CC BY
79
УДК 582.736:504.55.054(571.122):622.3)
ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ
ГАЛЕГИ ВОСТОЧНОЙ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Екатерина Алексеевна Моисеева
БУ ВО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа -Югры», 628400, Россия, г. Сургут, пр. Ленина, 1, аспирант кафедры ботаники и экологии растений, тел. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: Lapinaea_vizit@mail.ru
Александр Игоревич Шепелев
БУ ВО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа -Югры», 628400, Россия, г. Сургут, пр. Ленина, 1, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники и экологии растений, тел. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: landscape-ecology@yandex.ru
Людмила Федоровна Шепелева
БУ ВО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа -Югры», 628400, Россия, г. Сургут, пр. Ленина, 1, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники и экологии растений, тел. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: botany_surgu@mail.ru.
Впервые представлены результаты по изучению влияния нефтяного загрязнения на всхожесть и выживаемость проростков галеги восточной в лабораторном и полевом опытах в условиях средней тайги Западной Сибири. Исследовано влияние микробиологического препарата Байкала - ЭМ1 и минеральных удобрений на рост и развитие молодых растений.
Ключевые слова: галега восточная, нефтяное загрязнение, почва, минеральные удобрения, Байкал - ЭМ1, Западная Сибирь, всхожесть, выживаемость.
EFFECTS OF OIL POLLUTION ON THE GROWTH AND DEVELOPMENT OF GALEGA ORIENTALIS (GALEGA ORIENTALS LAM.) IN THE MIDDLE TAIGA WESTERN SIBERIA
Ekaterina A.Moiseeva
Surgut State University, 628412, Russia, Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug - Ugra, Surgut, 1 Lenin Av., graduate student of botany and plant ecology, tel. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: Lapinaea_vizit@mail.ru
Alexander I. Shepelev
Surgut State University, 628412, Russia, Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug - Ugra, Surgut, 1 Lenin Av., doctor of biological sciences, professor of botany and plant ecology tel. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: landscape-ecology@yandex.ru
Lyudmila F. Shepeleva
Surgut State University, 628412, Russia, Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug - Ugra, Surgut, 1 Lenin Av., doctor of biological sciences, professor of botany and plant ecology tel. 76-31-54, (922)411-63-26, e-mail: botany_surgu@mail.ru.
For the first time the results on the impact of oil pollution on the germination and seedling survival of galega orientalis in laboratory and field experiments in a middle taiga of Western Sibe-
ria. The influence of microbiological preparation Baikal - EM1 and fertilizers on the growth and development of young plants.
Key words: galega orientalis, oil pollution, soil, fertilizers, Baikal - EM1, Western Siberia, germination, survival.
На территорию Ханты-Мансийского автономного округа приходится практически половина ресурсного потенциала нефти России, и его вклад в годовую добычу российской нефти составляет свыше 57%. Нефть, в свою очередь, является одним из основных загрязнителей окружающей среды и оказывает сильное токсическое действие на растительный и почвенный покров. Разработка новых приемов и способов восстановления нарушенных земель в условиях Севера, где рекультивация таких земель осложнена суровыми природными условиями, имеет большую актуальность. Галега восточная (Galega orientalis Lam.) по результатам наших исследований хорошо адаптируется к природным условиям средней тайги Западной Сибири [1]. Её интродукция в регион с целью создания культурофитоценозов на нефтезагрязненных почвах может стать существенным резервом в решении проблемы биологической рекультивации. Вопрос по влиянию нефти и совместного применения биологического препарата Байкал - ЭМ1 на рост и развитие галеги восточной ранее не изучался.
В лабораторных условиях скарифицированные семена галеги восточной выращивали в контейнерах, вмещающих 2 кг почвы. Эксперимент проводили на предварительно загрязненной нефтью почве в трех кратной повторности: 1%, 5%, 10% и 20%. Состав водной вытяжки почвы: азот - (NH4+NO3)-150 мг/л, фосфор (P2O5) -270 мг/л, калий (K2O)-300 мг/л; влажность >65%; рН солевой суспензии 6-6,5 ед. Высевали в каждый контейнер по 30 семян неинокулиро-ванных и инокулированных семян. Для инокуляции семян применяли микробиологическое удобрение Байкал - ЭМ1, содержащий десятки видов полезных природных микроорганизмов. Основные из них - молочнокислые, азотофикси-рующие, фотосинтезирующие бактерии, разнообразные дрожжи и ферментирующие грибы. Инокуляцию семян проводили перед посевом согласно рекомендации по применению препарата. Влажность почвы поддерживали поливом водопроводной воды.
