CC BY
132
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
