CC BY
60
УДК 574.24:581.19 Т.С. Бородулина, В.И. Полонский
РОСТ И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ И САЛАТА В УСЛОВИЯХ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ
В лабораторных опытах изучали влияние нефтезагрязненной почвы на физиологические характеристики 10-суточных проростков пшеницы и салата. Было установлено, что с увеличением уровня загрязнения почвы нефтью (до 15 г/кг) уменьшились длина листьев пшеницы, площадь листовых пластинок салата, надземная часть биомассы растений, а также нагнетательная активность корневой системы. Зарегистрировано значительное уменьшение показателей водного режима растений при уровне нефтезагрязнения почвы от 9 до 15 г/кг.
Ключевые слова: почва, нефть, пшеница, салат, листья, проростки, надземная биомасса, интенсивность гуттации, интенсивность выделения, транспирация.
T.S. Borodulina, V.I. Polonskiy GROWTH AND WATER RELATIONSHIPS OF THE GERMS OF WHEAT AND LETTUCE IN THE CONDITIONS OF SOIL OIL POLLUTION
The influence of oil polluted soil on the physiological characteristics of the wheat and lettuce 10-days germs was studied in the process of laboratory experiments. It has been determined that when the level of soil oil pollution increases (up to 15 g/kg) the length of wheat leaves, the area of lettuce leaves, plant biomass above ground part, and also root system activity decreased. Significant reduction of the water relationships parameters of the plants is registered at the level of soil oil pollution from 9 up to 15 g/kg.
Kew words: soil, oil, wheat, lettuce, leaves, germs, above ground biomass, guttation rate, discharge, transpiration.
Введение
Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность может оказывать сильное отрицательное воздействие на окружающую среду. Благодаря высокой адсорбирующей способности почвы нефтяные углеводороды надолго задерживаются в ней, изменяя при этом биологические свойства и нарушая структуру биоценозов [7].
Установлено, что загрязнение нефтью почвы сопровождается сильным негативным воздействием на растения [3, 5, 11, 12]. Это происходит вследствие изменения физико-химических свойств почвы, главным образом из-за увеличения гидрофобности, заполнения нефтью почвенных капилляров, а также прямого токсического действия углеводородов нефти [4, 5, 10, 13]. В этой связи представляет определенный интерес изучить способность к поглощению воды корнями проростков, т.е. активность работы нижнего концевого двигателя. В литературе данных о влиянии нефти в низких концентрациях на показатели водного режима молодых растений нам встретить не удалось.
Целью настоящей работы являлось изучение влияния нефтезагрязнения почвы на физиологические характеристики широко используемых тест-растений, связанные с их водным режимом и ростом.
Объекты и методы исследования
В качестве модельных объектов исследования были выбраны яровая пшеница и салат листовой. При проведении лабораторного эксперимента образец почвы массой 200 г очищали от растительных остатков и корней, заполняли пластмассовые вегетационные сосуды емкостью 0,5 л и вносили на поверхность почвы нефть в концентрациях 0 (контроль); 0,3; 1; 3; 6; 9; 12 и 15 г/кг. Семена пшеницы и салата проращивали в чашках Петри и высевали в данные сосуды. В вегетационных сосудах находилось по 10 растений. Каждый вариант опыта был представлен в трехкратной повторности.
Растения пшеницы и салата выращивали под люминесцентными лампами низкого давления в течение 10 суток до формирования трех листьев. С помощью периодического взвешивания вегетационных сосудов влажность почвы в них поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Параллельно измеряли скорость испарения влаги из сосудов с почвой с аналогичными концентрациями нефти, но без растений. На основании полученных данных определяли динамику интенсивности транспирации растений. На пятые сутки измеряли интенсивность гуттации проростков пшеницы.
После завершения опытов проводили учет биомассы растений, длины листовых пластинок (пшеница), площади листовых пластинок (салат), а также интенсивности выделения пасоки. Для измерения интенсивности гуттации и «плача» применяли метод, описанный в [8]. Капли гуттационной жидкости или пасоки собирали на полоски фильтровальной бумаги, на которых был записан номер растения и вариант. Сразу же на бумаге отмечали острым карандашом четырьмя точками границы влажного пятна, форма которого обычно близка к кругу. После проведения такой процедуры со всеми растениями измеряли линейкой в двух взаимно перпендикулярных направлениях размеры каждого пятна по отмеченным ранее точкам. Для определения абсолютной величины массы капли гуттата использовали градуировочную кривую [8].
