Влияние нефти на прорастание семян основных лесообразующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ВЛИЯНИЕ НЕФТИ НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ПОДЗОНЫ ЮЖНОЙ ТАЙГИ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Донец Евгения Владимировна

Омск - 2008

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Григорьев Аркадий Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Махнёв Африкан Кузьмич;

доктор биологических наук

Баженова Ольга Прокопьевна

Ведущая организация: Томский государственный университет

Защита состоится 6 ноября 2008 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан 3 октября 2008 г.

Отзывы, заверенные печатью можно отправлять по адресу: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Колпакова Т. Ю.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время вопросы охраны окружающей среды при освоении нефтегазовых месторождений приобретают особую остроту в связи с расширением масштабов и увеличением объемов добычи углеводородного сырья. Предприятия отраслей нефтяного энергетического комплекса оказывают значительное техногенное воздействие на окружающую среду. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источника загрязнения.

Западная Сибирь относится к числу регионов, в наибольшей степени пострадавших от различных экологических нарушений в период индустриализации и широкомасштабного вовлечения природных ресурсов страны в хозяйственный оборот. В результате строительства буровых установок и деятельности нефтедобывающих предприятий и объектов производственной инфраструктуры значительные площади лесных экосистем севера Омской области нарушены и постепенно теряют способность к самовосстановлению. Степень сохранения современных южно-таёжных лесных экосистем на нефтезагрязнённых территориях в этом случае во многом будет определяться успешностью прохождения лесовозобновительных процессов доминантных видов.

В соответствии с целями и задачами биогеоценологических исследований по А. И. Уткину (1974) в районе наших исследований с особым вниманием следует проводить анализ лесовозобновительного процесса, так как это позволит выявить негативные изменения на более ранних стадиях развития лесных экосистем. Однако закономерности динамики экосистем в условиях нефтяного загрязнения в подзоне южной тайги Западной Сибири почти не изучены. По настоящее время ещё недостаточно изучены характер и степень влияния нефтяного загрязнения на древесные растения и почти не изучено воздействие сырой нефти на прорастание семян лесообразующих видов древесных растений, как первостепенную основу естественного восстановления лесных экосистем в нефтезагрязнённых районах.

Литературные источники, содержащие сведения о характере влияния нефти на семена растений немногочисленны и в значительной степени противоречивы. Одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений (Blankenship, Larson, 1978), тогда как по наблюдениям других исследователей нефть, а именно нефтяное ростовое вещество (НРВ), оказывает благоприятное влияние на прорастание семян и рост проростков (Гюльхамедова, 1956; Данилова, 1967, 1972; Комиссаров, 1962, Седых, Тараканов, 2001, 2004). В экспериментах большинства следующих исследователей (Абдуев, Аскеров, 1979; Алиев и др., 1981; Гайнутдинов и др., 1979, 1982; Гусейнов, Гвозденко, 1973; Митчелл, 1979; Невзоров, 1976; Седых, 1996) прорастание семян резко падало при воздействии нефти.

Однако эти данные не дают достаточных оснований для заключения о полном положительном или отрицательном влиянии сырой нефти на семена растений. В связи с этим возникла необходимость изучения влияния сырой нефти на всхожесть семян древесных видов растений, а также установить особенности их реакции на нефтяное загрязнение и отбора среди них наиболее перспективных для рекультивации нефтезагрязнённых территорий.

Цель исследования: Выявить закономерности влияния сырой нефти на рост и развитие древесных растений в фазе прорастания семян в лабораторных условиях для прогнозирования лесовозобновительного процесса.

Задачи исследования:

1. Установить эффект воздействия сырой нефти на всхожесть семян древесных растений в условиях лабораторного проращивания;

2. Изучить динамику роста проростков исследуемых видов древесных растений в зависимости от концентраций нефти;

3. Установить предельно допустимые нагрузки нефти на основные лесообразующие виды древесных растений в фазе прорастания семян.

Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследований:

1. Впервые исследовано влияние нефти на стадии прорастания семян, в наиболее уязвимый период жизни древесных растений.

2. Выявлены предельно допустимые нагрузки нефти для основных лесообразующих видов древесных растений в фазе проростков. Полученные результаты позволяют дополнить эколого-биологическую характеристику изученных видов древесных растений данными по их устойчивости и являются основой для создания нормативной базы по контролю нефтяного загрязнения в лесных экосистемах.

Практическая значимость работы.

Практические рекомендации по использованию материалов исследований для организации мониторинга состояния природной среды представлены в Главное управление лесного хозяйства Омской области.

Материалы исследований используются в преподавании экологических дисциплин (экология, геоэкология и основы рационального природопользования, прикладная экология, экологический мониторинг, методы экологических исследований) на химико-биологическом, географическом факультетах Омского государственного педагогического университета и лесобиологических дисциплин (мониторинг лесных экосистем, лесоведение) на аграрном факультете Омского государственного аграрного университета, и легли в основу методического пособия «Полевой практикум по экологическим и естественнонаучным дисциплинам» (2008).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концентрации нефти более 1,0 мг/л снижают всхожесть семян и угнетают рост проростков исследованных видов древесных растений (березы повислой (Betula pendula Roth.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica L.) и ели сибирской (Picea obovata L.)).

