CC BY
8УДК 633.112.:575
С.А. Нефедова, д-р биол. наук, доцент, А.А.Коровушкин, д-р биол. наук, профессор, Ю.В. Доронкин канд. с.-х. наук, доцент,
ИЮ. Корнеева, аспирант, Н.С. Ионочкина, студентка
Рязанский государственный агротехнологический университет им. П. А. Костычева
ФИТОРЕМЕДИАЦИОННАЯ РЕАКЦИЯ РАСТЕНИЙ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВЫ НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ОТХОДАМИ КОЖЕВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Введение
Как отходы производства, так и отходы потребления, занимая большие пространства, представляют серьезную угрозу природной среде, являясь источником биотического, механического, химического и иных видов загрязнения, ухудшая ее санитарно-эпидемиологические, оздоровительные и эстетические качества. С позиций физиологии повреждающие воздействия, включая радиационные, переводят растительные организмы в состояние стресса [6]. Загрязнение природной среды продуктами переработки нефти или отходами кожевенного производства - актуальные экологические проблемы, затрагивающие многие страны. Определение количества влаги, связанной с белковым комплексом, можно осуществить путем измерения диэлектрической проницаемо-стити семян до тепловой обработки и после тепловой обработки. Однако в силу малого изменения диэлектрической проницаемости семян не представляется возможным измерить столь малые изменения, так как в настоящее время отсутствуют Q-метры с такой высокой разрешающей способностью [5].Таким образом, поиск эффективных малозатратных методик представляется актуальным. В нашей стране около 30% всех почв являются экологически неблагополучными. В результате увеличения воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду происходят существенные изменения в химическом составе почвенного покрова обширных территорий. В Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (ФГБОУ ВПО РГАТУ) сотрудниками ведутся работы по совершенствованию всех эта-
пов уборки и транспортировки по прямоточной технологии, что подтверждается новыми техническими решениями [3]. При этом особое внимание уделяется экологическому состоянию почв после работы сельскохозяйственной техники. Как правило, ухудшение состояния почвы происходит за счет засоленности, поступления в нее тяжелых металлов и нефтепродуктов. Таким образом, кормовая база для сельскохозяйственных животных постоянно находится под угрозой экотоксикации. В современных условиях интенсивного ведения животноводства идет активный поиск новых путей повышения продуктивности сельскохозяйственных животных при сохранении их здоровья и обеспечении экологической безопасности получаемой продукции [7].
К числу основных экологических проблем кожевенного производства можно отнести засоление почв сульфидами, хлоридами, сульфатами, аммонийным азотом, хромом. ПДК нефтепродуктов для воды рыбохозяйственных водоемов соответствует
0,05 мг/л, ПДК для почвы - 300 мг/кг [1], концентрация сульфидов в воде после очистки на кожевенном производстве должна соответствовать ПДК - 1,5 мг/л [2].
Одним из перспективных методов восстановления экологически неблагополучных почв является их фиторемедиация. Положительная роль растений в очищении почв связана с их способностью поглощать и трансформировать химические токсиканты, активировать деятельность микробного сообщества почв и, как следствие, интенсифицировать биохимические и химические процессы удаления чужеродных соединений. Показателем степени токсичности при биотестировании служит изменение выбранной функции тест-организма при его взаимодействии с пробой среды. В каче-
© Нефедова С. А., Коровушкин А. А., Доронкин Ю. В., Ионочкина Н. С., 2013
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 2 (18), 2013
Таблица - Ростовые показатели проростков пшеницы при различных уровнях нефтезагрязнения почвы
Концентрация нефтепродуктов в почве, г/кг Доля проросших семян, % Масса корней 25 проростков, г Масса побегов 25 проростков, г Длина побега проростка, мм Длина максимального корня проростка, мм
0 95,3±0,58 2,48±0,073 1,29±0,011 57,5±1,33 76,7±0,67
0,3 96,1±0,83 2,96±0,020 1,38±0,037 59,7±1,05 78,4±0,39
1,0 96,3±0,24 2,90±0,041 1,34±0,046 58,3±2,24 77,9±1,95
3,0 95,8±0,55 2,79±0,019 1,31±0,070 57,7±1,23 76,7±0,82
6,0 86,2±0,41* 1,13±0,06* 1,16±0,024* 50,2±1,86* 60,2±1,59*
9,0 80,0±0,95 0,97±0,001 0,82±0,004 24,3±1,43 54,6±0,43
12,0 73,4±1,83 0,51±0,048 0,67±0,053 36,7±2,66 50,9±1,22
15,0 70,2±0,41 0,32±0,001 0,60±0,007 33,5±1,71 47,6±1,60
Примечание: *- <0,05
стве таких организмов могут быть использованы животные, растения, грибы, микроорганизмы [4]. Таким образом, целью работы являлось установление закономерностей фиторемедиационной способности пшеницы и салата к различным уровням загрязнения почв.