Эксперименты проведены трижды. Результаты обработаны статистически с помощью пакета программ Microsoft Excel 2003.
Результаты и их обсуждение
Исследования показали (табл. 1), что при уровне загрязнения почвы нефтью 9-15 г/кг происходило уменьшение длины первого листа на 14%, второго - на 22%. В условиях данных концентраций нефти также было отмечено заметное (на 29%) снижение площади трех листовых пластинок растений салата (табл. 2).
Таблица 1
Физиологические показатели пшеницы при разных уровнях нефтезагрязнения почвы (значения в колонках с разными буквами существенно различаются между собой при Р<0,05)
Концен- трация нефти, г/кг Длина первого листа растения, мм Длина второго листа растения, мм Содержание воды в надземной части биомасссы, % Сухая масса надземной части растения, г Интенсивность гуттации, мг/10 растений в час Интенсивность выделения пасоки, мг/10 растений в час
0 155±2,7а 111±2,4а 81,0±0,5а 0,8±0,02а 440±9,6а 620±8,9а
0,3 157±1,7а 111±1,2а 81,0±0,5а 0,8±0,01а 410±8,7а 570±7,4б
1,0 157±2,5а 111±2,4а 81,0±0,6а 0,8±0,02а 410±8,9а 570±8,7б
3,0 170±2,0б 112±2,4а 80,9±0,5а 0,9±0,01б 440±9,6а 620±8,8а
6,0 155±1,8а 99±1,4б 80,8±0,5а 0,8±0,01а 410±7,3а 570±8,6б
9,0 147±2,0в 93±1,8бг 76,0±0,1б 0,7±0,01в 340±8,5б 440±7,4в
12,0 140±2,4вг 89±1,9г 75,8±0,1б 0,6±0,01г 300±9,5в 410±7,4г
15,0 133±1,9г 87±2,0г 75,1±0,1б 0,6±0,01г 300±7,4в 410±8,5г
Таблица 2
Физиологические показатели салата при разных уровнях нефтезагрязнения почвы (значения в колонках с разными буквами существенно различаются между собой при Р<0,05)
Концентрация нефти, г/кг Площадь трех листовых пластинок, дм2 Содержание воды в надземной части биомассы, % Сухая масса надземной части растения, г Интенсивность выделения пасоки, мг/10 растений в час
0 0,21±0,01аб 81,9±0,3а 0,15±0,01а 260±6,5а
0,3 0,22±0,01аб 81,9±0,4а 0,15±0,01а 300±7,4б
1,0 0,24±0,01а 82,0±0,3а 0,15±0,01а 300±6,6б
3,0 81,8±0,2а 0,15±0,01а 260±6,5а
6,0 0,20±0,01б 81,7±0,3а 0,14±0,01а 260±7,4а
9,0 0,17±0,01бг 76,6±0,3б 0,13±0,01а 210±6,2в
12,0 0,15±0,01г 76,1±0,2б 0,12±0,01а 210±6,0в
15,0 0,16±0,01г 75,9±0,2б 0,12±0,01а 170±5,3г
Установлено, что повышение концентрации нефти в почве от уровня контроля до 6 г/кг не оказывало влияния на величину надземной части биомассы пшеницы, для концентрации 3 г/кг была отмечена слабая стимуляция (около 13%) накопления биомассы, но повышение уровня нефтезагрязнения от 9 до
15 г/кг привело к заметному (на 25%) снижению надземной массы. При уровне загрязнения почвы пол-лютантом 6-9 г/кг регистрировалось снижение надземной части биомассы салата (на 20%).
В опытах наблюдалось падение содержания воды в листьях, особенно заметное при уровнях нефти в почве 9-15 г/кг.
Для исследования влияния нефти в почве на водопоглотительную активность корневой системы проростков мы использовали метод измерения интенсивности гуттации и скорости выделения пасоки. Из данных, представленных в таблице 1, можно видеть, что при увеличении концентрации нефти от 9 до 15 г/кг существенно снижается как интенсивность гуттации, так и интенсивность выделения пасоки проростками пшеницы. У салата (см. табл. 2) при уровне нефти в почве 0,3-1 г/кг наблюдалось незначительное увеличение, а при концентрации нефти 9-15 г/кг заметное снижение интенсивности выделения пасоки. Исходя из полученных значений физиологических показателей оценки работы корневой системы, можно предположить, что активность нижнего концевого двигателя у растений в опытах с течением времени после загрязнения нефтью почвы снижалась. При этом работа корневой системы пшеницы и салата снижается тем значительнее, чем больше увеличивается концентрация нефти в почве.