2. Динамика прорастания семян и роста проростков исследованных видов древесных растений от концентрации нефти имеет прямую отрицательную зависимость.

Оценка личного вклада. Исследования выполнены автором самостоятельно.

Апробация результатов исследований. Материалы основных результатов исследований по теме диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях: «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2006, 2008); на V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах» (Новосибирск, 2008); и на региональных научно-практических конференциях (Тара, 2005).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 работ, в т. ч. две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций и приложений. Изложена на 125 страницах машинописного текста, включает 13 таблиц, 15 рисунков и 11 приложений. Список литературы содержит 241 названия, в том числе 24 иностранные.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности изучения нефтяного загрязнения как источника экологических проблем окружающей среды на современном этапе развития общества. Отмечена необходимость более детального изучения нефтяного загрязнения на стадии прорастания семян, в наиболее уязвимый период жизни древесных растений. Сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрена практическая значимость полученных результатов.

Методика и объекты исследований.

Объектом исследования являлись семена доминантных видов лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области: березы повислой (Betula pendula Roth.), ели сибирской (Picea obovata L.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы сибирской (Larix sibirica L.). Выбор видов древесных растений проводился с учетом их участия в составе лесов подзоны южной тайги.

Для закладки опыта были использованы семена березы повислой Й класса качества, собранные в сентябре 2006 г. и семена ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской Й и ЙЙ класса качества, собранные в январе-феврале 2007 г. в Тарском районе (северо-восток Омской обл.), в древостоях, расположенных на территории Западно-Крапивинского нефтяного месторождения.

В работе была использована сырая нефть с Западно-Крапивинского месторождения, относящаяся к легким нефтям (бензиновые, керосиновые фракции составляют 50-55 %), и имеющая по составу низкое содержание гетеросоединений, серы (0,05-0,37 %), парафина (3-4 %), смол (8-9 %) и удельный вес 0,85 г/смі.

Лабораторное изучение всхожести семян и роста проростков березы повислой, ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской проводилось в двух сериях опытов. В первой серии использовалась сырая нефть в концентрациях (мг/л): I - (0,0) контроль; II - 0,01; III - 0,05; IV - 0,10; V - 1,00; VI - 5,00; VII - 10,00., и исследовалась суточная динамика роста зародышевых корешков.

Во второй серии эксперимента концентрация нефти составляла (мг/л): I - контроль; II - 0,01; III - 0,05; IV - 0,10; V - 1,00; VI - 5,00; VII - 10,00; VIII - 15,00; IX - 20,00; X - 25,00; XI - 30,00; XII - 35,00; XIII - 40,00.

Соответствующие вариантам опыта концентрации нефти разбавлялись отстоянной водопроводной водой. Эта же вода использовалась в качестве контроля.

Лабораторные опыты проводились в трехкратной повторности по 100 штук семян в каждой, с раскладкой на фильтровальной бумаге в чашках Петри с закрытыми крышками, в соответствии с ГОСТ 13056.6-97.

Перед закладкой опытов проводилось замачивание семян хвойных видов древесных растений в течение суток в водопроводной воде при комнатной температуре (20 °С). Продолжительность опытов составляла 15 суток, в течение которых во все чашки Петри добавлялась нефть концентрацией, соответствующей вариантам опыта. При определении всхожести семян в лабораторных опытах проводился подсчет проросших семян от общего числа здоровых семян, разложенных на фильтровальной бумаге. Проросшими считали семена, которые дали корешки размерами более 1 мм. Всего было высеяно 24,0 тыс. семян, обмерено около 11,2 тыс. проростков хвойных видов древесных растений и около 3,0 тыс. проростков берёзы. Динамика роста проростков изучалась путём ежедневного замера длины зародышевых корешков из расчёта по 50 штук на повторность. Ежедневно прорастающие семена объединялись в отдельные группы по срокам прорастания для изучения динамики их роста.

В практических целях при изучении прорастания семян проводилась оценка интенсивности роста проростков по зародышевому корешку. Результаты исследований были обработаны стандартными методами вариационной статистики, корреляционного, регрессионного и дисперсионного однофакторного анализов с использованием пакета Statistica. Сравнение вариантов опыта проводилось по критериям Стьюдента и Фишера.

Экологические особенности видов древесных растений лесных экосистем подзоны южной тайги Омской области.

Рассмотрены общие сведения о растительном покрове района нефтедобычи. Анализируется эколого-биологическая характеристика доминантных видов древесных растений лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области: березы повислой (Betula pendula Roth.), ели сибирской (Picea obovata L.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы сибирской (Larix sibirica L.) по комплексу свойств (анатомо-морфологических, цитологических, физиологических и биохимических признаков) и их роли в лесных биогеоценозах. По данным лесоустроительных материалов А. И. Григорьевым с соавторами (2005) выявлено, что за вторую половину XX в. увеличение площади темнохвойных лесов произошло за счет еловых и пихтовых насаждений; их доля участия в структуре древостоев данной группы лесов к концу рассматриваемого периода составила 49 %. За этот же период площадь лиственничников возросла в 2,3 раза. Лесные экосистемы с преобладанием хвойных видов древесных растений в подзоне южной тайги Омской области занимают 36,81 % от общей площади лесов, а лиственные леса с преобладанием видов берез (березы повислой и березы пушистой) - 49,57 % и осины - 13,36 %.

