CC BY
41
Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №15 УДК 632.122.2:665.61 +58.04
Б. Р. Григорьян, Т. Г. Кольцова, Л. М. Сунгатуллина, А. А. Андреева, В. И. Кулагина
ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ НЕФТЯНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, дерново-подзолистые почвы, пшеница, горох, фитотоксичность.
В лабораторных опытах изучено влияние различных концентраций нефтепродуктов в дерново-подзолистой супесчаной и суглинистой почвах сельскохозяйственного назначения на показатели прорастания и интенсивности роста семян пшеницы и гороха. Определены концентрации нефтепродуктов, не оказывающие фитотоксическое действие на высшие растения, а также приводящие к 50% снижению биомассы культурных растений.
Keywords: oil pollution, sod-podzolic soils, wheat, pea, phytotoxicity.
In laboratory experiments it was studied the influence of different concentrations of mineral oil in a sod-podzolic sandy loam and loamy soils agricultural purpose on the parameters of germination and growth rate of wheat and pea. It was determined the concentrations of mineral oil which have no phytotoxic effects on higher plants, and concentrations causing 50% reduction in biomass of crop plants.
Введение
Интенсификация техногенного развития неминуемо влечет за собой ухудшение состояния окружающей среды. В нефтедобывающих регионах почти неизбежно загрязнение почв углеводородным сырьем при добыче и транспортировке нефти. Поэтому расположение объектов нефтедобычи в регионах с высокой сельскохозяйственной освоенностью предполагает проведение
мероприятий по охране почв и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель, учитывая многие факторы, в частности, зональные, климатические особенности региона, плодородие, тип и гранулометрический состав почв, биологические особенности районированных сортов возделываемых культур и другие.
Известно, что фитопродуктивность является одним из основных диагностических показателей экологического состояния почв [1]. Параметры динамики линейного роста и накопления биомассы культур являются информативными и часто используемыми показателями степени загрязнения почвы углеводородами и устойчивости растений к негативным факторам [2, 3]. При этом, в экологическом контроле широко используются лабораторные методы фитотестирования, как наиболее экспрессные и экономичные [4].
Данная работа является продолжением ранее начатых исследований по изучению влияния нефтяного загрязнения на фитотоксичность различных типов почв агроценозов Республики Татарстан [5, 6].
Цель данной работы заключается в оценке фитотоксичности дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава, характерных для агроценозов Республики Татарстан, в условиях нефтяного загрязнения.
Экспериментальная часть
Лабораторно-вегетационные опыты по определению фитопродуктивности проводились в соответствии с ГОСТ Р ИСО 22030-2009 [7]. В качестве тест-объектов использованы два вида
растений: односемядольное растение - пшеница яровая (Triticum vulgare L.) сорта «Экада-97» и двусемядольное растение - горох посевной (Pisum sativum L.) сорта «Варис». Выбор указанных видов обусловлен высокой экономической значимостью данных культур для Республики Татарстан.
Постановка опытов осуществлялась в лабораторных условиях с искусственным освещением, создаваемым при помощи фитоламп с интенсивностью света 5000 Лк. Температура в лаборатории в течение всего эксперимента составляла 23-26°С. В качестве вегетационных сосудов использовались пластиковые емкости диаметром 11 см и объемом 550 мл.
Опыт по определению фитотоксичности почвы в зависимости от остаточного содержания нефти включал несколько вариантов с различными концентрациями нефтепродуктов, создаваемыми путем смешения контрольной и загрязненной нефтью почв. В качестве контроля также использовали незагрязненную нефтью почву (<0,05 г/кг нефти). В экспериментах с дерново-подзолистой суглинистой почвой испытуемые образцы содержали 2,1 г/кг, 3,9 г/кг, 8,6 г/кг, 13,3 г/кг нефтепродуктов (НП), с дерново-подзолистой супесчаной почвой - 1,7 г/кг, 3,3 г/кг, 7,4 г/кг, 8,7 г/кг. Определение суммарного содержания нефтепродуктов в почвах проводилось ИК-спектрометрическим методом на анализаторе КН-2м по ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 [8].