Объекты и методы Исследования проводились в 2011-2013 гг. на базе агротехнологической опытной станции ФГБОУ ВПО РГАТУ. В работе использовались следующие культуры: салат обыкновенный (LactucasativaL.) и пшеница мягкая (TriticumaestivumL.). Изучение роста и биометрических показателей растений проводилось в условиях вегетационного опыта (почвенные культуры). Семена проращивались при температуре 20оС в термостате в течение трех дней, а затем высаживались в сосуды Мит-черлиха на 5 кг с экспериментальной почвой. Почва - дерново-подзолистая средне-суглинистая. В каждом сосуде в среднем выращивалось по 10 растений. Высота растений фиксировалась при помощи измерительной ленты. Анатомоморфологическую структуру листа и стебля анализировали под микроскопом МБР-1 с помощью окуляра-микрометра. Использовали почву со следующим уровнем загрязнения нефтепродуктами и отходами кожевенного производства:
0 г/кг; 0,3 г/кг; 1,0 г/кг; 3,0 г/кг; 6,0 г/кг; 9,0 г/ кг; 12,0 г/кг; 15,0 г/кг. Биометрическая обработка проводилась по общепринятым методикам с использованием стандартных программных пакетов Excel [8].
Результаты
Было выявлено, что доля проросших семян заметно уменьшалась, начиная с уровня нефтезагрязнения 6 г/кг почвы (таблица). Проведенные исследования влияния различного уровня нефтезагрязнения почвы на процессы прорастания семян пшеницы и салата позволяют говорить о маркерной амплитуде ответной реакции. При уровнях нефтезагрязнения почвы 3-6 г/кг проявилась позитивная ростовая реакция тест-объектов, а негативный ответ был при концентрациях нефтезагрязнения 6-15 г/кг почвы. Основной причиной угнетения процессов прорастания семян является образование на их поверхности и корнях проростков гидрофобной пленки. Зарегистрированный в экспериментах эффект стимуляции ростовых процессов при добавлении нефтепродуктов в малых количествах (до 6 г/кг) в почву можно объяснить тем, что нефтепродукты могут выступать в качестве ложного источника минеральных элементов.
При анализе фиторемедиационной способности пшеницы и салата в почвах, загрязненных
j/Ш
- _ - *■
л ^ -
Рис. - Прорастание салата в почвах до (справа) и после фиторемедиации почв (слева).
отходами кожевенного производства, нами была выявлена тенденция к закономерному уменьшению ростовых показателей растений. Присутствие экотоксикантов в почве в концентрациях от 0,3 до 3 г/кг не влияет на развитие растений. Биоиндика-ционную реакцию даёт площадь листьев главного побега. Проявление отрицательного воздействия отходов кожевенного производства при использовании концентрации от 9 г/кг и выше на потенциальную продуктивность растений отразилось на длине колоса пшеницы, величине его озерненно-сти, количестве побегов и высоте растений.