Эколого-физиологические особенности прорастания семян.

Особое место в экологических исследованиях древесных растений занимает оценка качества семян, которое рассматривается как показатель потенциальных возможностей их семенного возобновления. Этот показатель использован нами как критерий в характеристике адаптации и устойчивости видов в условиях нефтяного загрязнения. Для прорастания семян древесных растений наряду с этим важными являются наследственные свойства семян, от которых зависит успешность естественного семенного возобновления в лесных биогеоценозах.

Таким образом, всхожесть семян и скорость прорастания являются диагностическими критериями для оценки их качества, а также могут служить прямым показателем экологических условий прорастания.

Влияние нефтяного загрязнения на природную среду.

В предоставленной главе по литературным данным рассматриваются основные научные направления исследований по влиянию нефтяного загрязнения на природную среду (водные и болотные экосистемы, почвенный покров, травянистые и древесные растения, а также на семена).

Влияние нефти на всхожесть семян и рост проростков хвойных видов древесных растений.

Выявлено наличие стимулирующего эффекта на прорастание семян хвойных видов древесных растений при концентрациях нефти до 1,00 мг/л. Достоверно стимулирующий эффект проявился при концентрации сырой нефти 0,05 мг/л (P < 0,01) (табл. 1). Наиболее положительной для семян сосны оказалась концентрация нефти 0,10 мг/л, при которой всхожими оказались все заложенные в опыте семена (т. е. абсолютная всхожесть составила 100 %).

Резкое снижение величины всхожести семян сосны на 12 % наблюдалось с уровня концентрации нефти более 5,0 мг/л. В последующем, при более высоких концентрациях нефти наблюдалась устойчивая тенденция в падении всхожести семян и роста проростков. Наиболее резкий спад по этим показателям отмечается при концентрации нефти 30,0 мг/л.

Стимуляция роста зародышевых корешков сосны нефтью была выявлена достоверно при 5 %-ном уровне значимости критерия Стьюдента
в условиях ІІІ варианта опыта (0,05 мг/л) (tфакт > tтеор).

У лиственницы уменьшение показателя всхожести семян наблюдалось при всех дозах сырой нефти. Наиболее резкое падение всхожести семян лиственницы отмечалось при максимальных концентрациях нефти (35,0-40,0 мг/л) и составляло 7 %, тогда как у семян сосны и ели сохранялось соответственно на более высоком уровне 28 % и 24%.

При увеличении дозы воздействия нефти наблюдалась обратная зависимость в интенсивности роста зародышевых корешков у проростков лиственницы. Так, уже с уровня 1 мг/л нефти существенно снижалась величина длины корешков у её проростков. Стабильно ингибирующий эффект на рост зародышевых корешков лиственницы заметно проявился при дозах 15 мг/л и более.

Отличительной особенностью семян ели сибирской явилась высокая степень их всхожести при минимальных концентрациях сырой нефти (до 0,05 мг/л). Так, при концентрации нефти 0,05 мг/л всхожесть семян ели возросла на 16 % по сравнению с контролем (табл. 1).

Особо резкое снижение всхожести семян ели наблюдалась при концентрациях нефти 15,0 мг/л. При концентрациях сырой нефти до 0,05 мг/л длина зародышевого корешка достоверно не отличалась от контроля при 5 %-ном уровне значимости критерия Стьюдента (tфакт < tтеор). Сопряженный анализ изменения всхожести семян хвойных видов древесных растений, позволяет отметить, что у сосны и ели наблюдается сходная реакция повышения всхожести семян на концентрации сырой нефти до 1,0 мг/л.
В вариантах опыта после 5,0 мг/л у данных видов имеется сходная тенденция снижения всхожести семян.

При сравнительном анализе можно констатировать стабильную высокую всхожесть семян сосны и ели по сравнению с семенами лиственницы при концентрациях нефти до 5,0 мг/л. В целом можно отметить более высокую устойчивость семян сосны к нефтяному загрязнению в интервале изученных концентраций, минимальная всхожесть оказалась характерной для семян лиственницы и промежуточное положение отмечалось у семян ели.

