CC BY
43
УДК 57.044; 631.46
DOI 10.18522/0321-3005-2016-2-68-71
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И НЕФТЬЮ НА ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВ ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАВКАЗА*
© 2016 г. А.А. Кузина, С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, Ю.В. Акименко
Кузина Анна Андреевна - аспирант, кафедра экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: biolog@sfedu. ru
Колесников Сергей Ильич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, завкафедрой экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: [email protected]
Казеев Камиль Шагидуллович - доктор географических наук, профессор, кафедра экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: [email protected]
Акименко Юлия Викторовна - кандидат биологических наук, ассистент, кафедра экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: [email protected]
Kuzina Anna Andreevna - Post-Graduate Student, Ecology and Natural Management Department, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology of the Southern Federal University, Stachki Ave, 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Kolesnikov Sergei Il'ich - Doctor of Agricultural Science, Professor, Head of Ecology and Natural Management Department, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology of the Southern Federal University, Stachki Ave, 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Kazeev Kamil Shagidullovich - Doctor of Geographical Science, Professor, Ecology and Natural Management Department, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology of the Southern Federal University, Stachki Ave, 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Akimenko Yuliya Viktorovna - Candidate of Biological Science, Assistant, Ecology and Natural Management Department, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology of the Southern Federal University, Stachki Ave, 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
В результате модельных исследований установлено, что загрязнение Cr, Cu, Ni, Pb и нефтью почв Черноморского побережья Кавказа приводит к существенному снижению показателей прорастания и начального роста редиса. По степени негативного воздействия тяжелые металлы образуют следующий ряд: Cr > Cu > Ni > Pb.
Ключевые слова: фитотоксичность, загрязнение, тяжелые металлы, хром, медь, никель, свинец, нефть.
As a result of model researches it is established that pollution of Cr, Cu, Ni, Pb and oil of Black Sea Coast soils of the Caucasus leads to essential decrease in indicators of germination and initial growth of a garden radish. On extent of negative impact heavy metals form the following row: Cr > Cu > Ni > Pb.
Keywords: phytotoxicity, pollution, heavy metals, chrome, copper, nickel, lead, oil.
Природные условия Черноморского побережья Кавказа чрезвычайно разнообразны. Смена условий увлажнений, сезонная неоднородность, наличие гор и плоскогорий образуют разнообразную гамму природных зон и ландшафтов. Здесь расположены уникальные для России почвы, которые встречаются только в Причерноморье, такие как желтоземы влажных субтропиков, коричневые почвы сухих субтропиков, черноземы южные (каштановые) Тамани [1, 2]. В силу значительных отличий эколого-генетических свойств этих почв, таких как количество гумуса, интенсивность биологических процессов, реакции среды, поглотительной способности и др. [3], почвы Черноморского побережья Кавказа существенно разнятся по устойчивости к антропогенному воздействию.
Степень устойчивости почв к химическому загрязнению лучше всего определять, применяя методы биодиагностики. Биологические показатели пер-
* Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (6.345.2014/К).
выми реагируют на негативные внешние воздействия. Одним из информативных методов биодиагностики загрязненных почв является определение фи-тотоксичности по показателям прорастания и интенсивности начального роста растений [4]. Эти показатели отличаются высокой чувствительностью и корреляцией с содержанием в почве загрязняющих веществ, достаточной воспроизводимостью, допустимым варьированием, небольшой ошибкой опыта, простотой, малой трудоемкостью и высокой скоростью методов определения, широкой распространенностью методов и т.д. [5].
Цель настоящей работы - исследовать влияние загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) и нефтью на фитотоксичность почв Черноморского побережья Кавказа.
В качестве объектов исследования использованы все основные почвы Черноморского побережья Кавказа: черноземы южные, коричневая выщело-
ченная, коричневая типичная, коричневая карбонатная, бурая лесная кислая, бурая лесная кислая оподзоленная, дерново-карбонатная типичная, дерново-карбонатная выщелоченная, желтозем. В табл. 1 приведены эколого-генетические свойства исследованных почв.
