Влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта

кафедрой экологии и природопользования Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ).

ДОЛЖАНКИНА Людмила Владимировна, ведущий специалист по работе со студентами Омского филиала Сибирского университета потребительской кооперации, г. Новосибирск.

ДОНЕЦ Евгения Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования ОмГПУ.

Адрес для переписки: e-mail: aigrigoryew@mail.ru

Статья поступила в редакцию 16.10.2012 г.

© А. И. Григорьев, Л. В. Должанкина, Е. В. Донец

УДК 630*581:504.5(571.13) Е. В. ДОНЕЦ

А. И. ГРИГОРЬЕВ Л. В. ДОЛЖАНКИНА

Омский государственный педагогический университет

Омский филиал Сибирского университета потребительской кооперации, г. Новосибирск

ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ХВОЙНЫХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ВЕГЕТАЦИОННОГО ОПЫТА

В статье рассматривается влияние нефтяного загрязнения на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта.

Ключевые слова: семена, всхожесть, проростки, нефть, нефтяное загрязнение.

Загрязнение природной среды нефтью и продуктами ее переработки — острейшая экологическая проблема. Химическое загрязнение почвенного покрова происходит практически на всех стадиях технологического процесса нефтедобычи. Под влиянием нефти изменяется активность ряда ферментов, что сказывается на жизнедеятельности почвенного микробиоценоза.

От загрязнения нефтью и нефтепродуктами особенно страдают те районы, где производится добыча, транспортировка и переработка нефти. При этом загрязненные участки выпадают из хозяйственного пользования, а их самовосстановление — процесс длительный и может занимать не один десяток лет [1]. О масштабах загрязнения окружающей среды углеводородами нефти можно судить по объему потерь, которые составляют около трех процентов от добытой нефти [2, 3].

Закономерности динамики экосистем в условиях нефтяного загрязнения в подзоне южной тайги Западной Сибири слабо изучены. Знание их является непременным условием для составления научнообоснованного прогноза восстановления экосистем после прекращения техногенного воздействия, который должен предшествовать проведению мероприятий по рекультивации и других мер по охране природы. Один из путей решения рассматриваемой

проблемы — внедрение в систему экологического мониторинга методов комплексного исследования экосистем. Выявление тенденций в изменении внутренней организации структуры экосистем под влиянием антропогенного воздействия позволяет оценить отклонения основных параметров экосистем от нормы. При этом биотические компоненты (растительность и сообщества мелких млекопитающих) выступают надежными индикаторами состояния экосистем и степени их трансформации в результате антропогенных воздействий. Комплексное исследование экосистем позволяет получить более полную картину их антропогенных изменений.

На основании материалов исследований был установлен предельно допустимый уровень сырой нефти при прорастании семян изученных хвойных видов древесных растений. Установленные концентрации нефти, не влияющие отрицательно на рост и развитие древесных растений в фазе прорастание семян, могут быть использованы при определении предельных норм нагрузки нефтяного загрязнения на лесовозобновительные процессы.

Цель исследования: выявить закономерности влияния сырой нефти на прорастание семян хвойных видов древесных растений в условиях вегетационного опыта для прогнозирования лесовозобновительного процесса.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 ЭКОЛОГИЯ

ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012

Таблица 1

Дозы нефти, использованные в опыте

№ варианта Доза нефти

І 0 0

ІІ 0,01 0,0655

ІІІ 0,025 0,1631

IV 0,05 0,3005

V 0,075 0,4957

VI 0,1 0,7512

VII 0,125 0,8185

VIII 0,250 1,5024

IX 0,5 3,0048

X 0,750 4,9115

Научная новизна работы и теоретическая значимость результатов исследований. Впервые исследовано влияние нефтяного загрязнения в наиболее уязвимый период жизни древесных растений — на стадии прорастания семян.

