ФИТОТОКСИЧНОСТЬ АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ПОЧВ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

PHYTOTOXICITY OF ANTHROPOGENICALLY DISTURBED SOILS OF ORENBURG REGION

Т.С.Шорина

T.S.Shorina

Оренбургский государственный университет

(460018, г. Оренбург, пр. Победы 13, fns@mail.osu.ru)

Orenburg state university

(460018, Orenburg, pr. Pobedi 13, fns@mail.osu.ru)

Дается оценка фитотоксичности чернозема южного по различным параметрам: энергия прорастания и всхожесть семян, длина проростков. Выявлено, что наиболее оптимальной тест-культурой для индикации нефтяного загрязнения степной зоны Оренбургского Предуралья является Lepidium sativum L.

The estimation of phytotoxicity of chernozem southern on various parameters is given: energy of germination and всхожесть seeds, length of sprouts. It is revealed that the optimal test culture for indication of oil pollution of a steppe zone of Orenburg Preduralja is Lepidium sativum L. 

На современном уровне экономического развития загрязнение биосферы в целом, и почв в частности, отходами, выбросами и сточными водами всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов приобрело глобальный характер и вызывает серьезную тревогу в связи с резким ухудшением эколого-геохимического состояния почв –  основного компонента природной среды и негативным воздействием на здоровье людей [3, 4]. Особое значение приобрело загрязнение биосферы нефтью. Попадая в почвы, она оказывает негативное влияние на живые организмы и, в первую очередь, на сосудистые растения, которые вследствие генетической связи с почвой постоянно подвергаются воздействию токсикантов. В этой связи немало внимания уделяется изучению процессов естественной биоремедиации и разработке методов рекультивации загрязнённых почв с целью их возвращения в сельскохозяйственный оборот. Успешное решение данной задачи во многом зависит от того, насколько хорошо разработаны методы оценки степени загрязнения окружающей среды вообще, и почв в частности. На этом фоне исследование фитотоксичности с целью изучения процессов естественной биоремедиации выглядит простым и перспективным [1, 5, 6].

Оценку фитотоксичности проводили в лабораторных условиях по отношению к четырем индикаторным тест-культурам: Phaseolus vulgaris L, Raphanus sativus L, Lepidium sativum L, Spinacia oleracea L в течение 2008-2010 гг. Уровень фитотоксичности нефтезагрзяненной почвы оценивается по ингибированию определяемых показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контрольной (незагрязненной) почве. В качестве загрязнителя использовались различные дозы товарной нефти – 3, 6, 12, 18% от массы почвы. Контролем служила незагрязненная почва [2].

Исследования всхожести семян тест-культур на чернозёме южном показали, что наиболее пагубное влияние нефть оказала на семена Spinacia oleracea L. Всхожесть семян (y) тест-культур в течение трех лет уменьшается с возрастанием концентрации нефтяного загрязнения (x) и описываются уравнениями следующего вида: y = 87,7 – 4,5•x (Spinacia oleracea L); y = 98,2 – 1,3•x (Lepidium sativum L); y =102,6 – 1,9•x (Raphanus sativus L); y = 99,2 – 3,9•x (Phaseolus vulgaris L). Наиболее высокий процент всхожести во всех вариантах опыта оказался у  Lepidium sativum L в контрольном образце. В образцах с дозой нефти 3, 6 и 12 % всхожесть семян Lepidium sativum L не отличается достоверно от контрольного образца (t=0,67, n=3 – 2008 г.; t=0,59, n=3 – 2009 г.; t=0,35 , n=3 – 2010 г.) и уменьшается при 18%-ом загрязнении. Подобная тенденция обнаруживается и при исследовании всхожести семян Phaseolus vulgaris L и Raphanus sativus L.

При изучении влияния нефтяного загрязнения на энергию прорастания семян тест-культур выявилась общая закономерность. У всех растений процент нормально проросших семян максимален в контрольном образце. В 2008 году доза нефти 6, 12 и 18% вызывает снижение энергии прорастания семян всех тест-культур более чем на 20%, что свидетельствует о проявлении фитотоксического эффекта. В 2009 г. такая ситуация наблюдается при 12% и 18%-ом загрязнении, а в 2010 году  –  при 18%-ой дозе нефти. Семена Spinacia oleracea L  во всех вариантах опыта демонстрируют самые низкие значения энергии прорастания.

Нефтяное загрязнение, как правило, оказывает угнетающее действие, как на всхожесть семян, так и на длину проростков. Исследуя воздействие нефтяного загрязнения на длину проростков Phaseolus vulgaris L мы обнаружили, что максимальную длину имеют растения данной тест-культуры, выросшие на контрольном, не загрязнённом нефтью образце почвы. В 2008 г. при 3% - ой дозе загрязнителя длина надземной части растения фасоли уменьшилась на 50%, а длина корней уменьшилась почти в 4 раза. При 6%-ом загрязнении почвы нефтью длина надземной части растений Phaseolus vulgaris L, по сравнению с контрольным образцом, уменьшается практически в 6 раз. Длина подземной части растения Phaseolus vulgaris L уменьшилась в 10 раз. На почвенных образцах с концентрацией нефтяного загрязнения 12 и 18% данная тест-культура не проросла. В 2009 г. растения не проросли лишь при 18%-ой дозе нефти. В 2010 году при максимальной дозе нефти растения Phaseolus vulgaris L  проросли, но имели минимальную длину надземной части и корней. Доза нефти 3 и 6% не вызывали фитотоксического эффекта по отношению к данной тест-культуре на третий год после загрязнения (рис. 1).