Пахотный горизонт контрольного варианта дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы сильногумусирован (содержание гумуса - 6,2%, по Тюрину), характеризуется кислой реакцией среды (значение актуальной кислотности - 5,16; обменной - 4,53), низкой обеспеченностью подвижным фосфором (4,0 мг/100 г, по Чирикову) и очень высокой - обменным калием (26,7 мг/100 г, по Чирикову), содержание общего азота составило 0,166%о, органического углерода - 3,6%. Параметры испытуемых нефтезагрязненных вариантов варьируют в следующих пределах: гранулометрический состав - от среднего до легкого
суглинка (содержание физической глины - от 29,0% до 22,2%), степень кислотности - от сильнокислых до среднекислых значений (от 5,29 до 5,67), содержание подвижного фосфора - низкое (от 4,0 до 4,5 мг/100 г), обменного калия - очень высокое (от 20,9 до 23,2 мг/100 г), общего азота - от 0,203 до 0,248%, органического углерода - от 4,1 до 5,0%.
Пахотный горизонт контрольного варианта дерново-подзолистой супесчаной почвы
сильногумусирован (содержание гумуса - 2,7%), характеризуется слабокислой реакцией среды (значение актуальной кислотности - 6,44; обменной - 6,27), повышенной обеспеченностью подвижным фосфором (10,9 мг/100 г) и высокой - обменным калием (16,3 мг/100 г), содержание общего азота составило 0,017%, органического углерода - 1,%. Параметры испытуемых нефтезагрязненных вариантов дерново-подзолистой супесчаной почвы варьируют в следующих пределах: гранулометрический состав - от супеси до связного песка (содержание физической глины - от 8,3% до 10,3%), степень кислотности - в диапазоне нейтральных значений (от 6,65 до 6,79), содержание подвижного фосфора - от среднего до повышенного (от 9,2 до 10,5 мг/100 г), обменного калия - высокое (15,1-16,3 мг/100 г), общего азота - от 0,074 до 0,100%, органического углерода - от 2,0 до 3,9%.
Почву для набивки пластиковых сосудов предварительно просушивали на воздухе и просеивали через сито с диаметром отверстий 4 мм, до использования хранили при температуре 4°С. В каждый сосуд помещали по 400г испытуемой почвы, приминая ее для усадки.
Семена используемых растений предварительно калибровали, откидывая пустые, очень мелкие, слишком крупные, уродливые и т.п. Лабораторная всхожесть семян превышала 95%. В каждый сосуд равномерно высаживали по 12 семян; глубина заделки для гороха - 20 мм, для пшеницы - 15 мм. Количество повторностей каждого варианта - 3. Полив растений производили по весу, таким образом, чтобы влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Для выравнивания условий освещения и нагревания местоположение вегетационных сосудов ежедневно меняли, причем варианты располагали рендомизированно.
После учета проросших семян число растений в каждом горшочке сокращали до 8. По истечении 2-х недель после появления всходов срезали 4 растения для учета биомассы. Еще через 28 дней, на 42-ой день после появления всходов, срезали оставшиеся 4 растения. Величину фитомассы (по сухому веществу) в каждом сосуде определяли после высушивания до постоянного веса при температуре 65°С с точностью до 0,0001 г.
Для оценки степени токсичности почвы помимо учета фитомассы, в первую неделю опыта определяли показатели прорастания семян (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания), на 4-7, 10, 14, 42 сутки - показатели интенсивности роста семян (длина надземного побега) [9]. Всхожесть семян
рассчитывали как число проросших семян, выраженное в процентах от общего количества семян, взятых для проращивания. Энергию прорастания вычисляли как число семян, проросших за первые трое суток, выраженное в процентах от общего количества семян, взятых для проращивания. Дружность прорастания (средний процент семян, проросших за один день прорастания) - отношение полной всхожести семян к числу дней прорастания. Скорость прорастания (сумма средних чисел семян, прорастающих ежедневно) рассчитывали по формуле: С = а+б/2+в/3+г/4+ ..., где С - скорость прорастания; а - число семян, проросших за первые сутки; б -число семян, проросших за вторые сутки; в - число семян, проросших за третьи сутки; г - число семян, проросших за четвертые сутки и т.д. Среднюю длину побегов тест-культур в каждом сосуде определяли как отношение суммы длин побегов всех проросших семян к общему количеству семян, взятых для проращивания.
