CC BY
121
УДК 581.5:632.122.2 + 631.466.1
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-12020
ФИТОТЕСТИРОВАНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ ФИТОТОЛЕРАНТНЫХ РАСТЕНИЙ
Г. Т. Талайбекова, магистрант,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
guljan9393@mail.ru,
К. А. Кожобаев, д. т. н., профессор,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
kojkanik@gmail.com,
Ж. К. Токпаева, магистр,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
j.tokpaeva@gmail.com,
Г. К. Эсенжанова, магистрант,
Институт естественных наук,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
ms.rapunsel@mail.ru,
Н. Э. Тотубаева, к. б. н., доцент,
Кыргызско-Турецкий университет «Манас»,
totubaevanurzat@gmail.com,
г. Бишкек, Кыргызская Республика
В работе приведены данные фитотестирования растений в нефтезагрязненной почве города Балыкчы. Изучены всхожесть, длина надземной и подземной частей тест-культур: кукурузы (Zea mays), овса обыкновенного (Avena sativa), гороха (Pisum), эспарцета (Onobrychis), подсолнечника (Helianthus), костра полевого (Bromus) и мятлика лугового (Poapratensis). Представленные результаты исследований выявили, что наиболее устойчивыми по критерию всхожести семян из предложенных растений к нефтяному загрязнению являются кукуруза, овес и горох, их всхожесть составила 88,3, 85, 67,86% соответственно. Установлено, что нефтезагрязнение оказывает как стимулирующее, так и ингибирующее действие на тест-параметры растений. Среди исследованных тест-культур корневая система овса обыкновенного подвергается наибольшему негативному токсическому воздействию. Выявлены толерантные растения к нефтяному загрязнению супесчаных почв, которые могут использоваться для проведения фиторекультивации.
The paper provides the data on plants phytotesting in the oil-contaminated soil in the town of Balykchy. The germination, length of the above-ground and underground parts of the test cultures: corn (Zeamays), common oats (Aven asativa), peas (Pisum), sainfoin (Onobrychis), sunflower (Helianthus), Bromus and meadow bluegrass (Poapraten sis) were studied. The presented research results revealed that corn, oats and peas are the most resistant to the criterion of seed germination from the proposed plants to oil pollution, their germination rate was 88.3, 85, 67.86 % respectively. It has been established that oil pollution has both a stimulating and inhibiting effect on the test parameters of plants. Among the studied test cultures, the root system of oats is exposed to the greatest negative toxic effects. Tolerant plants have been identified for oil pollution of sandy soils that can be used for phyto-cultivation.
Ключевые слова: фитотестирование тест-культур, нефтезагрязненная почва, Балыкчы.
Keywords: phytotesting test cultures, oil-polluted soil, the town of Balykchy.
Введение. Нефть и нефтепродукты являются одними из основных загрязнителей окружающей среды и представляют большую опасность для нормального функционирования почвенных экосистем. Загрязнение почв нефтепродуктами приводит к изменению их физико-химических свойств, а также к торможению интенсивности биологических процессов [1, 2].
В середине 1990-х годов из-за изношенности трубопроводов на территории нефтебазы в городе Балыкчы, по различным экспертным оценкам на грунт вылилось более 600 тонн нефтепродуктов [3]. По истечении тридцати лет почвенная экосистема все еще не восстановлена и до сих пор на загрязненном участке отсутствует какая-либо растительность. Известно, что нефть оказывает негативное действие на фото-синтезирующую деятельность растительного покрова, затрудняя поступление к растениям питательных веществ и влаги, в результате чего растения либо погибают, либо функционируют не в полной мере [4]. Многие ученые установили, что период восстановления растительности на почвах, при их сильной степени загрязнения нефтепродуктами, может составлять до 10—20 лет и более [5—7].
Многие исследователи для очистки почв предлагают применение растений путем подбора ее наиболее толерантных видов [8—10], так как высев растительности обеспечивает не только удаление загрязнителей, но также способствует созданию благоприятной экологической обстановки на месте загрязнения.
Цель нашей работы состояла в оценке влияния нефтяного загрязнения почв на рост и развитие растений — для изучения возможностей применения высших растений в качестве одного из звеньев технологической цепочки рекультивации почв.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования служила нефтезагрязненная почва города Балыкчы,
Рис. 1. Всхожесть кукурузы на 7-е и 14-е сутки
42°27'13.44"C северной широты, 76°12'12.91"B восточной долготы. Отбор проб был произведен методом «конверта» с глубины 0—15 см, фоновый образец был отобран на расстоянии 2000 м от объекта.
