 3, 6, 9, 12 и 15 г/кг почвы. Во второй серии опытов использовали водную эмульсию нерафинированного подсолнечного масла из расчета тех же конечных концентраций. В третьей серии опытов применяли растворы сернокислого аммония в концентрации 30 мг/кг почвы, используя при этом либо воду, либо водную эмульсию нерафинированного подсолнечного масла.

Через 1 сутки на фильтровальную бумагу в каждую чашку раскладывали по 25 штук семян, которые предварительно калибровали по размеру и обеззараживали в растворе перманганата калия. Семена проращивали при температуре 23°С в условиях различных вариантов опытов. Для устранения влияния выделяющихся из нефти газообразных фракций на семена между дном и крышкой чашек оставляли небольшой воздушный зазор. Через 4 суток проводили учет количества проросших семян, измеряли сырую биомассу, длину корней и надземной части проростков.

Эксперименты проведены дважды, каждый вариант опыта в 4-кратной повторности. Результаты обработаны статистически с помощью пакета программ Microsoft Excel 2003.

Результаты и их обсуждение

Было выявлено, что доля проросших семян заметно уменьшалась, начиная с уровня нефтезагрязнения 6 г/кг: у пшеницы на 2%, у салата - на 26%.

При содержании нефти в почве 9 г/кг и выше происходило существенное снижение значений всех ростовых показателей пшеницы. В случае с салатом, угнетение процессов роста отмечено при этой же концентрации поллютанта, но лишь для побегов. Снижения массы и длины корней в опытах не наблюдалось, что свидетельствует о меньшей чувствительности к негативному воздействию нефти ростовых процессов корней салата по сравнению с пшеницей.

В экспериментах с пшеницей была зарегистрирована стимуляция роста побегов и массы корней в диапазоне концентрации нефти в почве от 0,3-1 до 6 г/кг. Для растений салата было найдено увеличение всех ростовых показателей при содержании нефти в почве от 3 до 6 г/кг за исключением массы корней, повышение которой наблюдалось в пределах концентрации поллютанта 3-12 г/кг. При этом различия с контролем у салата были гораздо больше, чем у пшеницы и превышали 50%.

Для выяснения механизма негативного влияния нефти на процессы прорастания семян во второй серии опытов использовали в качестве имитатора нефти нерафинированное подсолнечное масло (в аналогичных концентрациях). В результате было обнаружено четкое ингибирование всех изучаемых ростовых параметров у пшеницы, начиная от содержания масла в почве, равного 6 г/кг.

Следует выделить, что при содержании нефти или масла в почве, соответствующем 3-6 г/кг, на поверхности влажной почвы может создаваться сплошная пленка толщиной около 50-100 Е, что приблизительно соответствует слою из 2-4 молекул. Последнее следует из использованной при выполнении расчетов характерной величины молекулы стеариновой кислоты, длина которой составляет 25Е [11].

Исходя из полученных данных в опытах с подсолнечным маслом можно предположить, что основной причиной угнетения процессов прорастания семян при использованных выше уровнях нефтезагрязнения является физический механизм.

Таблица - Ростовые показатели проростков пшеницы и салата при добавлении сульфата аммония и масла в почву (значения в колонках с разными буквами существенно различаются между собой в пределах одного объекта при Р?0,05)

Зарегистрированный в экспериментах эффект стимуляции ростовых процессов при добавлении нефти можно объяснить тем, что нефть может выступать в качестве своеобразного аналога минерального удобрения. Если допустить, что в нефти, использованной в экспериментах, содержалось 0,1% азота [14], и он весь превратился в результате восстановления микроорганизмами в аммоний, то в случае варианта с концентрацией нефти, вызывающей позитивный эффект (6 г/кг), в почве должно появиться около 6 мг/кг аммонийного азота. Смоделировать этот уровень можно, добавив 30 мг сульфата аммония. Результаты представлены в таблице.

В случае использования водных растворов можно видеть четкую стимуляцию всех ростовых показателей у пшеницы, положительное влияние аммонийной соли на рост корней салата и накопление надземной части биомассы. В вариантах с добавлением сернокислого аммония к эмульсии масла у проростков пшеницы и салата все ростовые показатели не отличались от уровня контроля.

Кроме азота не исключается возможность участия других, входящих в состав нефти, минеральных элементов в питании проростков и стимуляции в них ростовых процессов, например, серы и ионов металлов.