В ходе исследований установлено, что непосредственный контакт семян галеги с нефтью, приводит к снижению их всхожести и выживаемости (рис. 1).
Анализ экспериментальных данных показал, что с ростом концентрации нефти в почве, в варианте с применением Байкала - ЭМ1, снижение численности проросших семян отмечается только при уровне загрязнения 15% и выше. Концентрация нефти 1%, 5% и 10% оказали стимулирующее действие на всхожесть (43, 26, и 34% соответственно). Величина этих показателей возросла на 623% по сравнению с контрольным вариантом опыта (20%). Наименьшая всхожесть отмечена при 20% содержании нефти в почве (6%).
Отрицательное действие нефтяного загрязнения на прорастание неиноку-лированных семян отмечается при дозах нефти в 5% и выше. Концентрация
в почве нефти 1% не оказало существенного влияния на всхожесть семян и, существенно, не отличалась от контрольного варианта опыта (61-62%).
100 90 80 70
60 -I—
50
40 -I— 30 20 10 0
Без инокуляции Инокуляция Байкалом - Без инокуляции
| ЭМ1
Всхожесть, % Выж
Инокуляция Байкалом -ЭМ1
Выживаемость, %
□ Контроль (почва без нефти) □ 1% нефти □ 5% нефти □ 10% нефти □ 15% нефти □ 20% нефти
Рис. 1. Влияние нефтяного загрязнения на лабораторную всхожесть и выживаемость растений галеги восточной
Полученные нами результаты, в целом, подтверждают исследования В.М. Невзорова, который отмечает, что нефтезагрязненная почва приобретает гидрофобные свойства, и углеводороды нефти сорбируются на поверхности семян, препятствуя поступлению в них воды [2]. По данным А.В. Назарова всхожесть семян в таких почвах определяется доступностью воды и кислорода, а не токсичностью нефти [3]. В нашем случае положительный эффект от применения микробиологического Байкал - ЭМ1 скорее всего связан с замачиванием семян галеги восточной в течение 2-х часов перед посевом в водном растворе препарата, что способствовало проникновению и накоплению необходимой для прорастания влаги в семенах.
Подсчет выживших растений через месяц после посева, свидетельствуют об отрицательном действии нефти на выживаемость молодых растений и их массовой гибели на всех вариантах опыта, что отмечается многими авторами [4,5,6]. Самая высокая выживаемость проростков галеги восточной (89%) наблюдалась на чистой от нефти почве, при посеве неинокулированных семян, а при 5 и 15% - ом нефтесодержании отмечена полная гибель ростков. В контрольном варианте опыта с применением Байкала - ЭМ1 все всходы к моменту подсчета погибли. В остальных вариантах опыта выживаемость растений существенно не отличалась и не зависела от возрастания концентрации нефти в почве (13 - 22 %).
В целом нужно отметить, что хотя концентрация нефти в почве 1% оказала стимулирующее действие на всхожесть семян во всех вариантах опыта, количество выживших растений оказалось минимальным: 2% - при обычном посеве; 8% - при инокуляции семян.
Согласно литературным источникам, в полевых условиях нефтяное загрязнение действует негативнее на прорастание семян и их выживаемость, чем в лабораторных [7,8]. Поэтому полученные нами в лабораторных условиях данные по влиянию нефти на рост и развитие галеги восточной были проверены в полевом микроделяночном опыте. Семена галеги восточной были посеяны на площадках участка Южно-Сургутского месторождения нефти, расположенного на внутрипойменном останце второй надпойменной террасы Оби испытавшего в 2001-2002 годах аварийные выбросы «сырой» нефти (смеси пластовых флюидов - углеводородов и минеральных солей). Посев галеги восточной проводили 13 июня 2014 года на двух участках: I - участок нефтерозлива с отсыпкой чистым песком после аварии; II - участок нефтерозлива без отсыпки, где на данный момент расположено болото без признаков произрастания какой-либо растительности.