Рисунок 1.  Длина проростков Phaseolus vulgaris L на нефтезагрязненной почве: а –  2008 г.; б  –  2009 г.; в  –  2010 г. 

Исследования длины проростков Raphanus sativus L показали, что длина максимальна в контрольном образце почвы на всех сроках инкубации. Длина надземных частей растений данной тест-культуры уменьшались по сравнению с контрольным образцом при повышении концентрации нефтяного загрязнения.

В первый год загрязнения уже 3%-ая доза нефти вызывает слабый фитотоксический эффект, чего не наблюдается в 2009 и 2010 гг. Через три года после загрязнения (2010 г.) растения Raphanus sativus L  прорастают и при максимальной концентрации нефти. На этом сроке инкубации фитотоксический эффект не проявляется при 3%-ой дозе нефти. 6%-ая доза нефти вызывает слабую фитотоксичность (рис. 2). 

Рисунок 2.  Длина проростков  Raphanus sativus L   на нефтезагрязненной почве: а –  2008 г.; б  –  2009 г.; в – 2010 г. 

Аналогичная ситуация наблюдалась с проростками Lepidium sativum L.  Длина и надземной и подземной части растений  Lepidium sativum L максимальна в контрольном образце почвы. В 2008 году в образце с трехпроцентным нефтяным загрязнением длина надземной части уменьшается в 4,5 раза, по сравнению с контрольным образцом, а длина корней – в 4 раза. Но растения Lepidium sativum L оказались более чувствительны к нефтяному загрязнению, чем предыдущие тест-культуры. Семена этого растения  не  проросли уже  при 6%-ом загрязнении почвы нефтью, а 3-х %-ое загрязнение оказало высокий фитотоксический эффект. Образцы чернозема южного, отобранные на второй год после загрязнения так же демонстрировали высокие (при 6%) и средние (при 3%) значения фитотоксичности. Подобная тенденция наблюдается и в 2010 г., но растения Lepidium sativum L проросли и при 12%-ом загрязнении. Максимальная доза нефти (18%) на всех сроках инкубации оказывала токсический эффект полностью угнетающий рост растений.

Растения четвёртой тест-культуры (Spinacia oleracea L) в 2008 г. проросли только в контрольном образце почвы, что свидетельствует о высокой чувствительности растения к нефтяному загрязнению почвы (рис.3). В 2009 г. растения шпината проросли при 3%-ом загрязнении, но фитотоксичность почвы была высокой для этой тест-культуры.

Рисунок 3.  Длина проростков Spinacia oleracea L на нефтезагрязненной почве: а – 2008 г.; б – 2009 г.; в – 2010 г.

В 2010 г. высокая фитотоксичность наблюдается при 6%-ой дозе нефти. На участках с дозой нефти 12 и 18% растения Spinacia oleracea L  не проросли на всех сроках инкубации.

Таким образом, по исследованным показателям наиболее чувствительной культурой к нефтяному загрязнению является Spinacia oleracea L, что может свидетельствовать о высокой индикационной способности этого растения к углеводородному загрязнению почв. Однако, результаты исследования показали, что Spinacia oleracea L  изначально демонстрировал самую низкую всхожесть и энергию прорастания семян. На этом фоне целесообразным решением стало применение двухфакторного дисперсионного анализа с целью выявления силы влияния нефтяного загрязнения на токсичность исследуемых образцов. Кроме того, учитывались биологические особенности произрастания самих культур (фон), а также вклад посторонних (остаточных) факторов (табл.1).

Таблица 1

Процентный вклад влияния различных факторов на результаты биотестирования.

Дисперсионный анализ показал, что в определении итогового уровня фитотоксичности вносит значимый вклад как нефть, так и биологические особенности произрастания тест-культур. Однако значения особенностей произрастания наиболее велики при использовании Spinacia oleracea L. Наибольший  вклад  такого  фактора  как  нефть наблюдается у Lepidium sativum L.

Таким образом, по результатам исследований тест-культурой которая одновременно может быть индикатором нефтяного загрязнения степной зоны Оренбургского Предуралья и не сильно зависеть от внешних условий среды является Lepidium sativum L. 

Список литературы:

1. Богомазов С.В., Надежкин С.М. Фитотоксичность чернозема выщелаченного при различных системах основной обработки почвы // Достижения науки и техники АПК. 2008.  № 9  С. 14-16.
2. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений. Введ. 2010. 01 - 01.  М.:  Изд-во стандартов, 2009.  20 с.
3. Киреева Н.А., Водопьянов В.В. Мониторинг роста и развития растений, используемых для фиторемедиации нефтезагрязненных почв // ЭКиП: Экология и промышленность России. 2007.  № 9.  С. 46-47.
4. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2002.  334 с.
5. Шамраев А.В., Шорина Т.С. Влияние нефти и нефтепродуктов на различные компоненты окружающей среды // Вестн. Оренб. гос. ун-та. 2009. № 6.  С. 642-645.
6. Шорина Т.С., Русанов А.М., Сулейманова А.М. Влияние нефти на физические свойства чернозема обыкновенного степной зоны Урала // Вестн. Оренб.  гос. ун-та.  2010.  № 6 (112).  С. 137-139.