Образцы почв для лабораторного моделирования загрязнения были отобраны в слое 0-10 см, где накапливается основное количество загрязняющих веществ. В качестве загрязняющих веществ были выбраны Сг, Си, N1, РЬ, поскольку именно ими в значительной степени загрязнены почвы на Юге России [6]. Кроме того, эти ТМ интересны для сравнения - их предельно допустимые концентрации (ПДК) составляют 100 мг/кг почвы. Использовали значения ПДК, разработан-
Места отбора почв Черноморского побережья К
ные в Германии [7], так как ПДК в почве общего (валового) содержания меди и никеля в России отсутствуют. Кроме того, ПДК в почве нефти не разработана, поэтому ее содержание в почве выражали в процентах.
ТМ в почву вносили в форме оксидов: Сг03, Си0, N10, РЬ0. Их существенная доля поступает в почву именно в этой форме [8]. Применение оксидов ТМ исключает воздействие на показатели почвы сопутствующих анионов, как это бывает при внесении солей металлов.
Почву инкубировали в течение 30 сут в вегетационных сосудах при комнатной температуре (+20^22 °С) и оптимальном увлажнении (60 % полной влагоемкости) в трехкратной повторности.
Таблица 1
каза и их эколого-генетические характеристики
Почва Место отбора Координаты Содержание гумуса, % рн Гранулометрический состав
Чернозем южный Темрюкский район, г. Тамань 45°10'51.73"N 36°41'30.47"E 3,2 7,7 Тяжелосуглинистый
Коричневая типичная Анапский р-н, ГПЗ «Утриш» 44°46.764 E. 37°31.702 N 9,3 7,2 Тяжелосуглинистый
Коричневая карбонатная Анапский р-н, ГПЗ «Утриш» 44°47.139 E 37°24.971 N 15,0 7,0 Среднесуглинистый
Коричневая выщелоченная Анапский р-н, ГПЗ «Утриш» 44°45.880 E 37°26.958 N 6,8 7,1 Тяжелосуглинистый
Бурая лесная кислая Туапсинский р-н, с. Горское 44°23.342' N 038°43.894' E 1,3 4,4 Тяжелосуглинистый
Бурая лесная кислая оподзоленная г. Сочи, Лазаревский р-н, Сочинский национальный парк 43°52.048' N 039°24.214' E 1,7 4,1 Легкосуглинистый
Дерново -карбонатная типичная Туапсинский р-н, п. Джубга 44°19.624' N 038°41.636' E 5,4 7,5 Тяжелосуглинистый
Дерново -карбонатная выщелоченная г. Сочи, Хостинский р-н, Кавказский заповедник, Тисосамшитовая роща 43°31.683' N 39°52.412' E 4,8 6,9 Тяжелосуглинистый
Желтозем г. Сочи, Адлерский р-н 43°27.445' N 039°56.952' E 3,2 5,2 Тяжелосуглинистый
О фитотоксичности почв судили по показателям прорастания и интенсивности начального роста редиса (сорт Корунд). Семена редиса имеют сравнительно маленький запас питательных веществ и поэтому более подвержены влиянию окружающей среды, в частности загрязнению [5].
В результате исследования было установлено, что загрязнение почв Черноморского побережья Кавказа Сг, Си, N1, РЬ, нефтью, как правило, ухудшает показатели прорастания и интенсивность начального роста редиса, в частности длину корней (табл. 2). В большинстве случаев наблюдается прямая зависимость между содержанием загрязняющего вещества и степенью ухудшения исследуемого показателя почвы.
Причины негативного влияния ТМ на прорастание семян можно объяснить как прямым действием химических веществ, нарушающих процессы метаболизма в прорастающих семенах, так и косвенным,
заключающимся в нарушении структуры микробиоценоза и стимулирующим развитие фитотоксичной микрофлоры [9]. Нефть закупоривает каналы и поры почвы, нарушая воздухо- и влагообмен и ухудшая условия развития растений [10].