Полученные результаты позволяют дополнить эколого-биологическую характеристику хвойных видов древесных растений по их устойчивости и являются основой для создания нормативной базы по контролю нефтяного загрязнения в лесных экосистемах.

Методика и объекты исследований. Объектом исследования являлись семена сосны обыкновенной, лиственницы сибирской и ели сибирской.

В качестве субстрата был использован промытый речной песок ^ = 0,5 мм). Перед внесением нефти был проведен расчет площади кюветы весовым методом и методом палетки.

Перед посевом был увлажнен песок. Каждый вариант опыта закладывался в трехкратной повторности. В каждой повторности равномерно высеивалось по 50 штук семян хвойных видов древесных растений.

В контроле была использована отстоянная водопроводная вода. Через сутки было произведено внесение нефти в следующих дозах (табл. 1) из расчета площади кюветы.

После закладки опыта наблюдения за ходом прорастания семян проводились ежедневно в течение 30 суток. Отмечались проросшие семена и наклюнувшиеся, а также некрозы, побурения корешков и хвои и гибель проростков.

Полученные экспериментальные данные были подвергнуты статистической обработке с вычислением основных статистических параметров .

\ X X X X X/

Существенность различий между вариантами устанавливалась путем вычисления критериев Стьюдента и Фишера

Сопряженный анализ всхожести семян хвойных видов древесных растений позволил отметить, что самая высокая всхожесть была характерна для сосны обыкновенной 80% в контроле, тогда как ель сибирская имела всхожесть 74% и самая низкая энергия прорастания была характерна для лиственницы сибирской 62% соответственно в контроле (табл. 2).

Существенное отставание в прорастании семян лиственницы сибирской мы связываем с особенностями анатомо-морфологического строения семенной кожуры, которая по своему строению, толщине и плотности, а также химическому составу (более повышенное содержание живицы) превосходит семенную оболочку сосны и ели. М. Г. Николаева [4] и А. Леопольд [5], также отмечали, что неглубокий физиологический покой обычно связан с недостаточным поступлением к зародышу кислорода, вызванным пониженной газопроницаемостью покровов. Сосна и ель, обладая более проницаемой семенной кожурой, оказываются наиболее доступными для поступления воды в зародыш семени и при этом складываются оптимальные экологические условия для начальных этапов прорастания семян. С этим, по нашему мнению, связана также толерантность семян лиственницы к нефтяному загрязнению в нашем опыте (рис. 1).

Резкое снижение всхожести исследуемых видов семян проявилось при концентрации нефти

0,01 л/м2, второй спад этого показателя наблюдал-

Таблица 2

Всхожесть семян и длина проростков хвойных видов древесных растений на конец опыта при проращивании в субстрате с содержанием различных концентраций нефти

Варианты опыта Концентрация нефти, л/м2 Виды хвойных древесных растений

Сосна обыкновенная Лиственница сибирская Ель сибирская

Число проросших семян, шт. Абсолютная всхожесть, % Число проросших семян, шт. Абсолютная всхожесть, % Число проросших семян, шт. Абсолютная всхожесть, %

I 0 120 80,00 93 62,00 111 74,00

II 0,01 93 62,00 78 52,00 87 58,00

III 0,025 89 59,33 80 53,33 81 54,00

IV 0,05 82 54,67 73 48,7 70 46,67

V 0,075 60 40,00 65 43,33 59 39,33

VI 0,1 23 15,33 39 26,00 15 10,00

VI 0,25 4 2,67 20 13,33 2 1,33

VIII 0,5 2 1,3 4 2,67

IX 0,75 2 1,33

Рис. 1. Всхожесть семян хвойных видов древесных растений при разных концентрациях нефти

ся при дозе нефти 0,075 л/м2. Значительная гибель началась у сосны и ели при концентрации нефти 0,025 л/м2, тогда как у лиственницы ингибирующий эффект проявился при более высокой дозе нефти в нашем опыте 0,5 л/м2.

