Влияние нефтяного загрязнения на фитотоксичность светло-каштановых почв Калмыкии

УДК. 504.054: 622.276 ББК 20.1

Л.Х. Сангаджиева, Ц.Д. Даваева, А.А. Булуктаев

ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ФИТОТОКСИЧНОСТЬ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ КАЛМЫКИИ

Аннотация. Изучено негативное влияние нефтяного загрязнения на биологические свойства светло-каштановых почв. Выявлены фитотоксические свойства не-фтезагрязненных почв. Изучено влияние нефтяного загрязнения на рост и развитие растений. Нефть негативно влияет на показатели продуктивности растений, так уменьшилась длина корня, длина стебля, количество проросших растений.

Ключевые слова: модельный опыт, нефтяное загрязнение, светло-каштановая почва, фитотоксичность, развитие растений, Калмыкия.

L.Ch. Sangadzhieva, Ts.D. Davaeva, A.A. Buluktaev

INFLUENCE OF OIL POLLUTION ON PHYTOTOXICITY OF LIGHT BROWN SOILS OF KALMYKIA

Annotation. Negative influence of oil pollution on biological properties of light brown soils is studied. Phytotoxic properties of the petropolluted soils are revealed. Influence of oil pollution on body height and development of plants is studied. Oil negatively influences such indicators of plants as the root length, the stalk length, the quantity of the sprouted plants, they decrease.

Keywords: model experience, oil pollution, light brown soil, phytotoxicity, development of plants, Kalmykia.

Экологическая ситуация, сложившаяся в настоящее время в Российской Федерации, показывает, что реализующаяся на базе существующей концепции охраны окружающей среды политика обеспечения экологической безопасности в полной мере не решает двух основных задач: не предотвращает загрязнение экологических систем и не избавляет от угрозы деградации и истощения природных ресурсов. В последние годы, в связи со спадом производства, повышением степени очистки выбросов и сбросов, имеет место некоторое снижение вредного воздействия на окружающую среду, однако в целом кардинального улучшения экологической ситуации не происходит.

В мире ежегодно добывается более 4,0 млрд. тонн сырой нефти, при добыче, транспортировке и переработке которой теряется около 50 млн. тонн нефти и нефтепродуктов.

Исследованиями различных авторов установлено, что загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами приводит к замедлению роста и развития растений и почвенных водорослей, снижению урожайности сельскохозяйственных культур [1, с. 21-25], [2, с. 137], [3, с. 68-71], [4, с. 32], [5, с. 86-91], [6, с. 64-69], [7, с. 616-620] [8, с. 15-19.].

Нефтепродукты токсичны для растений даже в относительно низких концентрациях [10, с. 34-35]. Более того, даже сублетальные концентрации загрязнителя в значительной мере тормозят их рост.

Ингибирующее влияние нефти на рост и развитие растений обусловлено нарушением экологический обстановки в почвенной среде: изменением воздушного и гидро-

термического режимов, агрохимических свойств, связыванием нефтью биогенных элементов - фосфора, азота и т.д.

Уровень фитотоксичности почв зависит также от физико-химических характеристик и специфической чувствительности применяемых биотестов.

В литературе отмечается различная реакция растений на нефть в зависимости от их биоморфы и систематической принадлежности [9, с. 64-73], [11, с. 159-168].

Объекты и методы исследования

Полевой опыт проводился на территории учебно-опытного поля Калмыцкого государственного университета методом микроделянок на светло-каштановой средне-засоленной, среднесуглинистой почве, загрязненной товарной нефтью Восточно-Камышинского месторождения, в результате разлива на территорию нефти методом бороздок. Содержание нефти в почве составило 2,5, 5, 10% от массы почвы. Контролем служили образцы почв с незагрязненного участка. На нефтезагрязненном участке были заложены опытные делянки. Делянки подвергнуты рекультивации с внесением орга-но-минеральных удобрений в количестве №30P60K30 (мочевины 60 г, суперфосфата 113 г, сульфата калия 67 г на 1 м2) для ускорения разложения нефти в почве. В своих исследованиях по подбору культур мы исходили из реальных почвенно-климатических условий региона и выбрали кострец безостый (Bromopsis inermis Leys.). Семена костреца были посажены в апреле 2012 года, продолжительность опыта 9 недель.