Показатель интенсивности испарения воды из сосудов с почвой без растений в вариантах с внесением нефти от 0,3 до 6 г/кг практически не отличался от контроля, но дальнейшее увеличение уровня нефте-загрязнения почвы приводило к значительному снижению данного параметра (рис. 1). С возрастом в контроле интенсивность транспирации закономерно повышалась по классической кривой большого роста (рис. 2, 3). Что касается вариантов опыта, то добавление более 6 г/кг нефти в сосуды сопровождалось снижением скорости транспирации. При этом в течение вегетации отмечалось нарастающее отставание указанного физиологического показателя в вариантах опыта от контроля.
Рис.1. Динамика интенсивности испарения воды из почвы вегетационных сосудов без растений:
1 - контроль; 2-8 - варианты опыта с концентрацией нефти соответственно 0,3; 1,0; 3,0; 6,0; 9,0; 12;
15 г/кг сухой почвы
2 4 6 8 10
Возраст, сутки
Рис.2. Возрастная динамика интенсивности транспирации пшеницы: 1 - контроль; 2-8 - варианты опыта с концентрацией нефти соответственно: 0,3; 1,0; 3,0; 6,0; 9,0; 12; 15 г/кг сухой почвы
Рис. 3. Возрастная динамика интенсивности транспирации салата: 1 - контроль; 2-8 - варианты опыта с концентрацией нефти соответственно: 0,3; 1,0; 3,0; 6,0; 9,0; 12; 15 г/кг сухой почвы
Ранее нами [1] в лабораторных экспериментах на 4-суточных проростках пшеницы и салата также было установлено угнетение ростовых процессов при концентрации изучаемого поллютанта 9 г/кг и выше. Правда, при этом отмечалась существенная стимуляция роста корней и побегов (по длине и массе) в условиях искусственного нефтезагрязнения почвы от 3 до 6 г/кг.
Исходя из результатов, полученных в лабораторных экспериментах Н.А. Киреевой с соавторами [6], к концу опыта (на 25-е сутки) при уровне загрязнения 0,5% погибло 56% проростков донника лекарственного. Интересно, что на 4-е сутки погибали только проростки при более высоких концентрациях нефтезагрязнения почвы (при концентрации нефти выше 8%). К концу опыта загрязнение почвы нефтью оказывало заметное ингибирующее влияние на рост листьев в длину и ширину. При концентрации нефти 0,5% размеры листа достоверно уменьшились по сравнению с контролем (до 40%).
Показано, что фитотоксичность почв тесно зависит от интенсивности и длительности загрязнения почв нефтью [2]. Это также подтверждают В.Н. Седых и Л.А. Игнатьев [9] результатами своих исследований: содержание нефти до 1% к объему почвы вызывало стимуляцию всхожести семян пшеницы и сосны обыкновенной, но с течением времени не способствовало выживаемости сеянцев сосны и оказывало отрицательное влияние на интенсивность роста растений пшеницы.
Итак, при концентрации нефти в почве от 9 до 15 г/кг регистрируется ингибирование физиологических показателей пшеницы и салата, связанное с водным режимом и видимым ростом. При этих уровнях поллю-танта в почве происходит: 1) резкий спад испарения влаги из сосудов без растений; 2) уменьшение интенсивности транспирации пшеницы и салата; 3) падение скорости выделения пасоки у обеих культур; 4) снижение интенсивности гуттации проростков пшеницы. При этом спад активности работы нижнего концевого двигателя совпадает с падением испарения воды из почвы (как с растениями, так и без них). Следовательно, можно предположить, что в основе снижения водопоглотительной способности проростков лежит физический механизм образования гидрофобной пленки на частицах почвы и корнях. Последнее обстоятельство не может не препятствовать передвижению влаги в системе почва-корни. Все это сопровождается ингибированием процессов роста растяжением и в меньшей степени процессов накоплением сухой биомассы растений. Отметим, что салат в 10-суточном возрасте по показателям интенсивности выделения пасоки и скорости накопления сухой биомассы проявляет себя более толерантным видом к нефтезагрязнению по сравнению с пшеницей.
