Рост и развитие сорных растений в условиях техногенного загрязнения почвы
СОДЕРЖАНИЕ: Основными техногенными загрязнителями окружающей среды в Республике Башкортостан являются нефть и продукты ее переработки.Киреева Н.А., Мифтахова А.М., Кузяхметов Г.Г.
Основными техногенными загрязнителями окружающей среды в Республике Башкортостан являются нефть и продукты ее переработки. В предыдущих работах [1, 2] нами показано, что для ряда сельскохозяйственных растений нефтезагрязненная почва является токсичной. В то же время известно, что сорные растения более устойчивы к антропогенным воздействиям. Так, Л.В.Етеревской, Л.Д.Яранцевой [3] показано, что в травостое почв, загрязненных при бурении и разведке на нефть и газ, преобладали пырей ползучий, мятлик узколистный и др. Устойчивыми к загрязнению нефтью, по данным М.Н.Гашевой с соавторами [4], в подзоле средней тайги являются осоки, ситниковые.
В комплексе мелиоративных приемов существенное значение имеет посев фитомелиоративных культур. Фитомелиорирующие действие трав определяется их способностью создавать надземную и подземную биомассу, а также свойством растений избирательно накапливать те или иные элементы в зависимости от физиологических особенностей трав и экологических условий [5-9].
При проведении маршрутных исследований нефтезагрязненных участков Башкирии были обнаружены такие растения, как звездчатка средняя, пырей ползучий, куриное просо. Подобная устойчивость делает возможным использование этих растений для сидерации при фиторекультивации.
С целью проверки данного предположения проводились исследования по влиянию различных доз нефти на рост и развитие растений звездчатки, пырея и куриного проса в лабораторных и полевых условиях.
Звездчатка средняя или мокрица (Stellaria media L.) - злостный сорняк пропашных и огородных культур - растет по сырым местам, в лесах, садах и парках, образуя заросли, засоряя посевы.
Пырей ползучий (Elytrigia repens L.) - многолетний длиннокорневищный трудноискоренимый сорняк, ценное сенокосное и пастбищное растение. Известно, что пырей характеризуется высокой устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды: засухе, морозам, засолению и др.
Куриное просо или ежовник обыкновенный (Echinochloa crusgalli L.) - распространенный злостный сорняк, растущий у дорог, в канавах, во влажных местах, на полях, хорошее кормовое растение.
При посеве семян этих растений в нефтезагрязненных почвах всходы пырея появились на 3-й, звездчатки на 4-й и куриного проса - на 5-й день (табл. 1). Лабораторные и полевые опыты показали, что фитотоксичность почвы находится в прямой зависимости от интенсивности и длительности загрязнения. Выявлено, что степень ингибирования роста и развития растений пропорциональна дозе нефти. Так, нефтяное загрязнение оказало отрицательное влияние на прорастание пырея сразу после высева семян в грунт. Это объясняется как токсичностью самой нефти, так и приобретением почвой гидрофобных свойств.
Аналогичная картина наблюдается и у семян звездчатки и куриного проса. Через 4 дня всходы звездчатки и через 5 – всходы куриного проса, так же, как и пырея, появились недружно, причем чем выше концентрация нефти, тем меньше число проростков.
Ингибирующее действие нефти наблюдалось при уровне загрязнения выше 2 %. Энергия прорастания, учитываемая в течение 3-10 дней со дня посева, в контроле равнялась 100 %. По мере прорастания семян с увеличением дозы загрязнителя эта величина снижалась, и при 20 %-м загрязнении почвы семена пырея, звездчатки и куриного проса вообще не прорастали.