Исходные показатели нефтезагрязненной почвы определяли в аккредитованной лаборатории «Поволжского государственного технологического университета» (табл. 1).
Таблица 1
Исходные показатели нефтезагрязненной почвы
Наименование участка Нефтепродукты, мг/кг рН Хлориды, мг/экв/100 г Плотный остаток, %
Участок с отсыпкой песком 2577,0 6,0 0,48 0,14
Участок без отсыпки (болото) 72383,0 3,55 6,74 1,04
В полевых условиях на нефтезагрязненную почву были внесены минеральные удобрения: карбамид, сульфат калия, фосфор. Удобрения вносились непосредственно перед посевом в рядки. Глубина заделки семян - 1,5-2 см. Все работы проводились вручную.
Опыт включал следующие варианты: I - Контроль (посев неинокулиро-ванных семян); II - ^0Р60К90; III - Инокуляция семян перед посевом Байкалом - ЭМ1.
Методика изучения влияния нефти на рост и развитие галеги восточной включала систематическое определение общего состояния посевов (количество взошедших и выживших растений) и наблюдения за фенологией, ростом и развитием растений с момента появления всходов до конца вегетационного периода по всем вариантам опыта.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что воздействие нефти на растения галеги восточной начинается сразу же после высева семян в грунт и чем выше начальная концентрация нефти в почве, тем сильнее прослеживается эта тенденция.
Согласно нашим исследованиям в год посева растения галеги восточной на исследуемой территории проходят фазы всходов, появления узла кущения и стеблевания, но последующие фазы развития не вступают [1]. Анализ фенологических фаз развития растений показал сильное отрицательное влияние загрязнения нефтью почвы на рост и развитие культуры (табл. 2).
Таблица 2
Фазы роста и развития галеги восточной первого года жизни при нефтяном загрязнении почвы
Южно-Сургутское месторождение
без засыпки (болото) с засыпкой
Контроль N30P60K90 Байкал N30P60K90 Удобрения Байкал
посев 13.06.14
всходы 29.06.2014
3 листа 3 листа 2 листа 2 листа 2 листа -
10.07.2014
3 листа 3 листа 2 листа 3 листа 2 листа -
03.09.2014
3 листа 3-5 листьев погибли 3-5 листьев 4-6 листа -
В наших условиях, в год посева, растения вступили в фазу всходов в одни сроки (29.06.2014) во всех вариантах опыта кроме варианта с посевом инокули-рованных семян при посеве в нефтезагрязненную почву отсыпанную песком. В этом варианте опыта проростки не зафиксированы. К концу вегетационного периода (03.09.2014) растения так и остались в фазе всходов, не образовав настоящих листьев. Отмечено незначительное положительный эффект от применения минеральных удобрений на образование листьев, что выразилось в увеличение числа листочков на обоих участках почв (5-6 шт.), по сравнению с контрольными растениями (3-5 шт.). Применение микробиологического удобрения отрицательно повлияло на полевую всхожесть и выживаемость растений гале-ги. К концу вегетационного периода все растения погибли. Известно, что на нефтезагрязненной почве в прикорневой зоне доминируют виды микромицетов рода Mucor, Aspergillus, Penicillum, Fusarium являющимися причиной фитоток-сичности загрязненной нефтью почвы [9]. Видимо применение Байкала - ЭМ1, в состав которого также входят ферментирующие грибы типа Aspergillus, Peni-cillum, и оказал отрицательный эффект на прорастание семян галеги восточной. Кроме того установлено, что при благоприятном водном режиме нефтезагряз-ненной почвы наблюдается большое количество проросших семян, которые в первое время после прорастания не испытывают видимого угнетения [4,5]. Данным фактом объясняется появление всходов галеги восточной при предпосевной инокуляции семян и дальнейшей их гибели.
Фазы развития растений характеризуются биометрическими показателями. Высота и длина корня - один из наиболее существенных признаков развития растений. Известно, что в год посева галега восточная развивается медленно, так как идет интенсивное формирование корневой системы, что обусловливает хорошую зимостойкость и длительное хозяйственное использование культуры. К концу вегетационного периода высота побегов галеги восточной, по всем вариантам опыта существенно не отличалась и составляла 2-2,69 см. Как видно из
рис. 2, с повышением концентрации нефти и кислотности в исходной почве уменьшается длина корня.