По степени негативного влияния на прорастание и развитие редиса ТМ образуют следующий ряд, обобщенный для разных типов и подтипов почв Черноморского побережья Кавказа: Сг > Си> N1 > РЬ.
Поскольку ПДК всех четырех исследованных ТМ одинаковы — 100 мг/кг — возможно корректное сравнение их токсического действия по отношению к исследованным биологическим показателям. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее значительное негативное воздействие оказал хром.
Как правило, для всех исследованных ТМ и нефти наблюдалась прямая зависимость между содержанием в почве загрязняющего вещества и степенью снижения биологических показателей.
Таблица 2
Влияние химического загрязнения почв Черноморского побережья Кавказа на длину корней редиса
Элемент Доза загрязняющего вещества
Контроль | 1 ПДК (1 %) | 10 ПДК (5 %) | 100 ПДК (10 %) | НСР05
Чернозем южный
Cr 100 46 13 0 9
Cu 100 90 58 31 4
Ni 100 89 63 33 5
Pb 100 99 64 28 6
Нефть 100 79 85 36 9
НСР05 11 10 6
Коричневая типичная
Cr 100 72 10 2 13
Cu 100 86 84 72 6
Ni 100 75 62 29 7
Pb 100 84 68 59 7
Нефть 100 79 85 12 8
НСР05 10 10 6
Коричневая выщелоченная
Cr 100 61 11 0
Cu 100 69 70 39
Ni 100 78 53 41
Pb 100 81 65 36
Нефть 100 79 85 7
НСР05 10 10 5
Коричневая карбонатная
Cr 100 54 27 0 11
Cu 100 55 71 53 9
Ni 100 68 51 62 8
Pb 100 64 63 51 10
Нефть 100 79 85 8 9
НСР05 9 10 7
Бурая лесная кислая
Cr 100 44 34 0 11
Cu 100 36 17 13 9
Ni 100 28 23 19 8
Pb 100 45 39 19 10
Нефть 100 20 12 3 9
НСР05 4 4 2
Бурая лесная кислая оподзоленная
Cr 100 19 5 0 11
Cu 100 12 9 7 9
Ni 100 12 8 9 8
Pb 100 8 9 3 10
Нефть 100 13 10 6 9
НСР05 1 1 1
Дерново-карбонатная типичная
Cr 100 42 29 0 11
Cu 100 78 59 17 9
Ni 100 88 46 29 8
Pb 100 93 57 28 10
Нефть 100 85 67 28 9
НСР05 11 8 5
Дерново-карбонатная выщелоченная
Cr 100 35 19 0 11
Cu 100 67 49 27 9
Ni 100 78 42 29 8
Pb 100 83 59 31 10
Нефть 100 78 54 25 9
НСР05 10 7 5
Желтозем
Cr 100 44 14 8 11
Cu 100 78 59 20 9
Ni 100 87 70 33 8
Pb 100 91 69 48 10
Нефть 100 69 35 22 9
НСР05 10 8 6
В ходе исследования была проведена сравнительная оценка влияния загрязнения на длину корней редиса для основных почв Черноморского побережья Кавказа при загрязнении ТМ и нефтью (почвы расположены по мере снижения их устойчивости): коричневая типичная (69) > чернозем южный (66) > коричневая выщелоченная (64) = коричневая карбонатная (64) > желтозем (62) = дерново-карбонатная типичная (62) > дерново-карбонатная выщелоченная (59) > бурая лесная кислая (43) > бурая лесная кислая оподзоленная (32). В скобках представлены значения длины корней редиса относительно контроля (100 %), усредненные для трех доз загрязняющего вещества.
Установленная последовательность определяется эколого-генетическими свойствами исследованных почв (табл. 1), прежде всего щелочно-кислотными; содержанием органического вещества и гранулометрическим составом, что влияет на подвижность ТМ в почве; окислительно-восстановительными условиями и биологической активностью, обусловливающими скорость разложения в почве нефти.