Таблица 1. Влияние нефти на прорастание семян звездчатки и куриного проса (% от контроля)
Дозы нефти, % |
Звездчатка, % | Куриное просо, % | ||||||
| Дни | ||||||||
| 4 | 6 | 8 | 15 | 5 | 8 | 15 | ||
| 0 | 44 | 60 | 72 | 73 | 51 | 62 | 70 | |
| 1 | 38 | 47 | 56 | 59 | 42 | 48 | 61 | |
| 2 | 22 | 33 | 47 | 53 | 30 | 32 | 58 | |
| 4 | 32 | 43 | 56 | 56 | 36 | 42 | 54 | |
| 6 | 26 | 37 | 49 | 59 | 26 | 36 | 56 | |
| 8 | 19 | 40 | 46 | 50 | 24 | 38 | 50 | |
| 10 | 10 | 25 | 39 | 55 | 14 | 22 | 45 | |
Таблица 2. Рост и развитие вегетативных органов звездчатки средней в зависимости от уровня нефтяного загрязнения (приведены среднестатистические величины)
Морфологические признаки |
Дозы нефти, % | ||||||
| 0 | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | |
| Длина стебля, мм | 92,65 | 36,57 | 26,7 | 22,75 | 15,00 | 16,33 | 15,87 |
| Количество пар листьев | 7,9 | 4,9 | 4,29 | 3,75 | 3,46 | 3,67 | 3,8 |
| Длина среднего листа, мм | 7,8 | 3,88 | 2,36 | 2,03 | 1,64 | 1,99 | 1,84 |
| Ширина среднего листа, мм | 6,1 | 2,95 | 1,44 | 1,20 | 0,94 | 1,08 | 1,06 |
| Длина главного корня, мм | 47,10 | 14,05 | 11,43 | 9,38 | 9,53 | 5,67 | 5,93 |
| Общая длина корня, мм | 138,5 | 49,95 | 44,70 | 26,25 | 28,87 | 27,2 | 19,4 |
| Длина боковых корней, мм | 9,68 | 5,8 | 5,69 | 7,88 | 5,81 | 4,24 | 4,18 |
Наблюдения за ростом и развитием растений велись в течение опытов. Одним из наиболее информативных показателей роста растений является их высота. Нефть губительно действует на проросшие растения. При всех концентрациях нефти в начале вегетации рост растений в высоту отставал от контроля, при различных дозах высота растений была в 2 и более раз ниже, чем в контроле (табл. 2, рис. 1). Для пырея установлено, что нефтяное загрязнение почв оказало ингибирующее действие на рост растений в высоту при самой минимальной дозе загрязнителя (0,5 % от веса почвы). Для звездчатки и куриного проса ингибирование роста начиналось с 1 %-й дозы загрязнителя. Нетрудно заметить, что длина надземной части растений в опытных вариантах с увеличением концентрации нефти резко снижается (рис. 2). При загрязнении почв от 6 % до 15 % погибло более 50 % растений. Крайне неблагоприятные условия как для прорастания семян, так и для вегетирующих молодых растений сложились при 20 %-м уровне загрязнения. В этом случае отмечались единичные всходы, которые погибали на 5-8 день после появления. Обращает на себя внимание некоторое увеличение высоты растений при дозах 6-8 %, что можно объяснить предлетальным стрессом у опытных растений (рис. 1).
Рис. 1. Влияние различных доз нефти на высоту растений (среднестатистические величины за 30 дней вегетации).
Ингибирующее влияние нефть оказала на формирование второго листа у растений. Если в контрольном варианте опыта появление второго листа у растений пырея начиналось на четвертый день, у звездчатки и куриного проса на пятый день после появления всходов, то при загрязнении почвы нефтью (0,5-6 %) появление второго листа задерживалось на 3-6 дней, а при 8 %-м уровне загрязнения второй лист, как правило, вообще не формировался. Появление третьего листа отмечалось только в контроле. Снижалось и количество пар листьев (табл. 2).
При изучении влияния нефтяного загрязнения почв на листовую поверхность выявлено, что увеличения общей листовой поверхности не происходило. Наоборот, даже низкие дозы нефти (0,5-2 %) угнетали формирование листовой поверхности у растений звездчатки (табл. 2), пырея (рис. 2), куриного проса, что связано со снижением как длины, так и ширины листа (табл. 2).
Интерес представляет изучение влияния нефтяного загрязнения на развитие корневой системы. При 0,5 %-м загрязнении почвы отмечалось стимулирующее действие на рост первичного корня пырея. При дальнейшем увеличении уровня загрязнения длина первичного корня пырея соответственно уменьшалась. Низкие дозы нефти (0,5-4 %) стимулировали образование корней пырея, их количество увеличивалось по сравнению с контролем. При высоких же дозах (6-25 %), наоборот, количество корней у пырея уменьшалось. При этом уменьшалась и их общая длина (рис. 2).
