Экспериментальное изучение фитотоксичности нефтяных загрязнений

Министерство образования Пермского края

Научное общество учащихся МОУ "Лицей №2" г. Перми

Экспериментальное изучение фитотоксичности нефтяных загрязнений

Автор: Первакова Вера, 11 биологический класс

Руководитель: Демидова М.И.,

к. б. н., доцент каф. экологии

ПГСХА, учитель экологии МОУ "Лицей №2" г. Перми

Пермь, 2010

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Состав нефти

1.2 Загрязнение почвы нефтью

1.3 Последствия действия нефти на почву

1.4 Фитотоксичность нефти

1.5 Фиторекультивация

Глава 2. Материалы и методы исследования

Глава 3. Результаты исследований

3.1 Результаты изучения влияния нефтяного загрязнения воды на прорастание семян лука

3.2 Результаты изучения влияния нефтяного загрязнения почв на прорастание и развитие пшеницы

3.3 Результаты изучения устойчивости разных видов луговых растений к нефтяному загрязнению

Выводы

Список литературы

Приложение

Введение

В настоящее время нефть - наиболее используемый людьми источник энергии. Есть и множество других источников, но отказаться от использования нефти и ее продуктов люди еще не могут. А ведь нефть и нефтепродукты являются одними из распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды. Загрязнение происходит при нефтедобыче и ее транспортировке, оно сопровождается сильным негативным воздействием на живые организмы. С хозяйственной точки зрения загрязнение природной среды нефтью приводит к деградации сельскохозяйственных угодий, падению урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшению продуктивности лесов и лугов, изыманию из хозяйственного оборота значительных площадей плодородных земель, загрязнению грунтовых и подземных вод.

Товарная ценность недр Пермского края во многом обусловлена запасами нефти. За более чем семидесятипятилетнюю историю в Прикамье было открыто более 200 месторождений, из которых добыто более 560 млн. тонн нефти (Максимович Н.Г., 2008).

При этом количество загрязненных нефтью территорий не уменьшается. Не уменьшается и частота случаев утечек или разливов нефти. Так, например, 17 февраля 2008 года произошел прорыв нефтепровода "Пермь-Альметьевск" на территории Пермского района, в результате чего в почву вылилось 10 тонн нефти (#"603741.files/image001.gif">

Рис 1. Всхожесть семян пшеницы сорта Иргина при разном уровне нефтяного загрязнения почвы

В варианте опыта с 3% загрязнением семена начали всходить только на 5-6 день, к концу опыта всхожесть составила всего 10%. Наиболее сильное воздействие нефть оказала в концентрации 5%. В этом варианте опыта семена пшеницы не проросли.

Нарастание надземной части в контроле и вариантах опыта с концентрацией нефти 0,5 и 1% происходило синхронно до 8 дня эксперимента (рис.2). При этом было заметно отставание растений, развивавшихся на загрязненной почве от контрольных (рис.3). С 8 по 10 день эксперимента контрольные растения замедлили темпы развития надземной части, а растущие на загрязненной почве сохранили. В результате к концу эксперимента длина надземной части в контроле и рассматриваемых вариантах опыта не различалась. В варианте с загрязнением нефтью 3% от массы почвы наблюдался явный фитотоксический эффект на рост и развитие проростков пшеницы.

Рис 2. Динамика развития проростков пшеницы при разном уровне загрязнения почвы нефтью

Рис 3. Проростки пшеницы на 8 день эксперимента (слева направо - контроль, 0,5%, 1%, 3%)

Показатели, полученные после завершения эксперимента и отделения растений от почвы, представлены на рис.4. и в Приложении.

Длина корней в контроле и при наличии 0,5% нефти в почве не отличалась (tst =0,24< tтабл), что говорит об отсутствии влияния такой концентрации на развитие корней. При 1% концентрации нефти в почве длина корней растений достоверно превышала длину корней в контроле (tst =3,63> tтабл), что свидетельствует о небольшом фитостимулирующем эффекте (14,1%). Эти данные соответствуют результатам, полученным нами в опыте с проростками лука. При умеренной концентрации нефти корни могут вытягиваться за счет удлинения клеток в зоне растяжения, несмотря на ингибирование деления клеток в зоне апикальной корневой меристемы.

Рис.4. Длина корней и надземной части пшеницы (1 - контроль, 2 - 0,5%, 3 - 1,0%, 4 - 3%, 5-5%)

В варианте опыта с концентрацией нефти 3%, несмотря на низкую всхожесть (11,7%), корневая система развилась у относительно большого количества растений (63,3%). Длина корней оказалась неожиданно высокой (в среднем 41,2 мм), что подтверждает гипотезу о возможном вытягивании корней как адаптации к неблагоприятным условиям. По отношению к контролю, однако, в этом варианте наблюдался сильный фитотоксический эффект (73,6%). При концентрации нефти в почве 5% от массы небольшие корешки появились лишь у единичных растений. Как уже говорилось выше, длина надземной части растений пшеницы в контроле и вариантах опыта 0,5% и 1% достоверно не отличалась (tst =0,71< tтабл и tst =0,93< tтабл соответственно). Возможно, что компенсация отставания в росте надземной части в варианте с концентрацией 1,0% произошла из-за интенсивного развития корневой системы. Никаких видимых повреждений на листьях растений не выявлено. В варианте опыта с концентрацией 3% взошли и развивались немногие растения, наблюдался сильный фитотоксический эффект влияния нефти на развитие проростков (81,9%). Вместе с тем осмотр невзошедших семян выявил наличие угнетенных почерневших колеоптилей у 58,3% растений. Средняя длина колеоптиля - 7,6±0,8 мм. При концентрации нефти 5% колеоптили не развивались.

