Интенсивность гуттации как критерий оценки фитотоксичности нефтезагрязненной почвы

Общая оценка возможности использования ПС и ППС различных почв в зависимости от их морфо-лого-химического состояния по трассам Сахалинских проектов представлена в табл. 2. В ней рассмотрены основные критерии и параметры показателей, по которым проведена оценка основных типов почв.

Литература

1. Ивлев А.М. Особенности генезиса и биогеохимии почв Сахалина. - М.: Наука, 1977. - С. 143.

2. Нормативные материалы по рекультивации земель. - М., 1977. - 65 с.

3. ГОСТ 17.4.3.02-85. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

- М.: Изд-во стандартов, 1985.

4. Постановление Правительства РФ от 23.02.94 г. № 140 «О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы». - М., 1994.

5. Земельный кодекс РФ: принят Госдумой 28.09.01 г.: одобрен Советом Федерации 10.10.01 г.). Разд. 13.4. Ст. 13. П. 6-7.

6. Костенков Н.М., Ознобихин В.И., Гулецкий В.П. Классификация и характеристика почв СевероСахалинской низменности // Аграрная политика и технология производства сельскохозяйственной продукции в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. - Уссурийск, 2010. - Т. 2. - С. 78-84.

УДК 574.24:581.19 В.И. Полонский, Д.Е. Полонская, Т.С. Бородулина

ИНТЕНСИВНОСТЬ ГУТТАЦИИ КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ФИТОТОКСИЧНОСТИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ

ПОЧВЫ

В статье предложен новый подход к определению фитотоксичности нефтезагрязненной почвы, который включает посев в эту почву наклюнувшихся семян пшеницы, их проращивание, измерение в 1-, 3-, 4-суточном возрасте интенсивности гуттации и вычисление отношения этих величин. Чем ниже указанное отношение, тем выше уровень фитотоксичности почвы. Результаты исследований представляют интерес для специалистов сельского хозяйства.

Ключевые слова: пшеница, семена, проростки, интенсивность гуттации, биомасса растений, длина корней, побегов, листьев.

V.I. Polonsky, D.E. Polonskaya, T.S. Borodulina GUTTATION INTENSITY AS CRITERION FOR THE PETROPOLLUTED SOIL PHYTOTOXICITY ESTIMATION

New approach to the petropolluted soil phytotoxicity definition which includes sowing the sprouting wheat seeds in this soil, germination of them, guttation intensity measurement in 1-, 3-, 4-day age and calculation of the ratio of these values is offered in the article. The lower specified relation, the higher soil phytotoxicity level. The research results are of interest for the agricultural experts.

Key words: wheat, seeds, sprouts, guttation intensity, plant biomass, length of the roots, shoots, leaves.

Введение. В последнее время из-за многочисленных техногенных аварий, происходящих на планете, значительные территории подвергаются загрязнению нефтью и нефтепродуктами. При накоплении в почве поллютантов, уровень которых превышает возможности ее самоочищения, происходит ухудшение воднофизических свойств почв, создается опасность загрязнения подземных и поверхностных вод в результате вымывания нефтепродуктов из почвы и их растворения в воде, угнетается почвенная биота. Негативный эффект подобных аварий зарегистрирован для микроорганизмов, низших животных и растений [2-4,14]. При этом растения испытывают стресс и в зависимости от уровня содержания углеводородов в корнеобитаемой среде отстают в развитии, снижают продуктивность или даже погибают. Для принятия эффективных управленческих решений по дальнейшему использованию нефтезагрязненных земель, в частности, в растениеводстве, необходимо иметь представление о степени фитотоксичности таких почв.

Кроме прямого способа определения уровня фитотоксичности почв, основанного на химическом измерении концентрации указанных поллютантов в почве, существует несколько косвенных подходов, базирующихся на ответной реакции модельных организмов, в частности, растений.

1) Способ биотестирования, заключающийся в проращивании семян растений в нефтезагрязненной почве (опыт) и параллельно в чистой или обезвреженной почве (контроль), подсчете доли проросших семян и/или измерении длины корней в каждом варианте и вычислении отношения этих показателей в опыте к контролю [1,15]. Достоинствами указанного способа являются его простота и оперативность. К недостаткам способа нужно отнести его низкую чувствительность.