Таблица 1 Всхожесть семян хвойных видов древесных растений на конец опыта при различных концентрациях нефти

Вариант опыта	Концентрация, мг/л	Виды хвойных древесных растений
		Сосна обыкновенная	Лиственница сибирская	Ель сибирская
		Число проросших семян, шт.	Абсолютная всхожесть, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, шт.	Абсолютная всхожесть, %	Длина проростков, см	Число проросших семян, шт.	Абсолютная всхожесть, %	Длина проростков, см
І	0	276	92,00	3,80 ± 0,14	228	76,00	3,92 ± 0,18	240	80,00	4,88 ± 0,18
IІ	00,01	272	90,67	3,50 ± 0,13	196	65,33	4,09 ± 0,17	264	88,00	4,76 ± 0,17
ІІІ	00,05	284	94,67	4,80 ± 0,16	192	64,00	4,60 ± 0,19	288	96,00	4,90 ± 0,18
ІV	00,10	300	100,000	3,89 ± 0,15	207	69,00	3,69 ± 0,15	258	86,00	3,80 ± 0,17
V	01,00	288	96,00	3,75 ± 0,14	176	58,66	3,25 ± 0,16	264	88,00	3,18 ± 0,14
VI	05,00	276	92,00	3,55 ± 0,12	172	57,33	3,50 ± 0,14	256	85,33	3,08 ± 0,14
VІІ	10,00	240	80,00	3,57 ± 0,20	120	40,00	3,49 ± 0,21	180	60,00	2,90 ± 0,10
VIII	15,00	223	74,33	3,45 ± 0,06	114	38,00	3,44 ± 0,04	117	39,00	2,60 ± 0,06
ІX	20,00	205	68,33	2,52 ± 0,05	105	35,00	1,66 ± 0,05	128	42,66	1,64 ± 0,04
X	25,00	196	65,33	1,98 ± 0,06	101	33,66	1,57 ± 0,07	122	40,66	0,56 ± 0,03
XI	30,00	113	37,67	1,59 ± 0,05	067	22,33	1,54 ± 0,07	063	21,00	0,45 ± 0,03
XІІ	35,00	082	27,33	1,30 ± 0,05	022	07,33	1,48 ± 0,07	077	25,66	0,41 ± 0,03
XIII	40,00	083	27,67	0,62 ± 0,05	020	06,66	1,05 ± 0,05	071	23,66	0,27 ± 0,01

Характерным для семян сосны являлось начало прорастания при концентрациях нефти до 0,05 мг/л на четвертый день проращивания, и её завершение на седьмой день.

При концентрациях сырой нефти до 5,0 мг/л наблюдались более ранние сроки прорастания её семян (на второй и третий день). При концентрациях нефти 20,0-40,0 мг/л начало прорастания также было отмечено на третий день опыта. Следует отметить, что при дозах нефти 40 мг/л обнаружилась тенденция к сокращению средней продолжительности прорастания семян сосны. Так, при этой концентрации нефти наблюдался наиболее ранний срок окончания прорастания семян сосны и минимальный по продолжительности период прорастания (3 дня).

Прорастание семян ели отличалось более ранними сроками начала прорастания и минимальной продолжительностью при концентрациях нефти от 1,0 до 15,0 мг/л. При концентрациях сырой нефти более 30,0 мг/л начало прорастания семян наблюдалось на пятый день, тогда как в остальных вариантах оно наступало на четвертый день. Также как и у семян сосны, у ели, при концентрации 40,0 мг/л наблюдалось сокращение периода прорастания до минимального срока 3 дня. Минимальная средняя продолжительность прорастания семян ели отмечена при концентрации 10,0 мг/л. древесный растение концентрация нефть

Динамика прорастания семян лиственницы характеризовалась наиболее поздними сроками начала и окончания их прорастания, а также большей продолжительностью этого процесса. Самые ранние сроки прорастания были отмечены на второй день, аналогично как у семян ели при концентрации 10,0 мг/л. Самая короткая продолжительность прорастания семян лиственницы (2 дня) с минимальным уровнем всхожести (6,66 %), была при максимальной концентрации нефти 40,0 мг/л.

Средняя продолжительность прорастания семян сосны в контроле составляет 4,46 дня, у семян ели - 4,92 и у семян лиственницы - 5,60 дня. В остальных вариантах опыта при воздействии различных концентраций нефти величина среднего периода прорастания для семян сосны составила 4,69 дня, для семян ели - 5,30 дня и для семян лиственницы - 5,96 дня. Полученные данные, как в контрольных, так и в рабочих вариантах опыта отразили видовую специфику прорастания семян изученных видов.

Корреляционный анализ зависимости количества проросших семян хвойных видов древесных растений от концентрации нефти в вариантах опыта позволил установить, что во всех случаях она достоверно существенная, обратная и отрицательная; у сосны и лиственницы (соответственно r = ?0,98 и r = ?0,97; P < 0,001) и такая же у ели (r = ?0,95; P < 0,001) (табл. 2). Учитывая выявленный стимулирующий эффект концентраций нефти (до 0,05 мг/л) на всхожесть семян и рост зародышевого корешка, корреляционный анализ позволил установить, что при слабых концентрациях нефти у семян сосны и ели зависимость по их всхожести является положительной, а у семян лиственницы она по прежнему отрицательная, но по величине заметно выше (r = ?0,71). При сравнении эмпирических кривых, характеризующих изменение всхожести семян хвойных видов древесных растений, в зависимости от концентрации нефти с теоретически ожидаемой функциональной зависимостью, было выявлено, что она носит по форме прямолинейный характер и выражается полиномом 1-й степени (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость прорастания семян хвойных видов древесных растений от концентрации нефти

Рис. 2. Зависимость длины проростков семян хвойных видов древесных растений от концентрации нефти

На основании динамики всхожести семян, можно констатировать, что изученные виды хвойных древесных растений однотипно реагируют на дозы нефти до 1,0 мг/л.