Данное явление, возможно, следует рассматривать как проявление стресса от воздействия сырой нефти на физиологическое состояние прорастающих семян. При этом протоплазма клеток вначале отвечает на стресс резким усилением метаболизма [6, 7]. Повышение интенсивности дыхания, которое наблюдается в качестве стрессовой реакции, отражает попытку компенсировать уже появившиеся дефекты и создать ультраструктурные предпосылки для адаптации к новой ситуации, к новым нагрузкам. По этой причине стрессовая реакция — это проявление адаптационных возможностей на видовом уровне каждого отдельного проростка с деструктвными процессами в протоплазме, ведущими к её гибели.

Как видно из результатов опыта, не существует абсолютной устойчивости к нефтяному загрязнению, подобно тому, как нет устойчивости к газообразным загрязнителям воздуха, так и фитопатогенным возбудителям. Древесные растения не обладают наследственными защитными механизмами, препятствующими поглощению компонентов сырой нефти или их действию. Устойчивость к нефтяному загрязнению в период прорастания семян древесных растений проявляется специфически для каждого вида и отдельных особей в пределах вида. В основе этих специфических реакций лежат генотипические особенности видов и степень внутривидового полиморфизма.

В соответствии с современными представлениями, устойчивость организма к внешним факторам формируется из двух составляющих: способности избежать стресса и устойчивости к стрессу. По нашему мнению, способность избежать стресс опосредована в первом случае механизмами, влияющими на поглощение компонентов сырой нефти или снижению их токсичности. Во втором случае, генотипическая устойчивость к стрессу обусловлена действием механизмов, влияющих на способность проростков хвойных видов древесных растений противостоять действию нефтяного загрязнения. В данном

случае наследственные различия в устойчивости проростков к нефтяному загрязнению связана с биохимическими особенностями протоплазмы клеток. Поглощение компонентов сырой нефти может уменьшаться в результате действия специфических анатомических, физиологических и экологических факторов (температуры, влажности, освещённости и т.д.). Уменьшение токсичности определяется характером и скоростью физиологических и биохимических реакций, зависящих от экологических факторов в период прорастания семян.

Наряду с прямым воздействием необходимо учитывать и посредственное влияние сырой нефти на проростки, приводящее к образованию анаэробной среды за счёт тонкой нефтяной плёнки на водной поверхности. У изученных видов древесных растений адаптации к корневой аноксии, то есть к выживанию корешков проростков в анаэробной среде не имеется, как это имеет место у ряда видов древесных растений, таких как ив, некоторых видов ясеней, ольхи чёрной, болотного кипариса. Следует заметить, что при наступлении анаэробиоза в жизнедеятельности корневой системы наступают серьёзные нарушения, и тем сильнее, чем менее устойчиво древесное растение к корневой аноксии.

Общеизвестным является отрицательное влияние нефтяного загрязнения жизненным функциям древесных растений. Приспособляемость проростков хвойных видов древесных растений, способность их к саморегуляции при нефтяном загрязнении подвергается перегрузкам, так называемым стрессам. В зависимости от видовых особенностей, характера внутривидового полиморфизма наблюдается разная степень устойчивости к стрессовым нагрузкам при нефтяном загрязнении. По мнению В. Лархера [4], стресс — это всегда необычная нагрузка, которая не обязательно должна быть опасной для жизни, но которая непременно вызывает в организме «реакцию тревоги».

В целом, анализируя экспериментальные данные, следует отметить следующее: во-первых, индивидуальная изменчивость в более высокой степени проявляется в контроле и при слабых концентрациях нефти; во-вторых, более повышенной энергией прорастания отличается сосна обыкновенная;

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 ЭКОЛОГИЯ

ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012

в-третьих, реакция семян разных видов древесных растений на различные концентрации нефти не является однотипной, но во всех вариантах опыта носит отрицательный характер.