Для проведения фитотестирования были использованы семена растений: горчицы белой (Si-napisalba) ГОСТ 32592—2013, эспарцета (Ono-brychis) ГОСТ 32592—2013, чабера (Satureja) ГОСТ Р 52171—2003, гороха (Pisum) ГОСТ 32592—2013, люцерны (Medicago) ГОСТ 32592—2013, мятлика лугового (Poapratensis) ГОСТ 32592—2013, овса обыкновенного (Avena sativa) ГОСТ 32592—2013, подсолнечника (Helianthus) ГОСТ 32592—2013, кукурузы сахарной (Zea mays) ГОСТ 32592—2013 и костра (Bromus) ГОСТ 32592—2013. Эксперименты проводились в пластиковых контейнерах размером 20 х 14 х 5 см. В контейнеры высеивались по 20 семян каждого растения. Все исследования проводились в 3-кратной повторности. В ходе эксперимента определялись такие параметры, как всхожесть (%), длина ростка и корня (мм). Всхожесть была рассчитана по формуле:
Вс = 100 - (П - (Т х К)),
где Вс — всхожесть семян (%), П — количество пораженных семян (%), Т — количество травмированных семян (%), К — поправочный коэффициент.
При статистической обработке рассчитывали средние арифметические значения и стандартные отклонения признаков, а для построения графиков использовали программу Excel из пакета программ Microsoft Office.
Результаты и обсуждения. Содержание нефтепродуктов в исследованной почве составило 7067,5 мг/кг, в фоновом образце почвы 60 мг/кг.
Из десяти исследованных растений три вида растений: чабер, люцерна и горчица не взошли не только в нефтезагрязненном грунте, но также и в фоновом образце. Возможно, для данных растений не характерно произрастание в супесчаных почвах города Балыкчы. Первые проростки растений появились на 4—7-е сутки (рис. 1).
Высокая всхожесть произрастания наблюдалась у кукурузы (88,3 %) и овса (85 %). Остальные виды растений по всхожести расположились в следующем порядке: горох (67,86 %) > эспарцет > (55 %) > подсолнечник (45 %) > костер (38,3) > мятлик луговой (21,7 %) (рис. 2). Стимулирующий эффект нефтяного загрязнения на всхожесть, по сравнению с фоновыми показателями, проявился у эспарцета, мятлика лугового, кукурузы и подсолнечника.
В результате исследований установлено, что наиболее чувствительным к нефтяному загрязнению является корневая система овса, так в
85 88,3
1 ЕЕЗ
Ш1
Ш 1
Рис. 2. Всхожесть тест-культур на 21-е сутки, % (НП — нефтезагрязненная почва)
х о р. о и
Длина корня, мм
Длина стебля, мм
о Длина корня, мм
" Длина стебля, мм
О
Р.
8
о &
Длина корня, мм
Длина стебля, мм
ы >й ® 9
ч И
и №
* а
о а
о я
ч
о
В_
Длина корня, мм
Длина стебля, мм
Длина корня, мм
Длина стебля, мм
□ НП ■ Ф
р Длрша корня, мм
¡у Длина стебля, мм
т
Длина корня, мм
5
Длина стебля, мм
20 40
60
80 100 120
140
Рис. 3. Средние отношения длины корня к длине побега тест-культур
загрязненной почве длина корня составила 1,94 ± 0,93 см, в то время как в фоновой почве ее длина составила 7,17 ± 2,98 см. Наибольший стимулирующий эффект на рост надземной части отмечен у кукурузы (12,4 ± 3,61 см). Небольшое стимулирование на рост надземной части установлено у эспарцета и подсолнечника (табл. 1). Стимулирование прорастания семян вызвано ско-
рее всего входящими в состав нефти минеральными элементами. Рост стимулирующих свойств нефти на прорастание семян был также отмечен и другими авторами [11, 12]. У костра полевого, мятлика лугового и кукурузы установлено небольшое угнетение в росте корня.
В исследуемой почве у мятлика лугового и костра отмечен наименьший рост корня в срав-
Тест-культуры Длина корня, см Длина стебля, см
НП Фон НП Фон
Эспарцет 1,79 ± 0,93 0,69 ± 0,58 4,43 ± 2,52 3,64 ± 1,6
Горох 3,05 ± 1,58 2,46 ± 1,4 8,29 ± 1,98 8,55 ± 2,63
Овес 1,94 ± 0,93 7,17 ± 2,98 10,05 ± 3,78 11,48 ± 3,79
Кукуруза 6,42 ± 2,25 7,72 ± 3,97 12,4 ± 3,61 5,92 ± 2,48
Подсолнечник 3,18 ± 1,89 2,21 ± 1,33 5,69 ± 1,45 4,78 ± 1,97
Мятлик луговой 0,56 ± 0,27 1,96 ± 0,55 3,23 ± 1,42 3,01 ± 0,85
Костер 0,53 ± 0,32 3,41 ± 1,68 4,06 ± 1,28 5,83 ± 1,75
Параметры тест-культур
нении с фоновыми показателями, что обусловливает их корневую систему чувствительной к нефтяному загрязнению (рис. 3).