Статистическая обработка данных проводились с помощью стандартных пакетов Microsoft Exel 2013 и Statistica 10. Корреляционный анализ данных проводили с использованием коэффициентов корреляции Пирсона (r), достоверность различий между значениями оценивали по t-критерию Стьюдента (p<0,05).
Результаты и их обсуждение
Проведенные эксперименты позволили выявить угнетение всхожести семян тест-культур в исследуемых вариантах дерново-подзолистой суглинистой и супесчаной почв, в наибольшей степени выраженное на горохе.
Значительное снижение всхожести семян гороха в нефтезагрязненных вариантах дерново-подзолистой суглинистой почвы по сравнению с контролем отмечается на 3 сутки и составляет 43,19% при содержании поллютанта в количестве 2,1 г/кг, 22,73% - при концентрации нефти 3,9 г/кг, 70,46% - при 8,6 г/кг и 77,28% - при 13,3 г/кг. Установлена сильная отрицательная
корреляционная зависимость между энергией прорастания семян гороха (r= -0,89, p=0,04) и концентрацией нефтепродуктов в опытных вариантах дерново-подзолистой суглинистой почвы, а также всхожестью семян гороха на 4 сутки (r= -0,93, p=0,021), 5 сутки (r= -0,91, p=0,033) и содержанием поллютанта в данном типе почвы. Наибольшее угнетение всхожести семян пшеницы по сравнению с контролем зарегистрировано также на 3 сутки и составляет 3,03% при концентрации нефтепродуктов 2,1 г/кг, 33,34% - при 3,9 г/кг, 18,18% - при 8,6 г/кг и 21,21% - при 13,30 г/кг. На 7 сутки показатели всхожести семян тест-культур в нефтезагрязненных вариантах дерново- подзолистой суглинистой почвы близки к контрольным значениям и варьируют в диапазоне от 93,75% до 100% для семян гороха и 75,0-85,42% для семян пшеницы.
Схожие результаты по всхожести семян тест-культур получены на загрязненных
нефтепродуктами вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы. Снижение энергии прорастания семян гороха по сравнению с контролем составляет 61,12% при содержании поллютанта в количестве 1,7 г/кг, 55,56% - при 3,3 г/кг, 83,34% - при 7,4 г/кг и 100% - при 8,7 г/кг. Значимое снижение всхожести семян пшеницы по сравнению с контрольным вариантом также отмечено на 3 сутки и составляет 63,99% при концентрации нефтепродуктов 1,7 г/кг, 79,99% - при 3,3 г/кг, 84,00% - при 7,4 г/кг и 91,99% - при 8,7 г/кг. Начиная с 4 суток, всхожесть семян тест-культур на нефтезагрязненных вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы начинает приближаться к контрольным значениям и на 7 сутки варьирует в диапазоне от 38,89% до 83,33% для семян гороха и 52,78-86,11% для семян пшеницы. Выявлена сильная отрицательная корреляционная зависимость между энергией прорастания семян гороха (г= -0,90, р=0,037) и количеством нефтепродуктов в исследуемых вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы, а также всхожестью семян гороха на 4 сутки (г= -0,88, р=0,049) и содержанием поллютанта в данном типе почвы. Статистически достоверной корреляционной зависимости между степенью загрязнения нефтью дерново-подзолистой суглинистой и супесчаной почв в экспериментальных вариантах и всхожестью семян пшеницы не зафиксировано.
Значения дружности и скорости прорастания семян тест-культур на нефтезагрязненных вариантах дерново-подзолистой суглинистой почвы согласуются с полученными результатами по всхожести семян. Угнетение дружности прорастания семян пшеницы, выявленное на 3 сутки, сменяется некоторой стимуляцией дружности и скорости прорастания семян пшеницы на нефтезагрязненных вариантах на 7 сутки (табл. 1). Стимулирующее действие на прорастание семян вызвано, скорее всего, входящими в состав нефти минеральными элементами. Аналогичные результаты получены Т.С. Бородулиной и В.И. Полонским при исследовании влияния нефтезагрязнения почвы на прорастание семян пшеницы и салата [10]. Установлено угнетающее влияние нефтепродуктов в дерново-подзолистой суглинистой почве в количестве 2,1 г/кг, 3,9 г/кг, 8,6 г/кг, 13,3 г/кг, при котором происходит снижение скорости прорастания семян гороха в 1,18, 1,08, 1,34 и 1,56 раза соответственно, а также дружности прорастания семян гороха на 3 сутки соответственно в 1,8, 1,3, 3,4 и 4,4 раза (табл. 1). Установлено достоверно значимое снижение дружности прорастания семян гороха на 3 сутки (г= -0,89, р=0,040) и скорости прорастания семян гороха за первые 7 суток (г= -0,94, р=0,015) с увеличением содержания поллютанта в дерново-подзолистой суглинистой почве.