При изучении длины зародышевых корешков у исследованных видов просматриваются два резких спада: первый в интервале концентрации от 0,05 до 0,10 мг/л и второй - от 15,0 до 20,0 мг/л. При концентрации сырой нефти (40,0 мг/л) наблюдалось достоверно существенное угнетение величины зародышевых корешков (tфакт > tтеор): максимальное у ели сибирской, минимальное - у лиственницы сибирской и среднее - у сосны (Р < 0,01).

Таким образом, при концентрациях нефти до 0,10 мг/л у семян сосны обыкновенной и у семян лиственницы сибирской отмечался стимулирующий эффект как на всхожесть прорастания, так и на рост зародышевых корешков проростков. Эти различия являются достоверно значимыми соответственно у семян сосны при 1 %-ном уровне критерия Стьюдента и у семян лиственницы при 5 %-ном уровне этого критерия. Наиболее заметный стимулирующий эффект наблюдался, наряду с ростом зародышевого корешка, и в увеличении по всхожести на 20 %. Особенно, это имеет значение для лиственницы сибирской в связи с присущей ей низкой всхожестью семян (Гроздов, 1952; Булыгин, 1991; Коропачинский, Встовская, 2002 и др.).

Полученные данные подтвердили гипотезу стимуляции малыми дозами при воздействии сырой нефти. Аналогичный результат был выявлен В. Н. Седых (2004) при изучении всхожести семян и длины проростков сосны обыкновенной, ели сибирской и тополя бальзамического от концентраций отходов бурения в песчаном субстрате. В связи с волнообразным характером экспериментальных данных по всхожести семян и росту проростков при различных концентрациях нефти предполагаются дополнительные исследования для изучения влияния отдельных компонентов сырой нефти на ход этих процессов.

Проведенные опыты с семенами ели сибирской позволили установить более высокую чувствительность семян ели к нефтяному загрязнению, так уже при концентрациях более 0,05 мг/л рост зародышевых корешков у проростков семян ели стабильно отстаёт от контроля (Р < 0,01). Можно отметить, что у семян ели при концентрациях нефти до 0,05 мг/л наблюдается более интенсивный рост, чем у семян сосны и лиственницы.

Изучение динамики роста зародышевого корешка у проростков хвойных видов древесных растений, различающихся сроками начала прорастания в вариантах опыта, позволило установить, что при увеличении концентрации нефти происходит уменьшение числа групп. Так, в VII варианте у сосны наблюдалось наличие по прорастанию семян две группы, у ели и лиственницы - шесть групп. Особенностью в динамике роста зародышевых корешков у проростков является сближение между группами в пределах варианта опыта у сосны при концентрации 0,1 мг/л, у лиственницы - при 0,05 мг/л и у ели - при 5,0 мг/л.

В динамике суточного роста зародышевых корешков проростков ели проявилось исключительное сходство в сроках начала прорастания при всех испытанных концентрациях нефти. Это может быть связано с крайне низким полиморфизмом потомства ели сибирской по реакции на нефтяное воздействие.

В динамике суточного роста зародышевых корешков у проростков сосны характерным в контроле является завершение основного прироста на 8-й день, тогда как в других вариантах опыта их ход роста носил равномерный, плавный характер и являлся более растянутым.

Наблюдается также колебание в сроках прорастания у последних групп в вариантах опыта: у сосны колебания от двух до пяти дней, у лиственницы от шести до восьми дней, у ели от пяти до восьми дней, т.е. наибольшим полиморфизмом по срокам прорастания семян отличается лиственница, а наименьшим - сосна.

По результатам опыта, можно сделать заключение в том, что у сосны основная группа по наибольшей численности проростков формируется на третий день прорастания, а у ели и лиственницы на четвёртый-пятый день.

В результате проведённого корреляционного анализа по материалам экспериментальных исследований изучения влияния нефти на рост зародышевых корешков у хвойных видов древесных растений, позволил установить, что связь во всех случаях обратная, отрицательная. У сосны коэффициент корреляции зависимости длины зародышевого корешка от концентрации нефти в опытах составил: r = ?0,96, P < 0,001; у лиственницы r = ?0,93, P < 0,001 и у ели r = ?0,95, P < 0,001 (табл. 2. Наличие стимулирующего эффекта нефти проявилось при концентрациях до 1,0 мг/л. Во всех случаях эта зависимость оказалась обратной и отрицательной, а по абсолютной величине у сосны она составила r = ?0,19, (P > 0,05), у лиственницы r = ?0,75, (P < 0,01) и у ели r = ?0,85, (P < 0,001). Наибольший стимулирующий эффект в этом случае проявился у сосны и наименьший у ели, промежуточное положение наблюдалось у лиственницы.