Как видно из рис. 3, однодольные и двудольные растения не различаются превышением длины корня к длине побега проростков. Однако наиболее адекватную оценку фитотоксичности почв дали однодольные растения — овес обыкновенный, мятлик луговой, костер и кукуруза.
Выводы. Проведенные исследования позволили определить, что тест-культуры использованных растений по-разному реагируют на нефтяное
загрязнение. Стимулирующий эффект на надземную часть культуры выявлен у кукурузы, у овса обыкновенного отмечается ингибирование корневой системы. Наиболее толерантными к загрязнению почвы нефтепродуктами оказались такие культуры, как кукуруза, овес, горох и эспарцет, их всхожесть составила 88,3, 85, 67,86, 55 % соответственно. Это свидетельствует о том, что данные виды могут использоваться в проведении фиторекультивации супесчаной почвы в случае умеренной степени ее загрязнения нефтепродуктами.
Библиографический список
1. Королев В. А. Очистка грунтов от загрязнений // МИАИ «Наука/Интерпериодика» 2001, Москва, 369 с.
2. Демидиенко А. Я., Демурджан В. М., Шеянова А. Д. Изучение питательного режима почв, загрязненных нефтью // Агрохимия. - 1983. - № 9. - С. 100-103.
3. Отчет о состоянии окружающей среды в Кыргызской Республике. — Б. — 2000. — 193 с.
4. Алехин В. Г., Емцев В. Т., Рогозина Е. А., Фахрутдинов А. И. // Биологическая активность и микробиологическая рекультивация почв, загрязненных нефтепродуктами / Биологические ресурсы и природопользование: сб. науч. трудов. Нижневартовск: Изд-во Нижневартовского пед. ин-та, 1998. Вып. 2. С. 95—105.
5. Пиковский Ю. И., Геннадиев А. Н., Чернянский С. С. и др. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Почвоведение. 2003. № 9. С. 1132—1140.
6. Алиев С. А. Влияние загрязнения нефтяным органическим веществом на активность биологических процессов почв / С. А. Алиев, Д. А. Гаджиев // Изв. АН АзССР Сер. биол. наук. — 1977. — № 2. — С. 46.
7. Суслонов А. В., Назаров А. В., Светланова Т. Н., Боронникова С. В. Разработка новых подходов оценки морфологической и генетической изменчивости растений при нефтяном загрязнении почв // Сборник материалов Второй Международной конференции «Наука и бизнес: пути развития». Тамбов, 2010. С. 8—11.
8. Логинов О. Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений. Уфа: «Реактив», 2000. — 100 с.
9. Чалая О. Я., Зуева И. Я., Лифгииц С. X. // Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Справочник. М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2003. 258 с.
10. Физиология и биохимия покоя и прорастания семян / Под ред. М. Г. Николаевой и Н. В. Обручевой с предисл. М. Г. Николаевой. — М.: Колос, 1982. — 495 с.
11. Швец А. А. Фиторемедиация почв / А. А. Швец // Ломоносов — 2007: материалы XIV Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.
12. Швец А. А. Оценка биологического потенциала полевых культур в качестве фитомелиорантов нефтезагрязненных почв / А. А. Швец, В. С. Белоусов // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы 8-ой региональной науч.-практ. конф. молодых ученых / КубГАУ. — Краснодар, 2006. — С. 129—130.
PHYTOTESTING OF OIL-CONTAMINATED SOILS USING PHYTOTOLERANT PLANTS
G. T. Talaibekova, Master student, Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, guljan9393@mail.ru;
K. A. Kozhobaev, Ph. D. (Engineering), Dr. Habil., Professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, kojkanik@gmail.com;
J. K. Tokpaieva, M. Sc. (Biology), Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, j.tokpaeva@gmail.com;
G. K. Esenzhanova, Master student, Institute of Natural Sciences, Kyrgyz-Turkish Manas University, ms.rapunsel@mail.ru;
N. E. Totubaeva, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, totubaevanurzat@gmail.com,
Bishkek, Kyrgyz Republic
References
1. Korolev V. A. Ochistka pochvy ot zagryazneniya. [Cleaning the soil from pollution]. Moscow, MAIK Nauka. Interperiodica, 2001. P. 40-50. (in Russian)
2. Alekhin V. G., Yemtsev V. T., Rogozina Ye. A., Fakhrutdinov A. I. Biologicheskaya aktivnost' i mikrobiologicheskaya rekul'ti-vatsiya pochv, zagryaznennykh nefteproduktami. [Biological activity and microbiological recultivation of soils contaminated with petroleum products]. Biologicheskiye resursy i prirodopol'zovaniye: sb. nauch. trudov. Nizhnevartovsk: Izd. Nizhnevar-tovskogo ped.in. 1998. P. 95—105. (in Russian)
