CC BY
25
УДК 622.235.213
Собенин Артём Вячеславович
инженер-исследователь, Институт горного дела УрО РАН, 620075 г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58 e-mail: arsob@,yandex.ru
Шеломенцев Иван Глебович
инженер-исследователь, Институт горного дела УрО РАН е-mail: gopi0@list.ru
Шаихова Дарья Рамильевна
магистрант,
Уральский Федеральный Университет, 620026, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 48 e-mail: darya.boo@mail.ru
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ RAPHANUS SATIVUS НА ТЕХНОГЕННОМ СУБСТРАТЕ
DOI: 10.18454/2313-1586.2017.02.127
SobeninArtyomV.
engineer-researcher,
The Institute of Mining UB RAS,
620075, Yekaterinburg, 58 Mamin-Sibiryak st.
е-mail: arsob@yandex.ru
Shelomentsev Ivan G.
engineer-researcher,
The Institute of Mining UB RAS
e-mail: gopi0@list.ru
Shaikhova Daria R.
magistrant,
The Ural Federal University 620026, Yekaterinburg, 48 Kuibishev st. e-mail: darya.boo@mail.ru
RAPHANUS SATIVUS DEVELOPMENT FEATURES IN TECH-NOGENOUS SUBSTRATE
Аннотация:
В данной статье были рассмотрены морфометрические показатели Raphanus Sativus, выращеных на различных субстратах. Определено содержание тяжелых металлов в субстратах и растениях, сделаны выводы об использовании данного вида в рекультивации отвалов, а также даны рекомендации по условиям ее проведения.
Ключевые слова: Raphanus sativus, почвенное дыхание, техногенное загрязнение, морфометрия, тяжелые металлы
Abstract:
Morphological parameters of radish grown in various substrates were considered in the article. Content of heavy metals in substrates and plants was defined and conclusions on application this kind of dump recultivation were made. Recommendations are also given on the conditions of this procedure carrying out.
Key words: Raphanus Sativus, soil respiration, tech-nogenous pollution, morphometry, heavy metals
Введение
Быстрый рост городов и развитие промышленности приводят к существенным, а зачастую и к необратимым изменениям ландшафта. Золоотвалы тепловых электростанций как одна из форм антропогенного нарушения занимают большие территории и являются постоянным источником загрязнения воздуха и почвы. Восстановление растительности на этих территориях происходит крайне медленно. Техногенные почвогрунты существенно отличаются от зональных почв и представляют собой стерильный неоэкотоп, осваиваемый организмами «с нуля» [1, 2]. Решающие факторы для биологического освоения субстрата - физико-химические свойства породы, топографический профиль с вариантами рекультивации и климатические условия.
Для восстановления нарушенных площадей и предотвращения вредного влияния их на природную среду проводится рекультивация земель. Конечной целью биологической рекультивации является создание на поверхности отвалов продуктивных биогеоценозов преимущественно сельскохозяйственного и лесохозяйственного назначения или озеленение с целью санитарно-гигиенического оздоровления и создания зон отдыха.
Объектом данного исследования являлся вид Raphanus sativus (Редька посевная), выяснение особенностей развития данного растения на техногенном субстрате и перспективы его использования в технологиях рекультивации.
Материалы и методы
Исследования проводились с 29 июля по 19 сентября 2016 года на Научно-экспериментальной базе ИГД УрО РАН, д. Фомино, Сысертский р-н.
Семена опытных растений 29 июля были высеяны на экспериментальные грядки с тремя разными субстратами, обозначенными "Почва", "Почва:Зола(1:1)", "Зола" в трех повторностях. Субстратом для выращивания исследуемых растений была взята зола отвалов Верхнетагильской ГРЭС, расположенной в Свердловской области (восточный склон Среднего Урала, таежная зона, подзона южной тайги; 57°20'N и 59°56'Е).