Таблица 2 Результаты корреляционного анализа влияния нефти на прорастание семян хвойных видов древесных растений

Виды древесных растений	Показатели прорастания
	Всхожесть семян, %	Длина зародышевого корешка проростков, см
Сосна обыкновенная	- 0,98 ± 0,07х	- 0,96 ± 0,09х
Лиственница сибирская	- 0,93 ± 0,11х	- 0,93 ± 0,11х
Ель сибирская	- 0,95 ±0,10х	- 0,95 ± 0,10х

Примечание: х - P < 0,001.

При высоких концентрациях нефти в опытах форма, направление и степень корреляционной зависимости влияния нефтяного загрязнения на всхожесть семян хвойных видов древесных растений и рост зародышевых корешков практически остались на прежнем уровне.

Форма корреляционной зависимости по эмпирическим данным носит прямолинейный характер (рис. 1, 2).

Корреляционный анализ зависимости среднего периода прорастания семян от концентраций нефти позволил установить, что она по форме отрицательная, достоверная при 0,1 %-ном уровне значимости критерия Стьюдента и более выражена у сосны (r = ?0,83) и лиственницы (r = ?0,82).

Результаты однофакторного дисперсионного анализа зависимости влияния нефти на прорастание семян изученных видов представлены в таблице 3. Согласно этим данным можно признать, что на всхожесть семян и длину зародышевых корешков проростков достоверное влияние оказали исследованные концентрации нефти (Р < 0,05). Достоверное влияние (зх2) сырой нефти на всхожесть семян проявилось в большей степени на семенах сосны и ели и в меньшей степени на семенах лиственницы, тогда как сила влияния нефти на длину зародышевых корешков проростков оказалась достоверной и одинаковой для данных видов.

Таблица 3 Результаты однофакторного дисперсионного анализа зависимости влияния нефти на прорастание семян хвойных видов древесных растений

Виды древесных растений	Показатель прорастания
	Всхожесть семян, %	Длина зародышевого корешка проростков, см
	Fфакт.	F05	зх2	Fфакт.	F05	зх2
Сосна обыкновенная	49,73	4,26	0,67х	7,26	4,26	0,23х
Лиственница сибирская	15,91	4,26	0,40х	7,37	4,26	0,23х
Ель сибирская	26,57	4,26	0,53х	7,71	4,26	0,24х

Примечание: х - Р < 0,05.

Анализ взаимосвязи между числом проросших семян и длиной зародышевых корешков у проростков изученных хвойных видов древесных растений позволил выявить положительную, очень высокую и достоверную степень связи между ними (tфакт. > tтеор.): у сосны r = 0,94, у ели r = 0,91 и у лиственницы r = 0,88 при 1 %-ном уровне значимости критерия Стьюдента.

По результатам проведенных исследований можно признать, что наибольшей устойчивостью к воздействию сырой нефти в фазе прорастания семян характеризуются семена сосны обыкновенной, наименьшей - семена ели сибирской и промежуточное значение занимают семена лиственницы сибирской.

VI. Всхожесть семян и рост проростков берёзы повислой при различных концентрациях сырой нефти.

Исследования влияния нефти на прорастание семян лиственных древесных растений было проведено на широко представленном местном виде в районе нефтедобычи - берёзе повислой.

Таблица 4 Длина проростков березы повислой на конец опыта при различных концентрациях нефти

Вариант опыта	Концентрация, мг/л	Длина проростков, см	Число проросших семян, шт.	Абсолютная всхожесть, %
I	0	2,04 ± 0,08	174	58,0
II	0,01	1,82 ± 0,08	198	66,0
III	0,05	1,73 ± 0,06	210	70,0
IV	0,10	1,89 ± 0,04	198	66,0
V	1,0	1,82 ± 0,06	174	58,0
VI	5,0	1,60 ± 0,04	180	60,0
VII	10,0	1,54 ± 0,05	156	52,0
VIII	20,0	1,43 ± 0,05	156	52,0
IX	25,0	1,48 ± 0,05	156	52,0
X	30,0	1,46 ± 0,05	162	54,0
XI	35,0	1,44 ± 0,02	138	46,0
XII	40,0	1,33 ± 0,03	138	46,0

В результате проведенных опытов были получены материалы по росту и всхожести зародышевых корешков проростков берёзы (таблица 4).

Согласно полученным данным можно отметить, что у берёзы концентрации нефти до 1,0 мг/л оказывают положительное влияние на всхожесть семян. Так, при концентрации нефти 0,05 мг/л всхожесть семян возросла на 12 % по сравнению с контролем. При концентрации нефти более 5,0 мг/л всхожесть семян начала понижаться и при максимальной концентрации (40,0 мг/л) она снизилась на 12 % по сравнению с контролем. При этом отрицательное влияние нефтяного загрязнения на рост зародышевых корешков у проростков берёзы оказалось более существенным при более низких концентрациях нефти. Так, устойчивое снижение величины зародышевого корешка проявилось уже при концентрации нефти более 1,0 мг/л. В этом можно видеть подтверждение тому, что проростки более чувствительны к условиям окружающей среды, чем семена в период начала прорастания, что отражает общебиологические закономерности и связано с относительной автономностью семян в период прорастания.