2) Метод, состоящий в выращивании тест-культур злаков в течение месяца в нефтезагрязненной почве (опыт) и параллельно в чистой почве (контроль), измерении длины корней, сухой биомассы корней и надземной части растений в каждом варианте и вычислении отношения (разницы) одного из указанных показателей в опыте к контролю [16-17]. Достоинствами метода являются его более высокая чувствительность по сравнению с указанным выше подходом. В качестве недостатка следует отметить значительную длительность, относительно высокую трудоемкость (особенно при измерении длины корней) и необходимость лабораторного оборудования для измерения сухой биомассы (весы, сушильный шкаф).

3) Способ, заключающийся в твердофазном титровании почвы путем ее смешивания с нефитотоксичным стандартом - натуральной почвой или искусственно приготовленной смесью, близкой по свойствам к испытуемой почве и установлении титра гигиены почвы по антидепрессии интенсивности гуттации (ИГ) проростков злаков [13]. Достоинством этого подхода является его очень высокая чувствительность, основанная на измерении активности работы нижнего концевого двигателя [11]. К недостатку нужно отнести высокую трудоемкость при приготовлении многочисленных вариантов с разными титрами почвы и техническую трудность в подборе нефитотоксичного стандарта, близкого по свойствам к испытуемой почве.

Как известно, на величину ИГ проростков оказывают сильное влияние разнообразные внешние стресс-факторы. Так, показана зависимость ИГ от условий освещения растений [8], температуры среды [9], величины рН в корнеобитаемом субстрате [6], концентрации алюминия в корневой зоне [11], степени засоления почвы [7], уровня влагообеспеченности растений [5,18], наличия в почве патогенных микроорганизмов [10].

Основным недостатком всех описанных выше биологических методов оценки фитотоксичности почв, включая измерение величины ИГ, является необходимость определения физиологических показателей растений при выращивании последних не только в загрязненной почве, но и в условиях фона (использование параллельного контрольного варианта).

Цель исследований. Упрощение основанного на измерении интенсивности гуттации проростков метода определения фитотоксичности нефтезагрязненной почвы.

Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследований использовали проростки яровой пшеницы Новосибирская 29. Семена высевали в пластиковые чашки с почвой, содержащей следующие концентрации сырой нефти: 0 (контроль); 0,3; 1,0; 3,0 и 9,0 г/кг сухой почвы. В 1-суточном возрасте, считая от появления всходов, чашки с растениями накрывали сверху пластиковыми стаканами для создания насыщенной влагой атмосферы и измеряли значение ИГ проростков, собирая капли воды на фильтровальную бумагу [11]. Время экспозиции составляло 1 ч. Указанные измерения повторяли ежедневно в течение 4 суток. В 5-суточном возрасте обычно у растений пшеницы появляется второй лист и, следовательно, проводить измерения ИГ в этом возрасте по причине двойных трудозатрат нецелесообразно.

В других экспериментах семена пшеницы высевали в чашки Петри с почвой, содержащей те же концентрации сырой нефти. После 4-суточного проращивания подсчитывали долю проросших семян и проводили измерения длины корня и побега проростков. Повторность четырехкратная. Кроме того, в трехлитровых вегетационных сосудах с почвой, содержащей указанные выше концентрации сырой нефти, в течение 40 суток (от всходов) выращивали растения пшеницы в условиях теплицы. По окончании опытов проводили измерения линейных размеров и массы отдельных органов растений. Повторность трехкратная. Результаты обработаны статистически с помощью пакета программ Microsoft Excel 2003.

Результаты исследований и их обсуждение. Зависимость величины ИГ проростков пшеницы в условиях различного уровня нефтезагрязнения почвы приведена в табл. 1. Можно видеть, что с повышением концентрации поллютанта происходит снижение активности данного показателя. При этом в 1 -суточном возрасте интенсивность рассматриваемого физиологического процесса у проростков из опытных вариантов начинает значимо отличаться от контроля при содержании нефти в почве 3,0 г/кг, а в 2-4-суточном возрасте этот факт отмечается уже при уровне нефтезагрязнения 0,3-1,0 г/кг. Последние величины соответствуют 13 ПДК [12] и говорят о высокой чувствительности показателя ИГ проростков к исследуемому поллютанту.

Рассматривая возрастную динамику ИГ, следует выделить, что как в контроле, так и в двух вариантах опыта с минимальным содержанием нефти в корнеобитаемой среде от 1-, 2- до 4-суточного возраста проростков, величина данного физиологического показателя увеличивалась. Соответственно для концентраций поллютанта 0,3-1,0 г/кг отношение ИГ, измеренной в 4-суточном возрасте, к ИГ, определенной в 1-суточном возрасте (ИГ4/ИГ 1), превышало единицу.