Выводы
1. Загрязнение почв Черноморского побережья Кавказа нефтью, хромом, медью, никелем, свинцом ухудшает прорастание и начальное развитие редиса.
2. По степени негативного влияния на показатели прорастания и начального развития растений на почвах Черноморского побережья Кавказа ТМ образуют следующий ряд: Сг > Си > N1 > РЬ.
3. По степени усиления фитотоксических свойств при загрязнении ТМ и нефтью почвы Черноморского побережья Кавказа образуют следующий ряд: коричневая типичная > чернозем южный > > коричневая выщелоченная = коричневая карбонатная > желтозем = дерново-карбонатная типичная > дерново-карбонатная выщело ченная > бурая лесная кислая > бурая лесная кислая оподзоленная.
Литература
1. Шоба С.А., Добровольский Г.В., Алябина И.О. Национальный атлас почв Российской Федерации. М., 2011. 632 с.
2. Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Колесников С.И. Атлас почв юга России. Ростов н/Д., 2010. 128 с.
3. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы юга России. Ростов н/Д., 2008. 320 с.
4. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д., 2012. 260 с.
5. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Биоэкологические принципы мониторинга и нормирования загрязнения почв. Ростов н/Д., 2001. 65 с.
Поступила в редакцию_
6. Алексеенко В.А., Суворинов А.В., Власова Е.В. Металлы в окружающей среде. Прибрежные акваль-ные ландшафты Черноморского побережья России. М., 2012. 360 с.
7. Касьяненко А.А. Контроль качества окружающей среды. М., 1992. 136 с.
8. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th Edition. Boca Raton, 2010. Р. 548.
9. Вальков В.Ф., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на фитоток-сичность чернозема // Агрохимия. 1997. № 6. С. 50 - 55.
10. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Татосян М.Л., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2006. № 5. С. 616 - 620.
References
1. Shoba S.A., Dobrovol'skii G.V., Alyabina I.O. Natsional'nyi atlas pochv Rossiiskoi Federatsii [National atlas of the Russian Federation soil]. Moscow, 2011, 632 p.
2. Kazeev K.Sh., Val'kov V.F., Kolesnikov S.I. Atlas pochv yuga Rossii [Atlas soils of Southern Russia]. Rostov-on-Don, 2010, 128 p.
3. Val'kov V.F., Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I. Pochvy yuga Rossii [The soils of the South of Russia]. Rostov-on-Don, 2008, 320 p.
4. Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I. Biodiagnostika pochv: metodologiya i metody issledovanii [Soil biodiagnostics: methodology and research methods]. Rostov-on-Don, 2012, 260 p.
5. Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh., Val'kov V.F. Bioekologicheskie printsipy monitoringa i normirovaniya zagryazneniya pochv [Bioecological principles of monitoring and regulation of soil contamination]. Rostov-on-Don, 2001, 65 p.
6. Alekseenko V.A., Suvorinov A.V., Vlasova E.V. Metally v okruzhayushchei srede. Pribrezhnye akval'nye landshafty Chernomorskogo poberezh'ya Rossii [Metals in the environment. Coastal aquatic landscapes of the Black Sea Coast of Russia]. Moscow, 2012, 360 p.
7. Kas'yanenko A.A. Kontrol' kachestva okruzhay-ushchei sredy [Monitoring environmental quality]. Moscow, 1992, 136 p.
8. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th Edition. Boca Raton, 2010, p. 548.
9. Val'kov V.F., Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh. Vliyanie zagryazneniya tyazhelymi metallami na fitotoksichnost' chernozema [Influence of heavy metal pollution in the black soil phytotoxicity]. Agrokhimiya, 1997, no 6, pp. 50-55.
10. Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh., Tatosyan M.L., Val'kov V.F. Vliyanie zagryazneniya neft'yu i neftepro-duktami na biologicheskoe sostoyanie chernozema obyknovennogo [The impact of oil pollution and oil products on the biological condition of chernozem ordinary]. Pochvovedenie, 2006, no 5, pp. 616-620.
22 апреля 2016 г.