Модельный опыт проводился на кафедре химии Калмыцкого государственного университета. Светло-каштановая почва была отобрана с учебно-опытного поля КалмГУ. Почву загрязняли различными концентрациями нефти 2,5, 5, 10% от массы почвы. Нефть Восточно-Камышинского месторождения разбавленная 1:1 мазутом. Почвы подвергнуты рекультивации с внесением органо-минеральных удобрений в количестве (мочевины 0,3 г, суперфосфата 0,6 г, сульфата калия 0,3 г) для ускорения разложения нефти в почве. Для изучения фитотоксичности загрязненных почв был взят тест-организм - кукуруза (Zea mays L.). Семена были посажены в апреле 2012, продолжительность опыта 20 дней. Почву инкубировали в вегетационные емкости. Необходимую влажность почвы поддерживали путем добавления водопроводной воды. На протяжении опыта (20 дней) поддерживалась температура 25 - 26°С и рассеянный солнечный свет в течение 16 ч в сутки.

О фитотоксичности почв судили по изменению показателей прорастания семян костреца и кукурузы (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длина корней, длина зеленых проростков).

Результаты исследования

Влияния нефтяного загрязнения на фитотоксичность светло-каштановой почвы в условиях полевого опыта

Для костреца было проведено наблюдение динамики роста в течение вегетационного периода. Всходы появились дружно в контроле и в нефтезагрязненной почве 2,5 и 5% к концу второй недели. Причем на контроле проросло значительно больше растений, чем на загрязненных участках. При концентрации нефтяного загрязнения 10% семена костреца не проросли. Максимальный рост костреца наблюдался на 8 - 9 неделе. Одним из факторов, который обычно учитывается при решении вопроса о фитомелиорации и сельскохозяйственного использования загрязненных нефтепродуктами земель, является негативное влияние почвы на рост и развитие растений. В концентрациях 2,5, 5 и 10% нефть обладала токсическим действием на семена растений. Растения, посаженные на этом участке, отличались от контроля (табл. 1).

Таблица 1

Изменение эколого-биологических свойств светло-каштановых почв при нефтяном загрязнении

Почва Содержание Сорг.,% рН Всхожесть,% Высота растения, см Длина корня, см

контроль 0,64 7,87 100 48,2±2,1 11,0±1,7

нефть 2,5% 0,80 7,98 67 37,5±1,6 9,4±1,2

нефть 5% 0,87 8,26 31 33,0±1,4 8,1±0,9

нефть 10% 1,05 8,42 - - -

Исходя, из полученных данных, следует отметить, что нефтяное загрязнение негативно повлияло на морфометрические показатели растений: уменьшилась длина стебля; уменьшилась длина корня, а также отрицательное действие выявлено и на компонентах структуры урожая: уменьшилось число проросших растений; уменьшилась общая биомасса растений.

Многие компоненты нефти, являясь аналогами биотических углеводородов, могут легко усваиваться через корневую систему растений и создавать тем самым повышенные уровни их содержания в биомассе. Чем больше токсических ингредиентов в атмосфере, тем больше их аккумуляция в почве и растениях.

Загрязнение почвы нефтью приводит к ухудшению ее состояния. В нефтезагряз-ненных образцах содержание органического углерода (Сорг.) по сравнению с контролем резко возросло, увеличилось значение рН. Среди свойств почвы, влияющих на фильтрацию нефти, важна ее влажность, поскольку при увлажнении почв происходило увеличение содержания органического углерода. Изменение содержания органического углерода (Сорг.) происходит следующим образом. Сорг. накапливался в почвах в результате деструкции нефти.

Влияния нефтяного загрязнения на фитотоксичность почвы в условиях модельного опыта

Первые проростки кукурузы появились на 5 день, семена проросли на контроле, и на загрязненных участках 2,5% и 5%, причем на контроле проросло значительно больше семян, чем на загрязненных участках. На 10-й день на контроле у кукурузы проросли все посаженные семена, средняя длина стебля составила 16,3±1,3 см. На загрязненном 2,5% также проросли все посаженные семена, но у проростков наблюдался более замедленный рост, средняя длина стебля составила 6,9±0,8 см. При загрязнении 5% проростки растений имели нехарактерный желтый цвет, средняя длина стебля 6,2±0.6 см. При загрязнении 10%, проростки кукурузы не проросли. Влияние нефтяного загрязнения на рост и развитие кукурузы представлены в таблице 2.