-10 -11 -12 -13 -14 -15 -16
Удобрения
о)«.
'добрени?
с засы >ткои
вариант опыта
□ Высота стебля, см
1 Длина корня, см
2,69
2,09
2.11
2
Контроль -3.66
-14,74
-15,85
Рис. 2. Биометрические показатели вегетативных органов растений галеги восточной в год посева при нефтяном загрязнении почвы
Так, в варианте с посевом семян галеги в рекультивированную почву с содержанием нефтепродуктов 2577,0 мг/кг и рН 6,0 длина корня составила 14,74-15,85 см и применение удобрений не оказало существенного влияния. При посеве на втором участке, при концентрации нефти 72383,0 мг/кг и рН 3,55 - 3,66-6,53 см. В этом варианте опыта наблюдается положительный эффект от внесения минеральных удобрений на развитие подземных органов козлятника. Длина корня при применении N30P60K90 составила 6,53см, что практически в два раза длиннее корней контрольных растений (3,66 см). Полученные нами результаты подтверждают данные исследований проведенных А.В. Ледневым, который объясняет данный факт тем, что за счет минеральных удобрений улучшается пищевой режим загрязненной почвы [10].
Таким образом, несмотря на то, что нефтяное загрязнение почв средней тайги Западной Сибири негативно влияет на рост и развитие растений галеги восточной доказано, что инокуляция семян перед посевом Байкалом - ЭМ1 снижает влияние токсичности нефти на появление всходов и выживаемость растений. Снижение лабораторной всхожести семян отмечается при уровне загрязнения почвы 15% и выше, а выживаемости растений не зависела от концентрации нефти в почве. Загрязнение нефтью в количестве 1% от массы почвы оказало стимулирующее действие на лабораторную всхожесть семян, но при этом выживаемость проростков молодых растений была минимальная во всех вариантах опыта.
Установлено, что применение минеральных удобрений способствует повышению адаптивных свойств растений, улучшая их морфометрические показатели по всем вариантам опыта. Применение Байкала - ЭМ1, наоборот, привело к полной гибели растений к концу вегетационного периода. Наблюдается
прямая зависимость развития корневой системы галеги восточной от количества нефтепродуктов в почве перед посевом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лапина Е.А., Шепелева Л.Ф. Эколого-биоморфологические особенности развития козлятника восточного (Galega orientalis L.) первого года интродукции в условиях средней тайги Западной Сибири // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2014. -№ 6 (167). - С. 30-35.
2. Невзоров В.М. О вредном воздействии на почву // Известия вузов. Лесной журнал. -1976. - № 2. - С. 164-165.
3. Назаров А.В., Иларионов С.А., Сергеев В.А. и др. Способ фиторекультивации нефте-загрязненных почв. Патент РФ № 2225086 С1.- 2004.
4. Демиденко А.Я., Демурджан В.М., Шеянова А.Д. Изучение питательного режима почв, загрязненных нефтью // Агрохимия. - 1983. - № 9. - С. 100-103.
5. Максименко О.Е., Червяков Н.А., Каркишко Т.И., и др. Динамика восстановления растительности антропогенно нарушенного сфагнового болота на территории нефтепромысла в Среднем Приобье // Экология. - 1997. - №4. - С. 243-247.
6. Аниськина М.В. Мутагенный и токсический эффекты у растений Tradescantia (clon 02) и Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., индуцированныу нефтью и нефтепродуктами: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Сыктывкар., - 2006. - 20 с.
7. Шилова И.И. биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, - 1988. - С. 159-168.
8. Киреева Н.А., Мифтахова А.М., Кузяхметов Г.Г. Рост и развитие сорных растений в условиях техногенного загрязнения почвы // Вестник Башкирского университета. - 2001а. -№ 1. - С. 32-34.
9. Назаров А.В., Иларионов С.А. Изучение причин фитотаксичности нефтезагрязненных почв // Письма в Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология».: Научно- технический центр «Тата». - 2005. - № 1. - С. 60-65.
10. Леднев А.В. Изменение свойств дерново-подзолистых почв под действием загрязнения продуктами нефтедобычи и приёмы их рекультивации: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Ижевск., 2008. 44 с.
© Е. А. Моисеева, А. И. Шепелев, Л. Ф. Шепелева, 2015