У растений салата при произрастании на почвах, содержащих примеси тяжелых металлов из отходов кожевенного производства и нефтепродуктов, заметным изменениям подвержено строение вегетативных органов. С этой целью у опытных экземпляров нами были изучены флаговые листья и расположенные под ними междоузлия растений салата, подвергшихся влиянию тяжелых металлов и нефтепродуктов. Отклонение составило 43,5% и 49,1% соответственно. Логично допустить, что нарастающее в онтогенезе отрицательное влияние отходов кожевенного производства на растения может быть обусловлено прогрессирующим повреждающим действием поллютанта.
На рисунке представлены результаты фито-ремедиационной способности салата к очистке почв на экологически неблагополучных почвах. В качестве фиторемедиационного объекта вполне можно использовать также пшеницу. Экспериментально показано, что при максимальной первоначальной концентрации поллютантов в почве, которая ранее использовалась для выращивания растений пшеницы в течение 40 суток, происходило снижение ингибирующего последействия экотоксикантов на показатели роста проростков пшеницы, в отличие от эксперимента, в котором поллютанты вносились непосредственно перед опытом с данной тест-культурой.
Заключение
Проведены исследования влияния различных концентраций нефтепродуктов и отходов кожевенного производства в почве на морфофизиологические показатели растений пшеницы и салата, выращиваемых различное время. Установлены уровни загрязнения нефтепродуктами, при которых происходит ингибирование физиологических процессов растений. Выявлены концентрации нефтепродуктов, при которых наблюдается стимуляция физиологических показателей растений. Установлены пороги чувствительности различных показателей растений к поллютанту. При увеличении интенсивности и длительности загрязнения почвы поллютантами происходило усиление ингибирования роста растений. При концентрации нефтепродуктов в почве 6 г/кг и выше для нефтепродуктов и 9 г/кг и выше для отходов кожевенного производства у четырехсуточных проростков снижались процессы прорастания семян и показатели роста растений, а при концентрациях экоток-
сикантов в почве от 0,3 до 6 г/кг был найден эффект стимуляции процессов прорастания семян растений, что необходимо учитывать при работе на экологически неблагополучных почвах.
Отрицательная реакция растений после 40-су-точного воздействия отходов кожевенного производства начиналась при уровне загрязнения почвы 3 г/кг и проявлялась в снижении площади листьев главного побега, сухой массы надземной части растений. Более высокие концентрации поллютанта в почве приводили к снижению толщины листа флага, содержания воды в надземной части биомассы, длины листовых пластинок, потенциальной хозяйственной продуктивности. Предварительное выращивание и удаление растений с целью фито-ремедиационного очищения среды, загрязненной нефтепродуктами или отходами кожевенного производства, снижает содержание экотоксикантов в почве, что необходимо использовать на экологически неблагополучных территориях.
Библиографический список
1. Бородулина Т.С., Полонский В.И. Последействие различных уровней нефтезагрязнения почвы на процессы прорастания пшеницы и салата // Вестник КрасГАУ. 2011. № 5. С. 33-38.
2. Будыкина Т.А., Яковлев С.В., Ханин А.Б. (2001). Коагулянты для очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника, Москва, № 10, с. 30-33.
3. Бышов Н.В Совершенствование сепарации клубнесодержащего вороха на различных этапах технологии уборки / Н.В. Бышов, Ю.В. Якунин, Н.Н. Якутин /// Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, № 1 (17).- Рязань, 2013.- С.49 - 51;
4. 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.
5. Клейменов, Э. В. Исследование возможности определения массовой доли белка в семенах / Э. В. Клейменов, М. Ю. Афанасьев// Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, № 1 (17).-Рязань, 2013.- С.12 - 15;
6. Левин, В.И. Каскадный эффект внутривидового дистанционного воздействия облученных семян растений на необлученные / В.И. Левин, С.А. Макарова // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, № 1 (17).- Рязань, 2013.- С.16 - 20;
7. Майорова Ж. С. Опыт применения гумата при откорме свиней / Ж. С. Майорова, Г. М. Туни-ков, Д. А. Эйвазов // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева, № 1 (17).- Рязань, 2013.-С.21 - 23;
8. Плохинский, Н.А. Математические методы в биологии / Н.А. Плохинский// М.: Изд-во Моск.ун-та. - 1978. - 266 с.
