Научная статья на тему 'Влияние нефтяного загрязнения почвы в условиях юго-западной части Крапивинского нефтяного месторождения на прорастание хвойных видов древесных растений'

Влияние нефтяного загрязнения почвы в условиях юго-западной части Крапивинского нефтяного месторождения на прорастание хвойных видов древесных растений Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
376
132
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕМЕНА / ХВОЙНЫЕ ВИДЫ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ / ВСХОЖЕСТЬ / ПРОРОСТКИ / НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ / SEEDS / CONIFER SPECIES OF WOODY PLANTS / GERMINATION / SEEDLINGS / OIL POLLUTION OF SOIL

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Донец Евгения Владимировна

В статье рассматривается влияние нефтяного загрязнения почвы на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Донец Евгения Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Effect of oil soil pollution under the South Western part of Krapivinskoye oil field on germination of coniferous tree species

The article examines the impact of oil pollution of soil on germination of seeds of coniferous tree species in terms of the growing experience.

Текст научной работы на тему «Влияние нефтяного загрязнения почвы в условиях юго-западной части Крапивинского нефтяного месторождения на прорастание хвойных видов древесных растений»

УДК 630*581:504.5 (571.13)

Е. В. ДОНЕЦ

Омский государственный педагогический университет

ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КРАПИВИНСКОГО НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ПРОРАСТАНИЕ ХВОЙНЫХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

В статье рассматривается влияние нефтяного загрязнения почвы на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта.

Ключевые слова: семена, хвойные виды древесных растений, всхожесть, проростки, нефтяное загрязнение почвы.

Загрязнение биогеоценозов нефтью, сопутствующими (ингредиентами) веществами, соединениями является острейшей экологической проблемой во многих регионах мира, в том числе и в России. На территории России наиболее интенсивно проявляется нефтяное загрязнение в Западной Сибири, где добывается более 2/3 всей российской нефти, развита густая сеть нефтепроводов и 20 % перерабатывается нефти от всего объема добычи в Западно-Сибирском регионе.

В условиях нефтяного загрязнения в биогеоценозе наблюдается ухудшение структуры, водно-физических, химических и биологических свойств почвы, определяющих её плодородие и экологическое состояние, загрязняются поверхностные и подземные воды, воздушная среда [1—6].

При поступлении нефти в почву, согласно А. В. Шамраеву и Т. С. Шориной [7], выделяют три общих этапа трансформации его в почвах:

1) физико-химическое и частично микробиологическое разложение алифатических углеводородов;

2) микробиологическое разложение, главным образом, низкомолекулярных структур различных классов, образование смолянистых веществ; 3) трансформацию высокомолекулярных соединений: смол, асфальтенов, циклических углеводородов. В разных природных зонах длительность процесса деградации нефти имеет продолжительность от нескольких месяцев до нескольких десятков лет [8].

По литературным данным Т. С. Бородулиной [9] отмечается, что с увеличением концентрации нефтезагрязнения подавляется активность ряда почвенных ферментов, ростовые и физиологические характеристики растений, снижается численность чувствительных к нефтяному загрязнению микроорганизмов, выживаемость водорослей и планктонных организмов, что вызвано загрязнением условий местообитания нефтью и нефтепродуктами. Это приводит к нарушению динамического равновесия в экосистеме вследствие изменения структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также токсического действия на живые организмы.

Главными причинами торможения роста и развития растений, а также и их гибели в результате загрязнения нефтью, является нарушение поступления воды, питательных веществ и кислородное голодание [10, 11]. В то же время некоторыми исследователями отмечалось стимулирующее действие нефти на рост растений. Установлено, что решающее значение имеет степень загрязнения (доза нефти) и агрохимический фон [12].

На клеточном и физиологическом уровне воздействие углеводородов нефти на растения проявляется в нарушении структуры хлоропластов и фотосинтеза. Углеводороды повреждают мембраны хлоропластов, митохондрий, мембраны клеток корня. На загрязненных участках, при наличии сплошного покрытия нефтяной пленкой, вдоль линии нефтепроводов, отмечается полная гибель растительности [13].

В отношении влияния нефти на прорастание семян в литературе имеются противоречивые сведения. Одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений, тогда как, по наблюдениям других исследователей, нефть оказывает благоприятное влияние на прорастание семян и рост всходов [14].