Рис. 2. Развитие пырея при разных уровнях загрязнения серой лесной почвы товарной нефтью.
Совершенно иная картина наблюдалась у звездчатки. Нефть оказала особенно сильное влияние на длину корней. Общая длина корней растения звездчатки даже при 1 %-м загрязнении составляла только 2/3 от длины корней в контрольном варианте. При 8 %-м уровне загрязнения общая длина корней растений звездчатки была в два раза меньше длины корней растений, выросших на незагрязненной почве (табл. 2). Аналогичная закономерность наблюдалась и для растений куриного проса. Все это оказывало существенное влияние на дальнейшее развитие растений, запаздывание фенофаз по сравнению с контролем на 5-10 дней. Опытные растения в большинстве вариантов отличались тем, что у них задерживалось формирование листьев, генеративных органов. Так, при уровне загрязнения в 1 % наступление фазы бутонизации задерживалось на 4-5 дней. При более высоком уровне загрязнения растения вообще не приступили в фазу бутонизации.
Интересно проследить реакцию растений на постепенное загрязнение почвы. Повышение силы влияния фактора в градации 1, 2, 4, 6 и т.д. вызывает достоверно различающееся снижение высоты растения в сравнении с предыдущим уровнем загрязнения нефтью. Более высокие дозы нефти (8 %-10 %) вызывали незначительное по сравнению с предыдущими дозами снижение темпов роста растений (табл. 1, рис. 1). Это явление наблюдалось и по отношению к отдельным морфологическим признакам: длине и ширине среднего листа, длине корней и т.д. (табл. 2). Сравнение значений морфологических признаков растений, например, звездчатки (табл. 2), выращенных на нефтезагрязненной почве, с контрольными растениями показало наличие достоверной разницы между ними.
В полевых условиях на второй год после загрязнения низкими дозами нефти растения появились недружно, росли и развивались невыравненно. Нефть увеличивала длину вегетационного периода; при этом высота растений на загрязненной почве не достигала величины контрольного уровня. В загрязненной (0,5 %-4 %) почве снизилась величина урожая надземной части. Под влиянием нефти в два раза снизилось содержание белка в сухой массе сена пырея. В зеленой массе звездчатки, пырея, куриного проса обнаружилось содержание 3,4-бенз(а)пирена, значительно (в 10-15 раз) превышающего фоновые значения ПДК, что исключает возможность использования этих растений в качестве кормовой культуры. Однако учитывая способность к образованию дерновины, пырей можно рекомендовать для залужения нефтезагрязненных почв с целью восстановления плодородия.
Список литературы
Киреева Н.А., Юмагузина Х.А., Кузяхметов Г.Г. Рост и развитие растений овса на почвах, загрязненных нефтью // Сельск. биология. 1996. № 5. С. 48-54.
Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Кузяхметов Г.Г. Продуктивность сельскохозяйственных культур на нефтезагрязненных и рекультивируемых почвах // Экологические проблемы Республики Башкортостан. Уфа: БГПИ, 1997. С. 293-299.
Етеревская Л.В., Яранцева Л.Д. О влиянии на растения загрязнений почвы при бурении и разведке на нефть и газ // Растения и промышленная среда. Киев: Наукова думка, 1976. С. 73-75.
Гашева М.Н., Гашев С.Н., Соролютин А.В. Состояние растительности как критерий нарушенности лесных биоценозов при нефтяном загрязнении // Экология. 1990. № 2. С. 77-78.
Новикова А.Ф., Гололобова А.В. О мелиорации солонцов темно-каштановой подзоны Кустанайской области // Почвоведение. 1976. № 4. С. 97-106.
Cunningham S.D., Berti W.R., Huang J.W. Phytoremediation of contaminated soils // Trends Biotechnol. 1995. № 9. P. 393-397.
Gill H.S., Abrol J.P. Salt affected soils, their afforestation and its ameliorating on fluency // Internet. Tree Gropes J. 1991. № 6. P. 239-260.
Prichard T.Z. Soil amendments in altalta production // Proc. 121 California altalta symp. S. 1. 1991. P. 85-91.
Schofield N.I., Bari M.A. Valley reforestation to lower saline groundwater tables: Results from Stene S farm, western Australia // Austral. J. Soil. Res. 1991. № 5. P. 635-650.