Проведенные исследования влияния различного уровня нефтезагрязнения почвы на процессы прорастания семян пшеницы и салата позволяют говорить о выявленной видоспецифичности в амплитуде ответной реакции. Позитивная ростовая реакция салата при уровнях нефтезагрязнения почвы 3-6 г/кг проявлялась сильнее, чем у пшеницы, а негативный ответ (при концентрациях 12-15 г/кг почвы) был выражен существенно слабее.

Заключение

В работе показано, что присутствие нефти в почве сопровождается в зависимости от концентрации поллютанта либо угнетением процессов прорастания семян, либо их стимуляцией. Первое происходит при уровне нефтезагрязнения, соответствующем 30 ПДК, и предположительно объясняется существованием физического механизма образования гидрофобной пленки на семенах и корнях, ухудшающего их газо- и водообмен. Второй процесс имеет место при содержании нефти в почве, соответствующем 1-20 ПДК, и предположительно объясняется присутствием дополнительного источника минерального (главным образом, азотного) питания. Негативная реакция в ответ на воздействие нефтезагрязнения почвы у проростков салата по сравнению с пшеницей начинается при более высоких концентрациях поллютанта, но реакция первых имеет более значительную амплитуду.

нефть прорастание семя почва

Литература

1. Гузев, В.С. Роль почвенной микробиоты в рекультивации нефтезагрязненных почв / В.С. Гузев, С.В. Левин, Г.И. Селецкий и др. // Микроорганизмы и охрана почв. - М.: изд-во МГУ, 1989. - С. 121-150.

2. Донец, Е.В. Влияние нефти на прорастание семян хвойных лесообразующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области /Е.В.Донец //Автореф. канд. дисс. -Омск: Изд-во ОмГПУ, 2009.-19 c.

3. Иванов, В.Б. Практикум по физиологии растений /В.Б. Иванов, И.В. Плотникова, Е.А. Живухина [и др.] - М.: Изд. центр «Академия», 2001.-144 c.

4. Киреева, Н.А. Влияние загрязнения нефтью на фитотоксичность серой лесной почвы / Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.Г. Кузахметов // Агрохимия. - 2001. - № 5. - С. 64-69.

5. Киреева, Н.А. Детоксикация нефтезагрязненных почв под посевами люцерны (Medicago sativa L.) / Н.А. Киреева, Е.М. Тарасенко, М.Д. Бакаева // Агрохимия. - 2004. - № 10. - С. 68-72.

6. Киреева, Н.А. Рост и развитие растений яровой пшеницы на нефтезагрязненных почвах и при биоремедиации / Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.М. Салахова // Агрохимия. - 2006. - № 1. - С. 85-90.

7. Пиковский, Ю.И. Проблемы диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами /Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение. - 2003. - № 9. - С. 1132-1140.

8. Пиковский, Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах /Ю.И. Пиковский // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М., 1988. - С. 7-22.

9. Полонский, В.И. Реакция растений на низкие уровни нефтезагрязнения / В.И. Полонский, Д.Е. Полонская // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 8. - С. 18-22.

10. Седых, В.Н. Влияние отходов бурения и нефти на физиологическое состояние растений / В.Н. Седых, Л.А. Игнатьев // Сибирский экологический журнал. - 2002. - № 1. - С. 47-52.

11. Слейбо, У. Общая химия /У. Слейбо, Т.П. Персонс - М.: Мир, 1979. - 551 с.

12. Трофимов, С.Я. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы / С.Я. Трофимов, Я.М. Аммосова, Д.С. Орлов, Н.Н. Осипова, Н.И. Суханова // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17 почвоведение. - 2000. - № 2. - С. 30-34.

13. Халимов, Э.Н. Экологические и микробиологические аспекты повреждающего действия нефти на свойства почвы / Э.Н. Халимов, С.В. Левин, В.С. Гузев // Вестн. МГУ. Сер.17. Почвоведение. - 1996. - №.2. - C. 59-64.

14. Черножуков, Н.И. Химия нефти и нефтяных газов /Н.И. Черножуков, С.Н. Обрядчиков - М.-Л.: Гостоптехиздат, 1946. - 254 c.

15. Шилова, И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны / И.И. Шилова // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. - С. 159-168.

16. Blankenship, D.W. Plant growth inhibition by water extract of a crude oil / D.W. Blankenship, R.A. Larson // Water, Air and Soil Pollut. - 1978. - Vol.10. - № 4. - P. 471-473.

17. Robson, D.B. Ability of Cold-Tolerant Plants to Grow in Hydrocarbon-Contaminated Soil / D.B. Robson, J.D. Knight, R.E. Farrell, J.J. Germida // International Journal of Phytoremediation. - 2003. - April. - P. 105-123.

Размещено на Allbest.ru