3.3 Результаты изучения устойчивости разных видов луговых растений к нефтяному загрязнению

Наименьшей всхожестью, в сравнении с контролем (табл.4), обладала люцерна, растение из семейства Бобовых. При 2% нефти в почве всхожесть люцерны несущественно снижалась по сравнению с контролем, концентрация 4% действовала стимулирующе, однако проросшие растения имели аномальный стебель и семядоли. Исследованные злаки, как показали результаты эксперимента, малоустойчивы к действию нефтяного загрязнения - проросли единичные семена тимофеевки, у костреца на загрязненных почвах не взошло ни одно семя.

Постановка опыта в малом объеме позволяет при малом расходе материалов сделать выводы о возможности использования растения в качестве фито мелиоранта.

Таблица 4

Всхожесть (%) разных видов луговых растений на нефтезагрязненной почве

Выводы

1.      Нефтяное загрязнение воды оказывало существенное влияние на всхожесть семян лука, но оказывало менее значительное влияние на длину корней.

2.      Митотическая активность клеток корневой меристемы лука падала с увеличением концентрации нефти в почве. Учитывая, что корни вытягивались, а клетки делились мало, можно предположить, что нефть не угнетает удлинения клеток в зоне растяжения.

.        Концентрация нефти в почве 0,5-1% вызывает небольшое замедление всхожести пшеницы, но в концу эксперимента всхожесть была близка к контрольной. Концентрация 3% нефти от массы почвы значительно угнетает всхожесть, а 5% полностью ингибирует.

.        При концентрации нефти в почве 1% наблюдается достоверное увеличение длины корней пшеницы по сравнению с контролем. Возможно, за счет этого происходит компенсация отставания в нарастании надземной части при данной концентрации к концу опыта.

.        При концентрации нефти 3% корни у 63% растений пшеницы развивались, появлялись колеоптили, однако взойти смогли лишь единичные растения. При концентрации 5% небольшие корни регистрировали только у нескольких растений.

.        Возможно, удлинение корней является адаптивной реакцией растения, но она эффективна при загрязнении почвы менее 3%.

.        Бобовое растение люцерна посевная оказалось более выносливым, чем злаки тимофеевка луговая и кострец безостый к нефтяному загрязнению.

8. Постановка опыта в малом объеме позволяет при малом расходе материалов сделать выводы о возможности использования растения в качестве фитомелиоранта.

2.      Большая советская энциклопедия: В 30 т. - 3-е изд. - М.: Изд. Советская энциклопедия, 1969 - 1978.

3.      Дедков В.П., АС. Гребенников, Н.И. Туркин. Рост и развитие растений на почве, загрязненной нефтью (<http://radugarf.ru/9.html>).

.        Измайлов Н.М., Пиковский Ю.И. Рекультивация земель, загрязненных при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С.220-230.

.        Карасева Э.В., Гирич И.Е., Худокормов А.А., Алешина Н.Ю., Карасев С.Г. Биоремедиация черноземной почвы, загрязненной нефтью // Биотехнология 2005, № 2.

.        Карцева Н.Ю. Гигиеническая оценка процессов миграции и трансформации нефти в почве. Автореферат дис. к. б. н. Москва, 2006.165 c.

.        Киреева Н.А., Мифтахова А.М., Салахова Г.М. Рост и развитие яровой пшеницы на нефтезагрязненных почвах и при биоремедиации // Агрохимия. 2006, №1. С.85-90.

.        Колесников Б.П. Рекультивация техногенных ландшафтов // Человек и среда обитания. М.: Наука, 1974. С.220-232.

.        Кузнецов Ф.М., Козлов А.П., Середин В.В., Пименова Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв / ПГСХА, Пермь, 2003.196 с.

.        Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовников Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 1988.287 с.

.        Максимович Н.Г., Первова М.С. Особенности нефтяного загрязнения закарстованных территорий Пермского края // Сергеевские чтения. Международный год планеты Земля: задача геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии: Материалы годичной сес. научн. совета РАН по пробл. Геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (20-21 марта 2008 г.) М.: ГЕОС, 2008. Вып.10. С.224-228.

.        Назаров А.В., Илларионов С.А. Изучение причин фитотоксичности нефтезагрязненных почв // Альтернативная энергетика и экология 2005, №1.

.        Оборин А.А. Нефтезагрязненные биогеоценозы (процессы образования, научные основы восстановления, медико-экологические проблемы). Пермь, 2008. - 511 с.

.        Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учебное пособие для химических,

15.    химико-технологических и биологических специальностей вузов. М.:

.        Высшая школа, 2002.334 с.

.        Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат, 1988.271 с.

.        Российская энциклопедия по охране труда: В 3 т. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2007.

.        Салахова Г.М. Изменение эколого-физиологических параметров растений и ризосферной микробиоты в условиях нефтяного загрязнения и рекультивации почвы. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Уфа, 2007.24 с.

.        Справочник, под ред. З.В. Дриацкой [и др.], т.1-3, М., 1971-; Соколов В.А., Бестужев М.А., Тихомолова Т.В. Химический состав нефтей и природных газов в связи с их происхождением, М., 1972.

.        Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998.376 с.

.        Терентьев П.В., Ростова Н.С. Практикум по биометрии. С-Пб.: Изд-во СПбГУ, 1977.152 с.

.        Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. с.159-177.

.        http://eco. rian.ru

.        www.nakanune.ru

Приложение

Показатели развития проростков пшеницы