Аналогичные комплексные исследования экологического состояния верхнего почво-плодородного слоя земли можно проводить также и путем гидрогеохимического анализа и биотестирования либо водных вытяжек из почв, либо смывов почв [15]. В таких исследованиях можно получить достоверный ответ на уровень реального токсического загрязнения поверхностного слоя почв на любых объектах, стандартизировав пробоотбор как технически, так и по погодным условиям.

По результатам проведенных исследований в условиях вегетационного опыта была установлена более повышенная энергия прорастания у сосны обыкновенной и наибольшей толерантностью к воздействию сырой нефти в фазе прорастания семян характеризовались семена лиственницы сибирской, и наименьшей — семена ели сибирской и сосны обыкновенной [16]. При этом более интенсивный

Таблица 1

Результаты лабораторного анализа проб почв *

№ Наименование определяемого показателя Единицы измерений Контроль Нефтезагрязненная почва Сильно нефтезагрязненная почва

1 Нефтепродукты мг/кг 35,2 + 7.4 57,0 + 12,0 14246,4 + 997,2

2 рН(кислотность) ед. 8,4 8,4 8,7

3 Титана оксид мг/кг 8700±1000 8200 + 1000 5 400 + 700

4 Ванадий мг/кг 137,17 + 29,80 127,87+28,54 51,65 + 15,81

5 Хром мг/кг 1 20,96+25,50 112,29+24,49 113,65+24,65

6 Марганца оксид мг/кг 1055,94+54,19 987,55+52,35 404,53+32,89

7 Железа оксид мг/кг 53000 + 4200 53400+4200 2 4100 + 2300

8 Кобальт мг/кг 15,93 + 7,71 21,79+9,63 11,68+6,32

9 Никель мг/кг 54,45+20,89 55,71+21,14 38,77 + 16,49

10 Медь мг/кг 49,04 + 23,21 49,95+23,52 41,82+20,69

11 Цинк мг/кг 68,67 + 12,99 74,93 + 13,60 255,59+38,00

12 Мышьяк мг/кг 10,24 + 4,76 7,63+3,33 54,91+22,94

13 Стронций мг/кг 186,43 + 76,28 178,98+73,92 187,32+76,56

14 Свинец мг/кг 25,70 + 16,41 <25 272,04+66,90

* По данным Омского центра с региональными функциями

по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей среды

прирост корешков проростков был отмечен у ели сибирской и максимальная величина хвоинок у сосны наблюдалась при концентрации нефти 0,1 л/м2. Согласно экспериментальным данным по результатам однофакторного дисперсионного анализа, можно отметить, что нефтяное загрязнение оказало достоверное влияние (Р<0,01) на всхожесть семян и длину корешков проростков сосны обыкновенной, ели сибирской и лиственницы сибирской [14].

Цель исследования: выявить закономерности влияния нефтяного загрязнения почв на всхожесть хвойных видов древесных растений в лабораторных условиях.

Задачи исследования:

1. Выявить воздействие нефтяного загрязнения на прорастание хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта.

2. Установить биологические возможности к максимальному уровню нефтяного загрязнения техногенных ландшафтов на нефтяном месторождении в фазе прорастания семян.

Научная новизна работы и теоретическая значимость результатов исследования. Впервые исследовано влияние нефтяного загрязнения почв на стадии прорастания семян.

Полученные результаты позволяют оценить устойчивость эколого-биологических свойств хвойных видов древесных растений к нефтяному загрязнению почв и являются основой для биоиндикационного контроля лесных экосистем.

Методика и объекты исследований. Объектом исследования являлись семена доминантных видов

древесных растении лесных экосистем подзоны южной таИги Западной Сибири: сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) Для закладки опыта были использованы семена первого класса качества, собранные в декабре 2013 года в Тарском районе (северо-восточная часть Омской области).

Опытные образцы почвы (грунты) среднесугли-нистые по механическому составу были отобраны с производственного участка № 11 Западно-Кра-пивинского нефтяного месторождения (Васисское лесничество квартал 69, выдел 41): нефтезагряз-ненная на территории буровой площадки и сильно нефтезагрязненная — возле скважины (в радиусе 2 метра). В качестве контроля был использован образец дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, развитого на делювиальных тяжелых суглинках, отобранный на расстоянии 250 метров от буровых скважин. Анализ проб почв проводился в Омском центре по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей среды с региональными функциями ФГБУ «Обь-Иртышского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды».