Таблица 1

Возрастная динамика интенсивности гуттации проростков пшеницы при различной концентрации нефти в почве (значения в колонках с разными буквами существенно различаются

между собой при Р<0,05)

Концентрация нефти в почве, г/кг Интенсивность гуттации, мг/10 проростков в час по суткам от всходов

1 2 3 4

0 (контроль) 238±4,4а 280±3,6а 366±4,4а 400±3,6а

0,3 238±4,4а 238±5,2б 280±3,6б 366±4,4б

1,0 238±3,6а 238±4,4б 280±2,5б 366±5,2б

3,0 178±5,2б 178±3,6в 178±2,5в 178±2,5в

9,0 178±2,5б 178±4,4в 110±4,4г 110±3,6г

При этих же уровнях нефтезагрязнения почвы по сравнению с контролем не регистрировалось отрицательного влияния поллютанта на ростовые параметры как прорастающих семян, так и взрослых растений. Не было отмечено снижения доли проросших семян, размера побега и длины максимального корня (табл. 2), а также не было найдено достоверного снижения длины и площади листьев главного побега, сухой биомассы надземной части растений (табл. 3).

Таблица 2

Характеристика прорастающих семян пшеницы при различных уровнях нефтезагрязнения почвы

Концентрация нефти, г/кг Доля проросших семян, % Длина побега, мм Длина максимального корня, мм

0 (контроль) 90±0,6а 52,5±1,3в 78,0±0,8в

0,3 92±0,8а 57,8±1,0г 74,5±0,6бв

1,0 94±0,2б 54,8±2,2вг 75,8±2,2бв

3,0 91±0,5а 57,8±1,2г 85,5±1,5г

9,0 80±0,9в 25,4±1,4а 54,7±0,2а

Следовательно, можно заключить, что при указанных концентрациях поллютанта (0,3-1 г/кг), по крайней мере, для пшеницы почва не является фитотоксичной, а условия корнеобитаемой среды, когда отношение ИГ 4/ИГ 1 превышает единицу, свидетельствуют об отсутствии фитотоксичности почвы.

Таблица 3

Ростовые показатели пшеницы при разных уровнях нефтезагрязнения почвы (значения в колонках с разными буквами существенно различаются между собой при Р<0,05). Возраст растений 40 суток

от всходов

Концентрация нефти, г/кг Длина третьего листа, см Длина четвертого листа, см Длина пятого листа, см Площадь листьев главного побега одного растения, см2 Сухая масса надземной части 10 растений, г Длина колоса главного побега, см

0 37,0±1,6а 35,0±1,2а 26,9±1,1а 45,4±0,9а 2,6±0,2а 5,5±0,3а

0,3 38,6±1,5а 31,8±1,2аб 25,6±0,8аб 49,8±0,7б 2,6±0,2а 6,1±0,4а

1 35,1±1,6аб 30,7±1,0аб 23,8±1,0аб 45,8±1,1а 2,0±0,2а 5,6±0,6а

3 32,7±1,4аб 29,1±0,9бв 22,9±0,7аб 37,6±0,8в 1,6±0,1б 6,4±0,3а

6 29,6±1,5б 25,7±0,9в 20,9±1,5б 32,9±0,5г 1,2±0,1в 3,9±0,3б

9 16,0±1,4 13,5±0,9 12,6±1,0 15,7±0,8 1,0±0,1 3,0±0,1

При содержании нефти в почве, равном 3 г/кг, величина ИГ с возрастом проростков не изменялась (табл. 1), при этом, естественно, отношение ИГ4/ИГ1 равнялось единице. По всей вероятности, при данной концентрации поллютанта регистрировался низкий (начальный) уровень фитотоксичности почвы. Последнее можно заключить из того факта, что ход различных физиологических показателей при указанном уровне нефтезагрязнения по сравнению с контролем имел противоположную направленность: для одних парамет-

ров растений было характерно отсутствие реакции либо ее стимулирование, а для других отмечалось ингибирование. Так, доля проросших семян не изменялась, длина побегов и корней возрастала (табл. 2), значения длины 4-го листа, площади листьев главного побега и надземной части биомассы растений достоверно снижались, а длина 3-го и 5-го листьев, длина колоса главного побега не уменьшались (табл. 3).

При более высоких концентрациях нефти в почве (9 г/кг) происходило снижение величины ИГ 3- и 4-суточных проростков относительно 1-суточных и соответственно в данном случае отношение ИГ4/ИГ1 было меньше единицы. При этом же уровне нефтезагрязнения корнеобитаемой среды относительно контроля отмечалась только отрицательная реакция как прорастающих семян, так и 40-суточных растений пшеницы. Это может свидетельствовать о высоком уровне фитотоксичности почвы с содержанием нефти 9 г/кг (табл. 2-3).