3. Otchet o sostoyanii okrujayshey sredi v Kirgizskoy Respyblike, B. 2000, P. 193.
4. Alekhin V. G., Yemtsev V. T., Rogozina Ye. A., Fakhrutdinov A. I. Biologicheskaya aktivnost' i mikrobiologicheskaya rekul'ti-vatsiya pochv, zagryaznennykh nefteproduktami. [Biological activity and microbiological recultivation of soils contaminated with petroleum products. Biological resources and environmental management: Sat. scientific works]. Biologicheskiye resursy iprirodopol'zovaniye: sb. nauch. trudov. Nizhnevartovsk: Izd-vo Nizhnevartovskogo ped. in. 1998. Vol. 2. P. 95—105. (in Russian)
5. Pikovsky Yu. I., Gennadiev A. N., Chernyansky S. S. et al. Problema diagnostiki i normirovaniya zagryazneniya pochv neft'yu i nefteproduktami. Pochvovedeniye. [The problem of diagnostics and rationing of soil pollution by oil and oil products. Soil science]. 2003. No. 9. P. 1132—1140. (in Russian)
6. Aliyev S. A. Vliyaniye zagryazneniya neftyanym organicheskim veshchestvom na aktivnost' biologicheskikh protsessov pochv. [The effect of pollution with oil organic matter on the activity of the biological processes of the soil]. 1977. No. 2. P. 46. (in Russian)
7. Suslonov A. B., Nazarov A. B., Svetlanova T. N., Boronnikova C. B. Razrabotka novykh podkhodov otsenki morfologicheskoy i geneticheskoy izmenchivosti rasteniy pri neftyanom zagryaznenii pochv. Sbornik materialov Vtoroy Mezhdunarodnaya kon-ferentsiya "Nauka i biznes: puti razvitiya" [Development of new approaches for assessing the morphological and genetic variability of plants during oil pollution of the soil. The collection of papers of The Second International Conference "Science and Business: ways of development".]. Tambov, 2010. P. 8—11. (in Russian)
8. Loginov O. Biotekhnologicheskiye metody ochistki okruzhayushchey sredy ot tekhnogennykh zagryazneniy. Ufa: "Reaktiv" [Biotechnological methods for cleaning the environment from man-made pollution]. Ufa, "Reagent", 2000. P. 100. (in Russian)
9. Chalaya O. Ya., Zueva I. Ya., Lifgiyts S. X. Tekhnologii vosstanovleniya pochv, zagryaznennykh neft'yu i nefteproduktami. Spravochnik. [Technologies for the restoration of soils contaminated with oil and oil products. Reference Book]. Moscow, REFIA, NIA. Priroda, 2003. P. 258.
10. Nikolaeva M. G. Fiziologiya i biokhimiya pokoya i prorastaniya semyan. Red. Obruchevoy s predisl. M. G. Nikolayevoy. [Physiology and biochemistry of rest and seed germination. Ed. by M. G. Nikolaeva, forewords by N. V. Obrucheva]. Moscow, Kolos, 1982. P. 495. (in Russian)
11. Shvets A. A. Fitoremediatsiya pochv. Materialy XIV Mezhdunar. konf. studentov, aspirantov i molodykh uchenykh. [Soil phy-toremediation. Proceedings of the XIV Intern. conf. students, graduate students and young scientists Lomonosov 2007]. Moscow, 2007. P. 100. (in Russian)
12. Shvets A. A. Otsenka biologicheskogo potentsiala polevykh kul'tur v kachestve fitomeliorantov neftezagryaznennykh pochv. A. A. Shvets, V. S. Belousov. Nauchnoye obespecheniye agropromyshlennogo kompleksa: materialy 8-oy regional'noy nauch.-prakt. konf. molodykh uchenykh / KubGAU. [Assessment of the biological potential of field crops as phytomeliorants of oil-contaminated soils] / A. A. Shvets, V. S. Belousov. Scientific support of the agro-industrial complex: proceedings of the 8th regional scientific-practical. conf. of young scientists / KubGAU, Krasnodar, 2006. P. 129—130. (in Russian).