Почвенные образцы объёмом 100 см3 помещались в кюветы и перед посевом семян увлажнялись. Мощность почвенного образца в кювете составляла 3,5 см. Каждый вариант опыта закладывался в трехкратной повторности и в каждой повторности равномерно высевалось по 50 штук семян хвойных видов древесных растений. Для увлажнения почвы

Дни проращивания

Рис. 1. Динамика всхожести и гибели семян сосны обыкновенной в условиях вегетационного опыта Условные обозначения: в контроле; — — на нефтезагрязненной почве

9 11 13 15 17 19 21 23

Дни проращивания

Рис. 2. Динамика всхожести и гибели семян ели сибирской в условиях вегетационного опыта Условные обозначения: в контроле; — — на нефтезагрязненной почве

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Дни проращивания

Рис. 3. Динамика всхожести и гибели семян лиственницы сибирской в условиях вегетационного опыта Условные обозначения: в контроле; — — на нефтезагрязненной почве

в опытах использовалась отстоянная водопроводная вода. После закладки опыта наблюдение за ходом прорастания семян проводились ежедневно в течение 30 суток. Отмечались проросшие и наклюнувшиеся семена, степень освобождения проростков от семенной кожуры, а также некрозы, побурение хвои и гибель проростков.

Результаты и их обсуждение. По результатам анализа почв, использованных в вегетационных опытах, можно отметить у опытных образцов почвы высокое загрязнение нефтью: в нефтезагрязненной почве в 1,6 раза больше, чем в контрольном образце и, соответственно, в сильно нефтезагрязненной почве — в 404,7 раза. Для контроля и опытных образцов почв общим являлась повышенная щелочность. У сильно нефтезагрязненной почвы характерным было очень высокое содержание цинка, мышьяка и свинца, и низкое содержание ванадия, никеля

и оксида марганца по сравнению с контрольным образцом почвы, тогда как у нефтезагрязненной почвы различия по данным соединениям с контрольным были несущественными (табл. 1).

В опытном варианте на сильно нефтезагрязненной почве прорастание семян во всех трех повтор-ностях у исследуемых хвойных видов древесных растений не наблюдалось. В дальнейшем рассматриваются данные по прорастанию семян сосны, ели и лиственницы в нефтезагрязненной почве по сравнению с контролем в условиях вегетационного опыта.

По результатам проращивания семян изученных видов древесных растений можно отметить следующее, что самые ранние сроки прорастания наблюдались у сосны (в контроле — на третий день, в опытном образце — на восьмой день) и самые поздние — у лиственницы (в контроле — на восьмой

день, в опытном образце — на 13-й день), а промежуточные — у ели (в контроле — на пятый день, в опытном образце — на девятый день) (рис. 1—3).

Существенно отставание прорастания семян лиственницы сибирской, как было уже ранее отмечено [16], связано с особенностями анатомо-морфо-логического строения семенной кожуры, которая по своему строению, толщине и плотности, а также химическому составу (более повышенное содержание живицы) превосходит семенную оболочку сосны и ели. Тогда как семена сосны и ели, обладая более проницаемой семенной кожурой, имеют наибольший доступ для поступления воды в зародыш семени, что является очень важным на начальных этапах прорастания семян.

Полная гибель проростков в контрольном варианте наблюдается у ели на 28-й день и у лиственницы — на 24-й день, тогда как у сосны в конце опыта их сохранилось 42,66 % от числа высеянных семян. В нефтезагрязненной почве (опытный вариант) следует отметить очень резкое снижение всхожести семян у исследованных видов, так у лиственницы на 38,0 %, у сосны — на 51,33 %, а ели — на 57,33 %. Следует отметить также более высокую всхожесть семян сосны (24,0 %) в условиях нефтезагрязненной почвы, чем у ели и лиственницы. Характерным для сосны является также высокая выживаемость проростков в контрольном варианте. В ранее проведенных исследованиях Е. В. Донец [17—19] было также установлено, что в условиях лабораторного и вегетационного опытов наибольшую устойчивость к воздействию нефти проявляет сосна обыкновенная.