Полученные данные по дружности и скорости прорастания семян тест-культур в исследуемых вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы также отражают результаты по всхожести семян. Отрицательное влияние нефти на показатели
прорастания семян пшеницы в наибольшей мере прослеживается при концентрациях поллютанта 3,3 г/кг, 7,4 г/кг и 8,7 г/кг, характеризующиеся наименьшими значениями дружности и скорости прорастания семян пшеницы (табл. 1). Выявлено, что присутствие в дерново-подзолистой супесчаной почве нефтепродуктов в количестве 1,7 г/кг, 3,3 г/кг, 7,4 г/кг и 8,7 г/кг приводит к снижению скорости прорастания семян гороха в 1,43, 1,15, 1,58 и 3,75 раза соответственно, а также дружности прорастания семян гороха на 3 сутки соответственно в 2,57, 2,25, 5,99 раза и 100% (табл. 1). Выявлено, что с повышением уровня нефтяного загрязнения дерново-подзолистой супесчаной почвы наблюдается достоверное снижение дружности прорастания семян гороха на 3 сутки (г= -0,90, р=0,037).
Таблица 1 - Дружность и скорость прорастания семян пшеницы и гороха при разных уровнях нефтезагрязнения дерново-подзолистой
суглинистой и супесчаной почв
Тип почвы НП, г/кг Дружность прорастания, % в день Скорость прорастания, число семян в день
3 сутки 7 сутки
Дерново-подзолистая суглинистая пшеница
<0,05 22,92 10,71 2,9
2,1 22,22 11,90 3,1
3,9 15,28 10,71 2,7
8,6 18,75 11,61 3,0
13,3 18,06 12,20 3,0
горох
<0,05 30,56 13,99 3,9
2,1 17,36 13,99 3,3
3,9 23,61 14,29 3,6
8,6 9,03 13,99 2,9
13,3 6,94 13,39 2,5
Дерново-подзолистая супесчаная пшеница
<0,05 23,15 11,11 3,0
1,7 8,33 12,30 2,8
3,3 4,63 8,33 1,8
7,4 3,70 9,13 2,0
8,7 1,85 7,54 1,3
горох
<0,05 16,67 12,30 3,0
1,7 6,48 9,52 2,1
3,3 7,41 11,90 2,6
7,4 2,78 9,52 1,9
8,7 0 5,56 0,8
Считается, что отрицательное влияние нефти на прорастание семян растений вызвано токсическими фракциями нефти, приобретением почвы гидрофобных свойств [11, 12], а также сорбцией углеводородов нефти на поверхности семян растений, препятствуя тем самым поступлению в них воды. По мнению А.В. Назарова [13], всхожесть семян растений в нефтезагрязненной почве определяется, прежде всего, доступностью для них воды и кислорода, а не токсичностью нефти.
На протяжении эксперимента на дерново-подзолистой суглинистой и супесчаной почвах в подавляющем большинстве вариантов наблюдали угнетение роста исследуемых видов тест-растений (рис 1).