Таблица 2

Изменение морфометрических параметров кукурузы под влиянием нефтяного загрязнения в условиях модельного опыта

Опыт 5 день 10 день 15 день 20 день

Всхо- жесть% Длина стебля, см Всхо- жесть% Длина стебля, см Всхо- жесть% Длина стебля, см Всхо- жесть% Длина стебля, см

контроль 90 1,1±0,4 100 16,3±1,3 100 20,7±2,1 100 25,5±2,7

нефть + мазут2,5% 18 0,4±0,2 100 6,9±0,8 90 15,4±1,2 82 20,1±2,1

нефть + мазут5% 18 0,3±0,1 90 6,2±0,6 90 13,9±0,9 73 18,3±1,5

нефть + мазут10% нет - нет - нет - нет -

Исходя из полученных данных, следует отметить, что нефтяное загрязнение в модельном опыте, негативно влияет на рост и развитие кукурузы. Чем выше концентрация внесенной нефти, тем сильнее прослеживается эта зависимость.

При нефтяном загрязнении происходит накопление Сорг. в результате деструкции нефти, подщелачивание почвы, что в целом влияет на биологические показатели почв. Установлено негативное влияние нефтяного загрязнения на углеродный обмен - замедляется разложение растительных остатков, происходит накопление в почве органического вещества в форме гумуса и запасенной в нем энергии, нарушается азотный режим, вследствие подавления нитрификации и азотфиксации, что приводит к азотному голоданию, изменяется интенсивность дыхания почвы.

Выводы

1. Таким образом, нефтяное загрязнение негативно влияет на почвы как полевого, так и модельного опытов. Доказано что загрязнение нефтью в количестве 10% от массы почвы полностью подавило развитие растений.

2. Загрязнение почв нефтью ведет к ухудшению их эколого-биологических свойств. Как правило, наблюдается прямая зависимость между содержанием загрязняющего вещества и степенью ухудшения исследуемых свойств почвы.

3. Установлено что загрязнение светло-каштановой почвы нефтью и нефтепродуктами приводит к снижению показателей прорастания и интенсивности начального роста растений. Всхожесть, энергия, дружность и скорость прорастания, длина корней и побегов снизились во всех вариантах эксперимента.

Список литературы

1. Андерсон Р.К. и др. Экологические последствия загрязнения почв нефтью // Экология. - 1980. №6. - С. 21-25.

2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем //Под ред. Р.Шуберт. - М.: Мир. - 1988. - 137 с.

3. Гайнутдинов М.З., Храмов И.Т., Гилязов М.Ю. Загрязнение почв нефтепромысловыми сточными водами. //Химия в сельском хозяйстве. - № 3. - 1985. - С. 68-71.

4. Гецен М.В., Груздев Б.И. Программный проект «Экология и охрана восточноевропейских тундр». - Сыктывкар. - 1992. - 32 с.

5. Кабиров Р.Р., Манибаев Р.Г. Влияние нефти на почвенные водоросли // Почвоведение. - 1992. - №1. - С.86-91.

6. Киреева Н.А., Митрофанова А.М., Кузяхметов Г.Г. Влияние загрязнения нефтью на фитотоксичность серой лесной почвы // Агрохимия. - 2001. - №5. - С.64-69.

7. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Татосян М.Л., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного // Почвоведение. - 2006. - №5. - С.616-620.

8. Крючков В.В. Рекультивация нарушенных земель на Севере // Журнал «Природа». -М.: Наука. - 1985. - №7. - С.15-19.

9. Назарюк В.М., Кленова М.И., Калимуллина Ф.Р. Роль минерального питания в повышении продуктивности растений и регулировании пищевого режима почвы, загрязненной нефтью // Агрохимия. - 2007. - №7. - С.64-73.

10. Плещева О.В. Морфологические нарушения фитоценоза растительных сообществ естественного формирования на участках нефтяных загрязнений почв // Бактериальный фильтр Земли: Тез. докл. семинара. 30-31 мая 1965. - Пермь. - 1985. - С.34-35.

11. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. - С. 159-168.