Литература
1. Бородулина Т.С., Полонский В.И. Влияние нефтезагрязнения почвы на прорастание семян пшеницы и салата // Проблемы развития АПК Саяно-Алтая: мат-лы межрегион. науч.-практ. конф. - Ч. 2. - Абакан: Хакас. кн. изд-во, 2009. - С. 78-81.
2. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны / М.З. Гайнутдинов, С.М. Самосова, Т.И. Артемьева [и др.] // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. - С. 177-197.
3. Гашева М.Н., Гашев С.Н., Соромотин А.В. Состояние растительности как критерий нарушенности лесных биоценозов при нефтяном загрязнении // Экология. - 1990. - № 2. - С. 77-78.
4. Роль почвенной микробиоты в рекультивации нефтезагрязненных почв / В.С. Гузев, С.В. Левин, Г.И. Се-лецкий [и др.] // Микроорганизмы и охрана почв. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - С. 121-150.
5. Демидиенко А.Я., Демурджан ВМ Шеянова, АД Изучение питательного режима почв, загрязненных нефтью II Агрохимия. - 1983. - № 9. - С. 100-103.
6. Киреева Н.А., Мифтахова А.М., Кузахметов Г.Г. Влияние загрязнения нефтью на фитотоксичность серой лесной почвы // Агрохимия. - 2001. - № 5. - С. 64-Б9.
7. Киреева Н.А., Бакаева М.Д., Мифтахова А.М. Литическая активность микромицетов нефтезагрязненных почв как один из факторов фитотоксичности // Агрохимия. - 200б. - № 9. - С. 75-81.
8. Полонский В.И., Сурин Н.А. Оценка зерновых злаков на устойчивость к неблагоприятным экологическим факторам. - Новосибирск, 2003. - 128 с.
9. Седых В.Н., Игнатьев Л.А. Влияние отходов бурения и нефти на физиологическое состояние растений // Сиб. экол. журн. - 2002. - № 1. - С. 47-52.
10. Халимов Э.Н., Левин С.В., Гузев В.С. Экологические и микробиологические аспекты повреждающего действия нефти на свойства почвы // Вестн. МГУ. Сер.17. Почвоведение. - 199б. - №.2. - C. 59-б4.
11. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. - С. 159-1б8.
12. Шилова И.И. Влияние загрязнения нефтью на формирование растительности в условиях техногенных песков нефтегазодобывающих районов Среднего Приобья // Растения и промышленная среда. -Свердловск, 1978. - Вып. 5. - С. 44-52.
13. Shukla O.P. Biodegradation for Environmental Management II Everyman's Science. - 1990. - Vol. 25. -№ 2. - P. 4б-50.
УДК 633.2/4(571.51) А.Т. Аветисян
АДАПТИВНОСТЬ НЕТРАДИЦИОННЫХ, МАЛОРАСПРОСТРАНЕННЫХ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОЙ ЧАСТИ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Представлены результаты научно-исследовательских опытов по изучению возделывания малораспространенных, разновидовых кормовых культур, а также данные по биологической продуктивности и сравнительной кормовой оценке сухой массы культур, выращенных на выщелоченной черноземной почве в земледельческой части Красноярского края. Обоснована адаптивность возделывания их для организации зеленого конвейера в летне-осенний период.
Ключевые слова: кормовые культуры, продуктивность, качество, зеленый конвейер, сроки использования, фазы развития.
A.T. Avetisyan
ADAPTABILITY OF THE NON- TRADITIONAL, RARE FORAGE CROPS IN THE KRASNOYARSK REGION AGRICULTURAL PART
The results of the scientific and research experiments on cultivation study of rare forage crops of various species and the data on biological efficiency and comparative fodder estimation of dry mass of the culture being cultivated on the leached chernozemic soil in the Krasnoyarsk region agricultural part are given. Adaptability of their cultivation for the green conveyor organization in the summer and autumn period is substantiated.
Key words: forage crops, efficiency, quality, green conveyor, terms of use, development phase.
Постановка проблемы
Важнейшими проблемами кормопроизводства Сибири, в том числе Красноярского края, являются увеличение производства кормов и улучшение их качества и энергонасыщенности. Обеспеченность животноводства кормами составляет 60-70% годовой потребности, высоким остается дефицит белка в кормовых рационах, что является сдерживающим фактором роста продуктивности животноводства.
Экстремальные климатические условия, дефицит влаги в одних и тепла в других районах, низкое плодородие почвы определяют узость видового состава кормовых культур в полевом кормопроизводстве и ес-