-контроль -2,1 г/кг 3,9 г/кг -8,6 г/кг 13,3 г/кг
3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 время, сутки
25
-контроль -2,1 г/кг 3,9 г/кг -8,6 г/кг 13,3 г/кг
3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 время, сутки
б
-контроль -1,7 г/кг 3,3 г/кг -7,4 г/кг 8,7 г/кг
3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 время, сутки
контроль -1,7 г/кг 3,3 г/кг -7,4 г/кг 8,7 г/кг
3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 время, сутки
Рис. 1- Динамика роста растений пшеницы (а, в) и гороха (б, г) на дерново-подзолистой суглинистой (а, б) и супесчаной (в, г) почвах при разных концентрациях нефтепродуктов
Согласно ^критерию Стьюдента, содержание нефти в дерново-подзолистой суглинистой почве в количестве 2,1 г/кг, 3,9 г/кг, 8,6 г/кг, 13,3 г/кг приводит к достоверно значимому снижению длины надземного побега пшеницы соответственно на 35,84%, 42,62%, 45,08%, 46,62% на 3 сутки, 26,81%, 40,52%, 41,34%, 43,55% на 4 сутки, 17,65%, 28,28%, 28,96%, 38,33% на 5 сутки, 14,45%, 21,36%, 25,28%, 31,14% на 6 сутки, 17,03%, 23,48%, 36,0%, 42,14% на 14 сутки, 13,66%, 18,77%, 35,0%, 41,11% на 42 сутки, а также 15,69%, 21,55%, 28,69% на 7 сутки и 11,50%, 18,58%, 23,21% на 10 сутки при концентрациях нефти 3,9 г/кг, 8,6г/кг и 13,3 г/кг. Проведенный корреляционный анализ позволил выявить сильную отрицательную зависимость между высотой побегов пшеницы на 6 сутки (г= -0,89, р=0,038), 7 сутки (г= -0,96, р=0,009), 10 стуки (г= -0,96, р=0,008), 14 сутки (г= -0,94, р=0,015), 42 сутки (г= -0,96, р=0,006) и концентрацией нефтепродуктов в исследуемых вариантах дерново-подзолистой суглинистой почвы.
Установлено статистически достоверное снижение роста побегов гороха при содержании поллютанта в дерново-подзолистой суглинистой почве в количестве 2,1 г/кг, 3,9 г/кг, 8,6 г/кг, 13,3 г/кг соответственно на 29,49%«, 27,84%, 53,91%«, 59,97%« на 5 сутки, 26,44%, 25,96%, 52,41%, 58,66% на 6 сутки, 24,32%, 25,55%, 50,46%, 61,33% на 7 сутки, 12,86%, 18,46%, 38,63%, 46,0% на 10 сутки, 8,56%, 14,71%, 27,52%, 30,41% на 14 сутки, 23,38%, 34,37%, 50,44%, 52,57% на 42 сутки, а также 22,92%, 26,38%, 34,70% на 3 сутки и 22,83%, 44,57%, 38,59% на 4 сутки при содержании поллютанта от 3,9 г/кг до 13,3 г/кг. Обнаружена сильная отрицательная корреляционная зависимость между длиной побегов гороха на 3 сутки (г= -0,92, р=0,023), 5 сутки (г= -0,93, р=0,022), 6 сутки (г= -0,94, р=0,016), 7 сутки (г= -0,96, р=0,008), 10 сутки (г= -0,97, р=0,004), 14 сутки (г= -0,96, р=0,009), 42 сутки (г= -0,90, р=0,035) и степенью загрязнения нефтью дерново-подзолистой суглинистой почвы.
В нефтезагрязненных вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы также зарегистрировано ингибирование роста побегов тест-культур. В соответствии с ^критерием Стьюдента содержание нефти в количестве 1,7 г/кг, 3,3 г/кг, 7,4 г/кг, 8,7 г/кг вызывает значимое снижение линейного роста побегов пшеницы соответственно на 57,46%, 64,20%, 76,64%, 73,16% на 4 сутки, 51,07%, 57,63%, 65,82%, 80,22% на 5 сутки, 46,90%, 53,87%, 61,63%, 76,72% на 6 сутки, 44,15%, 56,31%, 59,15%, 68,30% на 7 сутки, 28,10%, 34,15%, 41,23%, 44,30% на 10 сутки, 22,14%, 26,84%, 36,77%, 30,97% на 14 сутки, 27,06%, 23,89%, 33,07%, 33,33% на 42 сутки и 56,80%, 91,0%, 85,15% на 3 сутки при концентрации поллютанта от 3,3 г/кг до 8,7 г/кг. Выявлена сильная отрицательная корреляционная зависимость между длиной побегов пшеницы на 3 сутки (г= -0,96, р=0,010) и концентрацией нефтепродуктов в исследуемых вариантах дерново-подзолистой супесчаной почвы.