В каждую грядку было высеяно по 50 семян. Растения поливали 1 раз в неделю. Эксперимент закончился 19 сентября, когда все растения были собраны, и по 20 образцов с каждой грядки были взяты на анализ морфометрических показателей и содержания тяжелых металлов. Также было определено содержание подвижных форм тяжелых металлов в кислотной вытяжке почвы (5-процентный раствор HNO3) и общее содержание тяжелых металлов в субстрате. Содержание тяжелых металлов определяли атомно-абсорб-ционным методом при помощи Spectr AA-240 FS (Varian Optical Spectr. Instrum, Australia). Минерализацию проб производили в концентрированной HNO3 при помощи лабораторной микроволновой системы MARS 5 (CEM, USA).
Для оценки и прогноза потенциала самовосстановления техноземов и техногенно-нарушенных почв с помощью газоанализатора ECOPROBE 5 (RS DYNAMICS, Switzerland) были измерены показатели содержания углекислого газа, метана и кислорода в субстрате. Эти данные являются показателем биологической активности и возможностей самовосстановления нарушенных экосистем [7]. Кислотность субстрата определялась согласно ГОСТу 26423-85 при помощи рН-метра HI 99121N (Hanna, Germany) (табл. 1).
Таблица 1
П оказатели содержания углекислого газа, метана и кислорода в исследуемом субстрате
№ площадки СО2, ppm О2, % CH4, ppm
Почва - 1 1043 17,87 173,4
Почва - 2 1258 17,84 171,8
Почва - 3 1093 17,83 190,0
Почва : Зола(1:1) - 1 1270 17,87 170,1
Почва : Зола(1:1) - 2 1126 17,89 158,0
Почва : Зола(1:1) - 3 1107 17,86 147,3
Зола - 1 648 17,89 101,4
Зола - 2 639 17,91 95,3
Зола - 3 682 17,91 108,6
Результаты и обсуждения
Зола каменных и бурых углей, складируемая в золоотвалы, является специфическим субстратом, обладающим рядом особенностей. По механическому составу зола представлена фракциями песка и пыли с большой примесью измельченного шлака. Для золы характерна низкая влагоемкость, слабая теплопроводность, щелочная реакция среды, следовые количества или полное отсутствие азота, недостаточное содержание калия и в некоторых случаях недостаточное содержание фосфора в доступной для растений форме [3]. В ходе анализа содержания тяжелых металлов в золе, почве и в смеси почвы и золы было установлено, что содержание тяжелых металлов во всех субстратах не превышает ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) [4]. Однако необходимо отметить, что содержание Си, Zn, №, Сг в золе значительно меньше, чем в почвенном субстрате (табл. 2). Высокую подвижность металлов в почвенном и почвенно-зольном субстрате можно объяснить низкими значениями рН, в то время как в золе наблюдается щелочная реакция среды.
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в используемых субстратах со стандартными ошибками среднего
Показатели Субстрат
Почва Почва : зола (1:1) Зола
рН 5,490аЬ ± 0,017 6,233аЬ ± 0,197 8,533аЬ ± 0,116
Водорастворимые формы, мкг/г Си 12,177а ± 0,610 12,050Ь ± 1,701 7,610аЬ ± 0,666
2п 40,550а ± 9,553 25,183Ь ± 5,016 9,917аЬ ± 1,351
N1 33,317аЬ ± 0,248 21,600аЬ ± 2,262 0,723аЬ ± 0,025
Сг 8,513аЬ ± 0,387 5,050аЬ ± 0,893 0,000аЬ ± 0,000
Валовое, мкг/г Си 40,800а ± 7,749 33,933Ь ± 4,499 21,600аЬ ± 1,442
2п 81,957аЬ ± 4,475 51,633а ± 15,535 23,773Ь ± 9,620
N1 58,200а ± 7,708 39,133Ь ± 11,993 4,400аЬ ± 3,651
Сг 46,233а ± 7,737 36,100Ь ± 3,736 0,000аЬ ± 0,000
Примечание: а,Ь - значения, имеющие статистически значимые различия при р<0,05
Содержание тяжелых металлов в растениях Raphanus sativus ни на одном опытном участке не превышало предельно допустимых концентраций (ПДК) [5], что говорит о том, что данный вид не накапливает Си и Zn в больших количествах и, следовательно, его можно использовать для рекультивации отвалов (рис. 1, 2).