В ходе прорастания семян берёзы были выявлены следующие особенности: при концентрациях нефти до 20,0 мг/л прорастание семян берёзы наступало, как и в контроле на второй день, а при более высоких концентрациях нефти оно произошло в первые сутки. При концентрациях нефти от 0,01 до 0,05 мг/л и в контроле продолжительность прорастания составляла два дня, в остальных случаях продолжительность периода прорастания составляла три дня. Сила влияния (зх2) нефти на всхожесть семян составила всего 3,5 % и на длину зародышевых корешков проростков берёзы - 56,7 %.

Короткая продолжительность периода прорастания берёзы обуславливается незначительным запасом питательных веществ в эндосперме по сравнению с изученными хвойными древесными растениями.

Изучение особенностей динамики роста зародышевых корешков берёзы повислой при различных концентрациях нефти приведено на рис. 3. Согласно приведенным данным, можно констатировать, что концентрации нефти выше 1,0 мг/л оказывали негативное воздействие на рост зародышевых корешков проростков берёзы во всех вариантах опыта после третьего дня проращивания. Результаты этих исследований приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость всхожести и длины проростков березы повислой от концентрации нефти

Как и у хвойных, у берёзы при концентрациях нефти 0,1 и 1,0 мг/л проявляется более высокая изменчивость по срокам прорастания. В этом случае были выведены три группы, тогда, как во всех других вариантах и в контроле выделялось всего лишь по две группы. Следует отметить, что в контроле общее количество проросших семян было зафиксировано в первый день проращивания. Это означает, что в контроле у берёзы изменчивость семян по срокам прорастания проявилась очень слабо и при сравнении с другими вариантами опыта указывает о наличии довольно высокой потенциальной изменчивости семян по срокам прорастания.

Отличительной особенностью берёзы является то, что основная группа прорастающих семян представлена в І группе во всех вариантах опыта. Особенностью влияния нефтяного загрязнения является также и удлинение периода роста зародышевого корешка до пяти дней за счет снижения метаболических и обменных процессов.

В исследованиях, которые проводились на семянах берёзы повислой в лесах другой почвенно-климатической зоны, установлено, что семена березы при комнатной температуре (19-20 єС) начинают прорастать раньше и достигают пика всхожести на 3-4-е сутки (Говоруха, 1971; Махнёв, Махнёва, 1979).

В результате сопряженного анализа с вычислением показателя коэффициентов корреляций величины всхожести семян и длины зародышевых корешков в зависимости от уровня воздействия концентраций нефти было установлено, что эта связь отрицательная и по форме прямолинейная (рис. 3). Соответственно достоверно коэффициент корреляции по всхожести семян имел величину r = -0,85 и по длине зародышевых корешков - r = -0,87 (Р < 0,001). Следует отметить, что связь между всхожестью семян и длиной зародышевого корешка составлял r = 0,59, Р < 0,01.

Однофакторный дисперсионный анализ позволил установить, что влияние нефти на всхожесть семян и длину проростков берёзы является недостоверным (Р > 0,05).

Средняя продолжительность прорастания семян берёзы на различных концентрациях нефти имеет отрицательную зависимость (r = -0,69) и является достоверной (Р < 0,01).

На основании вычисленных коэффициентов детерминации (r2ух) для изученных видов, можно сделать заключение, что зависимость показателей каждой систематической группы видов древесных растений по физиологическому состоянию семян и проростков от концентрации нефти является индивидуальной. В пределах видов древесных растений, относящихся к различным родам, имеются особенности в прохождении отдельных этапов прорастания семян и роста проростков на фоне нефтяного загрязнения. Так, показатель энергии прорастания семян определяется для сосны обыкновенной и ели сибирской на пятый день проращивания, тогда как для лиственницы сибирской - на 7-й день, а берёзы повислой - на 2-й день.

ВЫВОДЫ

1. При концентрациях нефти до 1,0 мг/л наблюдалось повышение всхожести семян и увеличение длины зародышевого корешка проростков изученных видов древесных растений (березы повислой (Betula pendula Roth.), ели сибирской (Picea obovata L.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы сибирской (Larix sibirica L.)), а при более высоких её значениях отмечалось устойчивое снижение этих показателей.

2. По показателям прорастания семян и росту зародышевых корешков проростков у хвойных видов древесных растений наибольшей устойчивостью к воздействию нефти отличается сосна обыкновенная, наименьшей - ель сибирская и промежуточное положение занимает лиственница сибирская.

3. Зависимость всхожести семян и длины зародышевых корешков проростков у изученных лесообразующих видов древесных растений от концентраций нефти является по характеру отрицательной, прямолинейной по форме.

4. У изученных хвойных видов древесных растений влияние нефти на всхожесть семян составляет от 90 до 96 % и на рост зародышевых корешков - от 86 до 92 %.