а
в
Достоверно значимая задержка роста побегов гороха в присутствии нефти в количестве 1,7 г/кг, 3,3 г/кг, 7,4 г/кг, 8,7 г/кг в дерново-подзолистой супесчаной почве составила соответственно 35,61%, 29,97%, 48,49%, 95,71% на 4 сутки, 21,93%, 16,72%, 39,54%, 70,65% на 5 сутки, 21,56%, 35,40%, 43,27%, 70,15% на 6 сутки, 26,72%, 43,12%, 44,89%, 72,08% на 7 сутки, 32,25%, 41,79%, 43,35%, 76,10% на 10 сутки, 9,32%, 16,14%, 23,57%, 28,89% на 14 сутки, 33,86%, 42,26%, 45,20%, 51,05% на 42 сутки и 60,71%, 100% на 3 сутки при концентрациях 3,3 г/кг и 8,7 г/кг. Зафиксирована сильная отрицательная корреляционная зависимость между высотой побегов гороха на 3 сутки (г= -0,88, р=0,045), 4 сутки (г= -0,89, р=0,039), 5 сутки (г= -0,93, р=0,021), 6 сутки (г= -0,94, р=0,016), 7 сутки (г= -0,91, р=0,031), 10 сутки (г= -0,88, р=0,045), 14 сутки (г= -0,97, р=0,004) и уровнем содержания нефти в дерново-подзолистой супесчаной почве.
Имеются сведения о существенном снижении накопления биомассы растениями при загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами от 0,07% и выше [14, 15, 16, 17]. При загрязнении почвы нефтью наряду со снижением надземной биомассы исследователи наблюдали и уменьшение высоты растений [14, 18, 19]. С другой стороны, показано, что снижение биомассы растений при углеводородном загрязнении не всегда сопровождается снижением их линейного роста [17].
Наши данные по биомассе тест-растений (табл. 2) свидетельствуют о достоверно значимом снижении сырой и сухой массы проростков на 14 и 42 сутки при уровне нефтезагрязнения дерново-подзолистой суглинистой почвы от 2,1 г/кг до 13,3 г/кг включительно и согласуются с полученными результатами по длине побегов.
Установлена сильная отрицательная
корреляционная зависимость между сырой (г= -0,95, р=0,013), сухой (г= -0,92, р=0,025) биомассой надземной части пшеницы на 42 сутки и концентрацией нефтепродуктов в исследуемых вариантах дерново-подзолистой суглинистой почвы. Полученные результаты по сухой биомассе (табл. 2) послужили основой для выведения уравнения линейной регрессии, позволяющего рассчитать предельную концентрацию нефтепродуктов в почве (х), не проявляющую фитотоксическое действие на пшеницу (снижение урожайности сухой биомассы не превышает 20%), и определить концентрацию нефтепродуктов, снижающую урожайность пшеницы на 50% (ДК50). Уравнение линейной регрессии на 14 сутки имеет вид: у= -0,0118х+0,1156 ^2=0,89), на 42 сутки: у= -0,0226х+0,1596 ^2=0,93). Рассчитанное по результатам хронического лабораторного вегетационного опыта значение концентрации нефтепродуктов в дерново-подзолистой суглинистой почве, не проявляющей фитотоксическое действие (ДК20) на пшеницу, составило 2,34 г/кг на 14 сутки и 1,93 г/кг на 42 сутки, ДК50 при этом равно 5,09 г/кг и 3,85 г/кг соответственно.
Обнаружена сильная отрицательная
корреляционная зависимость между сырой
биомассой гороха на 14 сутки (г= -0,95, р=0,012), 42 сутки (г= -0,89, р=0,042), а также сухой биомассой проростков гороха на 14 сутки (г= -0,93, р=0,019) и уровнем содержания нефтепродуктов в дерново-подзолистой суглинистой почве.