0.6 0.5 0.4
£ 0.3
а 02
0.1
0.0
* т
Надземная часть Подземная часть
■ "ПОЧВА" ■ "ПОЧВА+ЗОЛА" ■ "ЗОЛА"
Рис. 1 - Содержание меди в ИарЬапш 8айуи8, выращенных на различных субстратах
со стандартной ошибкой среднего Примечание. * - значения, имеющие статистически значимые различия при р<0,05
Рис. 2 - Содержание цинка в Raphanus sativus, выращенных на различных субстратах
со стандартной ошибкой среднего
Примечание. *, а,Ь - значения, имеющие статистически значимые различия при р<0,05
В результате анализа морфометрических показателей было установлено, что у растений, произрастающих на золе, практически все они снижены в 2 - 3 раза по отношению к двум другим группам данного вида (табл. 3).
Таблица 3
Морфометрические показатели Raphanus Sativus, выращенных на различных субстратах со стандартными ошибками среднего
Показатели Субстрат
Почва Почва : зола (1:1) Зола
Масса подземной части, г Сырая 25,184а ± 24,800 21,507Ь ± 12,833 7,257аЬ ± 5,905
Сухая 1,250а ± 0,978 1,461Ь ± 0,768 0,451аЬ ± 0,298
Масса надземной части, г Сырая 27,081а ± 15,776 21,845Ь ± 8,786 7,805аЬ ± 3,361
Сухая 2,018а ± 1,288 1,659Ь ± 0,645 0,572аЬ ± 0,276
Общая сухая масса, г 3,269а ± 1,960 3,062Ь ± 1,195 1,023аЬ ± 0,503
Длина подземной части, см 14,6а ± 3,8 18,0аЬ ± 3,2 13,3Ь ± 2,7 Н
Длина надземной части, см 33,1а ± 6,6 30,7Ь ± 6,3 20,5аЬ ± 4,0 Н
Примечание: а,Ь - значения, имеющие статистически значимые различия при р<0,05
Однако жизнеспособность этого вида и на данном субстрате является высокой [6]. В то же время значимой разницы между морфометрическими показателями растений в почве и смеси почва/зола нет, что говорит о возможности внесения почвенного субстрата для лучшей рекультивации нарушенных земель.
Выводы
ЯарЬапш Байуш характеризуется высокими морфометрическими показателями на всех представленных субстратах, а концентрация исследованных тяжелых металлов не превышает ПДК, что позволяет использовать данный вид при разработке мероприятий по рекультивации нарушенных земель. В качестве потенциального субстрата лучше использовать смесь «почва + зола». Полученные результаты определили ход дальнейших исследований, заключающихся в поиске оптимальных соотношений субстратов с целью уменьшения экономических затрат на внесение потенциально плодородных слоев земли.
Литература
1. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов / И.М. Гаджиев и др.; под ред. В.М. Курачева. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1992. - 215 с.
2. Горлов В.Д. Биолого-экологические критерии рекультивации земель и их эффективность / В.Д. Горлов, И.Н. Лозановская // Почвоведение. - 1984. - № 10.
3. Микоризообразование травянистых видов в условиях техногенных эдафотопов / Н.В. Лукина и др. // Вестник Башкирск. ун-та. - 2014. - № 3. - С. 871 - 874.
4. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Свердловской области в 2015 году", Екатеринбург, 2016. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/429067556
5. Приложение. СанПиН 2.3.2.2401-08 "Дополнения и изменения N 10 к санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.3.2.1078-01 "Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов", 2008 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/902112577
6. Елисеева О.В. Влияние меди и цинка на рост редьки посевной (Raphanus sativus L.) и их аккумуляция в растениях / О.В. Елисеева, А.Ф. Елисеев // Евразийский Союз Ученых. - 2015. - Т. №11-1 (20). - С. 24 - 26.
7. Антонинова Н.Ю. Об особенностях комплексного экологического анализа районов, испытывающих локальную техногенную нагрузку предприятий горнометаллургического комплекса / Н.Ю. Антонинова, Л.А. Шубина // Экология и промышленность России. - 2017. - № 1. - С. 52 - 56.