5. У берёзы повислой изменчивость прорастания семян и роста зародышевого корешка проростков в меньшей степени детерминируется нефтью, чем у хвойных (коэффициент детерминации соответственно составляет 72 % и 76 %). Это характеризует в целом её меньшую устойчивость к нефтяному воздействию.

7. Полученные результаты лабораторных исследований по влиянию нефти на начальных этапах роста и развития (прорастания семян, рост проростков) изученных лесообразующих видов древесных растений могут служить, как основой для создания нормативной базы предельных уровней воздействия сырой нефти на лесные экосистемы.

Практические рекомендации.

На основании материалов исследований можно рекомендовать предельно допустимый уровень сырой нефти для прорастания семян и роста проростков изученных видов древесных растений 1,0 мг/л. Установленные концентрации нефти не влияющие отрицательно на рост и развитие древесных растений в фазе прорастание семян могут быть использованы при определении норм нагрузки нефтяного загрязнения на лесовозобновительные процессы в лесных экосистемах.

Материалы исследований широко используются в преподавании экологических дисциплин (экология, геоэкология и основы рационального природопользования, прикладная экология, экологический мониторинг, методы экологических исследований) на химико-биологическом, географическом факультетах Омского государственного педагогического университета и лесохозяйственных дисциплин (мониторинг лесных экосистем, лесоведение) на агрономическом факультете Омского государственного аграрного университета.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Донец Е. В. Проблемы и перспективы развития нефтегазоносных территорий [Текст] / Е. В. Донец // Актуальные проблемы управления: теория, методология, культура, модернизация, ресурсы: Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции 16 сентября 2004 г.: в 2.: Ч. 2. / Под общей редакцией А. И. Барановского. - Омск: Изд-во «Прогресс» Омского инст-та предпренимательства и права, 2004. - 202 с.

2. Григорьев А. И. Экологические аспекты изучения лесных экосистем южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, Е. В. Донец // Наука и образование: проблемы и перспективы / Материалы научно-практической конференции с международным участием 24-25 мая 2005 года // Естественные науки. - Ч. 1. - Тара, 2005. - С. 130-134.

3. Григорьев А.И. Естественное возобновление лесообразующих пород в подзоне южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Наука и образование: проблемы и перспективы. Ч. 1. Естественные науки. - Тара. Отпечатано в «Полиграфическом центре» ЧП Пономарева О. Н. 2005а. - С.138-141.

4. Григорьев А. И. Особенности естественного возобновления на непокрытых лесом территориях лесообразующих пород в подзоне южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Экология Омской области. - Омск. Отпечатано в «Полиграфическом центре» ЧП Пономарева О. Н. 2005б. - С. 31-33.

5. Григорьев А. И. Экологические аспекты в лесных экосистемах подзоны южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Проблемы и перспективы / Материалы научно-практической конференции с международным участием 24-25 мая 2005 года // Естественные науки. - Ч. 1. - Тара, 2005. - С.135-137.

6. Григорьев А. И. Динамика темнохвойных лесов Омского Прииртышья / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Естественные науки и экология. Вып. 10., 2006. - С. 41-45.

7. Григорьев А. И. Материалы к лесоводственно-экологической характеристике северных лесов омской области [Текст] / А.И. Григорьев, В. Н. Михальчук, А. Д. Сорокин, Е. В. Донец // Инновационные технологии в повышении качества образования: Материалы международной научно-практической конференции15 апреля 2006 г. Часть 2. Омск: Изд-во Омского экономического института, 2006. - С. 83-85.

8. Донец Е. В. Особенности прорастания семян хвойных видов древесных растений при нефтяном загрязнении [Текст] // Омская биологическая школа. Ежегодник. Вып. 4: Межвуз. Сб. науч. тр. / под ред. Б. Ю. Кассала. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2007. - С. 45-49.

9. Донец Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на всхожесть семян
и рост проростков березы повислой (Betula pendula Roth.) [Текст] / Е. В. Донец // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона. Материалы II Международ. науч.-практ. конф. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. - С. 38-41.

10. Донец Е. В. Особенности влияния нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных видов древесных растений [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Вестник Тюменского Государственного Университета. - Тюмень, 2008. - Вып. 3. - С. 226-230.

11. Донец Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на биофизические параметры проростков ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) [Текст] / Е. В. Донец, Ю. А. Курило // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона. Материалы II Международ. науч.-практ. конф. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. - С. 41-44.

12. Донец Е. В. Энергия прорастания семян берёзы повислой в условиях нефтяного загрязнения [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Биологическая наука и образование в педагогических вузах: Материалы V Всерос. научно-практ. конф. «Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах». - Новосибирск, 2008. - Вып. 5. - С. 3-5.

13. Донец Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на природную среду [Текст] / Е. В. Донец // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып. 12. Межвуз. сб. науч. трудов. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. - С. 152-157.

14. Донец Е. В. Динамика прорастания семян светлохвойных видов древесных растений при нефтяном загрязнении [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып. 12. Межвуз. сб. науч. трудов. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. - С. 157-166.

15. Донец Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных пород [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Лесоведение. - 2008. - № 5. - С. 18-21.

Размещено на Allbest.ru

...