Таблица 2 - Накопление биомассы (сырой и сухой) растениями пшеницы и гороха на дерново- подзолистой суглинистой и супесчаной почвах при разных уровнях нефтяного загрязнения
Тип почвы НП, г/кг Биомасса
сырая, г сухая, г
14 день 42 день 14 день 42 день
Дерново-подзолистая суглинистая пшеница
<0,05 1,03 1,17 0,111 0,145
2,1 0,77 0,82 0,085 0,104
3,9 0,67 0,70 0,079 0,097
8,6 0,47 0,29 0,063 0,058
13,3 0,47 0,22 0,063 0,055
горох
<0,05 3,51 4,77 0,338 0,479
2,1 3,12 3,26 0,284 0,327
3,9 2,51 2,47 0,225 0,263
8,6 2,00 1,55 0,180 0,179
13,3 1,76 1,45 0,158 0,176
Дерново-подзолистая супесчаная пшеница
<0,05 1,05 1,81 0,109 0,204
1,7 0,64 0,78 0,087 0,119
3,3 0,55 0,74 0,084 0,102
7,4 0,54 0,58 0,084 0,096
8,7 0,50 0,55 0,075 0,086
горох
<0,05 4,18 4,89 0,355 0,449
1,7 3,06 2,54 0,275 0,251
3,3 2,87 2,21 0,259 0,229
7,4 2,76 1,95 0,251 0,212
8,7 2,40 1,92 0,214 0,194
В соответствии с уравнением регрессии, имеющим вид у= -0,0464х+0,3762 ^2=0,97) на 14 сутки и у= -0,0754х+0,511 ^2=0,90) на 42 сутки, концентрация нефтепродуктов в дерново-подзолистой суглинистой почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на горох, составляет 2,28 г/кг на 14 сутки и 1,69 г/кг на 42 сутки, ДК50 принимает значения 4,46 г/кг и 3,60 г/кг соответственно. Данные предельные концентрации
нефти, рассчитанные для дерново-подзолистой суглинистой почвы, ниже аналогичных, определенных на основе опытных значений биомассы пшеницы.
Учитывая результаты по двум тест-культурам, максимальная концентрация нефтепродуктов в исследуемой дерново-подзолистой суглинистой почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК2о) на высшие растения, равна 1,69 г/кг (ориентировочно 1,7 г/кг). Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,6 г/кг.
Ингибирующее влияние нефтезагрязнения дерново-подзолистой супесчаной почвы на накопление биомассы тест-культурами проявляется на 14 и 42 сутки, начиная с концентрации поллютанта, составляющей 1,7 г/кг (табл. 2). Наибольшее статистически значимое снижение сырой биомассы пшеницы на 42 сутки зафиксировано в вариантах с содержанием нефтепродуктов 7,4 г/кг и 8,7 г/кг. Корреляционная зависимость между биомассой проростков тест-культур и уровнем содержания нефти в дерново-подзолистой супесчаной почве не выявлена.
Полученное по результатам хронического лабораторного вегетационного опыта уравнение линейной регрессии на 14 сутки для проростков пшеницы имеет вид: у= -0,0071х+0,1091 ^ =0,78), на 42 сутки: у= -0,0259х+0,1991 (R2=0,74). Рассчитанное по уравнению значение концентрации нефтепродуктов в дерново-подзолистой супесчаной почве, не проявляющей фитотоксическое действие (ДК20) на пшеницу, равно 3,08 г/кг на 14 сутки и 1,38 г/кг на 42 сутки, ДК50 при этом составило 7,69 г/кг и 3,75 г/кг соответственно.
Согласно уравнению регрессии, имеющему вид у= -0,0306х+0,3626 ^2=0,86) на 14 сутки и у= -0,0549х+0,4317 ^2=0,70) на 42 сутки, концентрация нефтепродуктов в дерново-подзолистой супесчаной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на горох, составляет 2,57 г/кг на 14 сутки и 1,32 г/кг на 42 сутки, ДК50 соответственно имеет значения 6,05 г/кг и 3,77 г/кг.
Принимая во внимание полученные результаты по двум тест-культурам, максимальная концентрация нефтепродуктов в исследуемой дерново-подзолистой супесчаной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,32 г/кг (ориентировочно 1,3 г/кг). Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,75 г/кг (ориентировочно 3,8 г/кг).
Проведенные исследования влияния различного уровня нефтезагрязнения исследуемых типов почв на показатели прорастания и интенсивности роста семян пшеницы и гороха указывают на видоспецифичность данных тест-культур.