По результатам проведенных исследований можно признать, что наибольшей толерантностью к воздействию сырой нефти в фазе прорастания семян характеризуются семена лиственницы сибирской, наименьшей — семена ели сибирской и сосны обыкновенной.

Таким образом, в результате проведённых исследований можно отметить, что более высокая толерантность к нефтяному загрязнению присуща лиственнице сибирской, и более чувствительны ель сибирская и сосна обыкновенная.

Библиографический список

1. Солнцева, Н. П. Особенности загрязнения почв при нефтедобыче / Н. П. Солнцева, Ю. И. Пиковский // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. — Л. : Гидрометеоиздат, 1980. — С. 76 — 82.

2. Иванова, Н. А. Оценка экологического состояния почв при нефтяном загрязнении методами биоиндикации / Н. А. Иванова // Проблемы природопользования в районах со сложной экологической ситуацией. — Тюмень, 2003. — С. 139-141.

3. Булатов, В. И. Нефть и экология: научные приоритеты в изучении нефтегазового комплекса / В. И. Булатов // Аналит. обзор/ ГПНТБСОРАН,Югорский науч.-исследовательский институт информационных технологий. — Новосибирск, 2004. — 155 с.

4. Николаева, М. Г. Физиология глубокого покоя семян / М. Г. Николаева. — Л. : Изд-во Наука, Ленингр. отд-ние, 1967. —

260 с.

5. Леопольд, А. Рост и развитие растений / А. Леопольд. — М. : Мир, 1968. — 495с.

6. Лархер, В. Экология растений / В. Лархер. — М. : Мир, 1978. — 384 с.

7. Семихатова, О. А. Энергетика дыхания растений в норме и при экологическом стрессе: доложено на 48-х ежегодных Тимирязевских чтениях 3 июня 1987 года / О. А. Семихатова. — Л. : Наука, 1990. — 72 с.

ДОНЕЦ Евгения Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ).

ГРИГОРЬЕВ Аркадий Иванович, доктор биологических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой экологии и природопользования ОмГПУ. ДОЛЖАНКИНА Людмила Владимировна, ведущий специалист по работе со студентами Омского филиала Сибирского университета потребительской кооперации, г. Новосибирск.

Адрес для переписки: e-mail: aigrigoryew@mail.ru

Статья поступила в редакцию 16.10.2012 г.

© Е. В. Донец, А. И. Григорьев, Л. В. Должанкина

УДК 03.00.08 Д. А. КРАЕВ

Омский государственный педагогический университет

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

WEB-ГИС ТЕХНОЛОГИЙ________________________________

В этой статье даётся краткое описание WEB-ГИС приложений с открытым исходным кодом. Рассматривается необходимость использования ГИС в экологическом мониторинге. Рассматриваются организации, которые на региональном уровне проводят экологический мониторинг и/или контроль.

Ключевые слова: экологический мониторинг, WEB-GIS, GeoMixer, MapServer, Омская область, Тарский муниципальный район.

Продолжающееся ухудшение состояния окружающей природной среды, деградация природных систем жизнеобеспечения, а также возникновение негативных тенденций в экономическом развитии и медленные ответные действия общества привели к реальной опасности экологического бедствия.

В настоящее время мировое сообщество признает наличие на Земле крайне неблагополучной экологической обстановки. Это подтвердила Вторая конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), на которой прямо говорилось, что человечество вплотную придвинулось к возможности экологической катастрофы.

В связи с ростом хозяйственной деятельности человека и существенным изменением окружающей природной среды появляется острая необходимость в оценке ее состояния и степени благоприятности для человека и других живых существ. Окружающая природная среда может рассматриваться по отдельным компонентам (атмосфера, вода, почва, биота) и ландшафтам в целом. Обращение к ландшафтам, как цельным многокомпонентным геосистемам, связано со следующими преимуществами: 1) рассматривается весь комплекс взаимодействующих компонентов и межкомпонентных связей; 2) фиксируются все происходящие или ожидаемые изменения и послед-