Рост и развитие сорных растений в условиях техногенного загрязнения почвы

Рост и развитие сорных растений в условиях техногенного загрязнения почвы

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.