Выводы
Таким образом, результаты хронического лабораторного вегетационного опыта по оценке
фитотоксичности дерново-карбонатной суглинистой и супесчаной почв сельскохозяйственного назначения, характерных для Республики Татарстан, свидетельствуют о преимущественном угнетении энергии прорастания, дружности и скорости прорастания семян гороха, а также ингибировании и существенном снижении длины надземных побегов и биомассы проростков пшеницы и гороха при нефтяном загрязнении данных почв.
Установлено, что концентрация нефтепродуктов в дерново-подзолистой суглинистой почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,7 г/кг. Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,6 г/кг.
Выявлено, что концентрация нефтепродуктов в дерново-подзолистой супесчаной почве, не оказывающая фитотоксическое действие (ДК20) на высшие растения, равна 1,3 г/кг. Концентрация нефтепродуктов, приводящая к 50% снижению урожайности (ДК50) культурных растений составляет 3,8 г/кг.
Литература
1. В.И. Титова, Е.В. Дабахова, М.В. Дабахов, Рекомендации по оценке экологического состояния почв как компонента окружающей среды. ВВАГС, Н. Новгород, 2004. 68 с.
2. Н.А. Киреева, М.Д. Бакаева, Е.М. Тарасенко, Н.Ф. Галимзянова, Агрохимия, 2, 50-55 (2003).
3. Н.А. Киреева, Г.Г. Кузяхметов, А.М. Мифтахова, В.В. Водопьянов, Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв. Гилем, Уфа, 2003. 266 с.
4. О.В. Лисовицкая, В.А. Терехова, Доклады по экологическому почвоведению, 13, 1, 1-18 (2010)
5. Т.Г. Кольцова, Л.М. Сунгатуллина, Б.Р. Григорьян, А.М. Петров, Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 261-268 (2014).
6. Кольцова Т.Г., Сунгатуллина Л.М., Григорьян Б.Р., Башкиров В.Н. Вестник Казанского технологического университета, 18, 1, 376-383 (2015).
7. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. «Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений»
8. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «МВИ Массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии»
9. К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков, Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. РГУ, Ростов н/Д, 2003. 216 с.
10. Т.С. Бородулина, В.И. Полонский В сб. Проблемы развития АПК Саяно-Алтая. Хакасское кн. изд-во, Абакан, Ч.2, 2009. С. 78-81.
11. И.И. Шилова, В сб. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. Наука, Москва, 1988. С. 159-168.
12. В.М. Невзоров, Известия вузов. Лесной журнал, 2, 164-165 (1976).
13. Пат. РФ №2225086 С1. (2004).
14. Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Г.М. Салахова, Агрохимия, 1, 85-90 (2006).
15. Н.Л. Ларионова. Автореф. дисс. канд. биол. наук, Казан. гос. ун-т, Казань, 2005. 22 с.
16. K.-H. Baek, H.-S. Kim, H.-M. Oh, B.-D. Yoon, J. Kim, I.-S. Lee, J. Environ. Sci. Health - Part A Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng., 39, 9, 2465-2472 (2004).
17. E. Kaimi, T. Mukaidani, M. Tamaki, Plant Prod. Sci., 10, 2, 211-218 (2007).
18. E. Dominguez-Rosado, J. Pichtel, Environ. Eng. Sci., 21, 2, 169-180 (2004).
19. R. Brandt, N. Merkl, R. Schultze-Kraft, C. Infante, G. Broll, Int. J. Phytoremediation, 8, 4, 273-284 (2006).
© Б. Р. Григорьян - к.б.н., зав. лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ,[email protected]; Т.Г. Кольцова - к.б.н., старший научный сотрудник лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; Л. М. Сунгатуллина - старший научный сотрудник лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; А. А. Андреева - младший научный сотрудник лаб. Экологии почв Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]; В. И. Кулагина - к.б.н., старший научный сотрудник лаб. Биогеохимии Института проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected].
© B. R. Grigoryan, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory of Soil Ecology of Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; T. G. Koltsova, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Laboratory of Soil Ecology of Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; L. M. Sungatullina, Senior Researcher, Laboratory of Soil Ecology of Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; A. A. Andreeva, Junior Researcher, Laboratory of Soil Ecology of Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected]; V. I Kulagina, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Laboratory of Biogeochemistry of Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, [email protected].