Заключение. Таким образом, исследованные виды (сосна, ель, лиственница) в нефтезагрязнен-ной почве имели более поздние сроки прорастания семян, характеризовались более низким процентом всхожести (Р<0,01). Наибольшая устойчивость в условиях нефтяного загрязнения почвы наблюдалась у проростков сосны.

Библиографический список

1. Пиковский, Ю. И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде / Ю. И. Пиковский. — М. : МГУ, 1993. - 207 с.

2. Солнцева, Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов / Н. П. Солнцева. - М. : МГУ, 1998. - 376 с.

3. Логинов, О. Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений / О. Н. Логинов. — Уфа : Реактив, 2000. — 100 с.

4. Хабиров, И. К. Устойчивость почвенных процессов / И. К. Хабиров, И. М. Габбасова, Ф. Х. Хазиев. - Уфа : БГАУ, 2001. - 327 с.

5. Проблемы диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю. И. Пиковский [и др.] // Почвоведение. - 2003. - № 9. - С. 1132-1140.

6. Илларионов, С. А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв / С. А. Илларионов. - Екатеринбург : УрО РАН, 2004. - 194 с.

7. Шамраев, А. В. Влияние нефти и нефтепродуктов на различные компоненты окружающей среды / А. В. Шамра-ев, Т. С. Шорина // Вестник ОГУ. - 2009. - № 6 (100). -С. 642-645.

8. Бочарикова, Е. А. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо-бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии : автореф. дис. ... канд. биолог. наук. - М., 1990. -16 с.

9. Бородулина, Т. С. Влияние нефтезагрязнения окружающей среды на ростовые и физиологические характеристики опытных живых организмов / Т. С. Бородулина // Проблемы современной аграрной науки : материалы Междунар. заоч. науч. конф. - Красноярск : КрасГАУ, 2010. - С. 39-41.

10. Колесников, С. И. Изменение ферментативной активности чернозема обыкновенного при загрязнении нефтью и нефтепродуктами в модельных экспериментах / С. И. Колесников, М. Л. Татосян, Д. К. Азнаурьян // Доклады Россельхоз-академии. - 2007. - № 5. - С. 32-34.

11. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почв нефтью / Д. Г. Звягинцев [и др.] // Почвоведение. -1989. - № 1. - С. 72-77.

12. Зильберман, М. В. Биотестирование почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / М. В. Зильберман, Е. А. Порошина, Е. В. Зырянова. - Пермь : Экология, 2005. -111 с.

13. Нефтезагрязненные биоценозы : моногр. / А. А. Оборин [и др.] ; УрО РАН ; Перм. гос. ун-т ; Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь, 2008. - 511 с.

14. Донец, Е. В. Влияние нефти на прорастание семян лесо-образующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области : моногр. / Е. В. Донец, А. И. Григорьев. -Омск : Наука, 2012. - 164 с.

15. Якуцени, С. П. Геолого-геохимические закономерности распространения углеводородного сырья с потенциально-токсическими свойствами компонентов-примесей : автореф. дис. . д-ра геолог.-минералог. наук / С. П. Якуцени. - М., 2012. - 62 с.

16. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта / Е. В. Донец, А. И. Григорьев, Л. В. Должанкина // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. - 2012. - № 2 (114). - С. 193-196.

17. Донец, Е. В. Влияние нефти на прорастание семян хвойных лесообразующих видов древесных растений подзоны южной тайги Омской области : автореф. дис. . канд. биолог. наук / Е. В. Донец. - Омск : ОмГПУ, 2009. - 21 с.

18. Григорьев, А. И. Влияние нефтяного загрязнения на рост проростков хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта / А. И. Григорьев, Л. В. Должан-кина, Е. В. Донец // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. - 2012. - № 2 (114). - С. 189-193.

19. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения почвы на прорастание хвойных видов древесных растений / Е. В. Донец, Л. В. Должанкина // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. - 2014. - № 1 (128). -С. 151-154.

>

ДОНЕЦ Евгения Владимировна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры экологии и природопользования. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 20.02.2015 г. © Е. В. Донец

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.