Таблица 4

Отношение интенсивностей гуттации проростков и соответствующий уровень фитотоксичности

почвы при ее загрязнении нефтью

Показатель* Относительный уровень фитотоксичности нефтезагрязненной почвы

ИГ4 / ИГ 1 > 1 Отсутствие токсичности

ИГ4 / ИГ 1 = 1 Низкий уровень

ИГ4 / ИГ 1 < 1 Высокий уровень

ИГ4 / ИГ 1 = 0 Очень высокий уровень

*ИГ1 - интенсивность гуттации 1-суточных проростков; ИГ4 - интенсивность гуттации, измеренной в 3- или 4-суточном возрасте растений.

Логично предположить, что при дальнейшем повышении уровня поллютанта при некотором избыточном содержании нефти в почве величина ИГ 3- и 4-суточных проростков неминуемо снизится до нулевого значения. По всей вероятности, этот уровень поллютанта, при котором отношение ИГ4/ИГ1 равно нулю, будет соответствовать очень высокому уровню фитотоксичности почвы.

Таким образом, в качестве критерия оценки фитотоксичности нефтезагрязненной почвы можно использовать отношение величины ИГ, измеренной в 3-4-суточном возрасте проростков пшеницы, к величине ИГ, полученной для 1-суточных растений. При этом оценку уровня фитотоксичности почвы необходимо осуществлять в соответствии с градацией, представленной в табл. 4.

Эффект от внедрения предложенного способа может состоять в экономии материальных средств и времени при анализе почвенных образцов на уровень их фитотоксичности в результате нефтезагрязнения.

Литература

1. Практикум по физиологии растений / В.Б. Иванов, И.В. Плотникова, Е.А. Живухина [и др.]. - М., 2001.

- 158 с.

2. Иларионов С.А., Назаров А.В., Калачникова И.Г. Роль микромицетов в фитотоксичности нефтезагряз-ненных почв // Экология. - 2003. - № 5. - С. 341-346.

3. Карташев А.Г., Козлов К.С., Грязнов А.Г. Влияние нефтезагрязнений на выживаемость дождевых червей // Сиб. экол. журн. - 2006. - № 5. - С. 629-637.

4. Влияние эмульгированных нефтепродуктов на разновозрастных Cladocera / Д.В. Лозовой, М.Н. Саксонов, А.Э. Балаян [и др.] //Сиб. экол. журн. - 2006. - № 5. - С. 619-622.

5. Полонский В.И. Неповреждающий метод определения засухоустойчивости пшеницы и ячменя //Докл. ВАСХНИЛ. - 1988. - № 5. - С. 13-16.

6. Полонский В.И. Метод оценки пшеницы на устойчивость к кислым почвам // Докл. РАСХН. - 2000. -

№ 5. - С. 9-10.

7. Полонский В.И. Способ оценки ячменя на устойчивость к засолению // Селекция и семеноводство. -

2002. - Вып. 2. - С. 19-21.

8. Полонский В.И. Активность работы нижнего концевого двигателя как показатель физиологического

состояния растений // Докл. РАСХН. - 2005. - № 4. - С. 19-21.

9. Полонский В.И., Калинина Л.М. Определение холодоустойчивости овощных культур по интенсивности

гуттации проростков // С.-х. биология. - 1988. - № 3. - С. 93-96.

10. Полонский В.И., Полонская Д.Е. Оценка устойчивости ячменя к возбудителям корневой гнили по интенсивности гуттации // Микология и фитопатология. - 1995. - Т. 29. - Вып. 5-6. - С. 55-60.

11. Полонский В.И., Сурин Н.А. Оценка зерновых злаков на устойчивость к неблагоприятным экологическим факторам. - Новосибирск, 2003. - 128 с.

12. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в почве. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. - М., 2006.

13. Способ определения фитотоксичности почвы: а. с. СССР № 682183 / Э.-Х.А. Реппо. - БИ 1979. -№ 32.

14. Чупахина Г.Н., Масленников П.В. Адаптация растений к нефтяному стрессу // Экология. - 2004. - № 5.

- С. 330-335.

15. Хейдеккер У. Регулирование внешней среды. - М., 1961. - 238 с.

16. Screening of PANs and DDTs in sand and acrisols soil by a rapid solid-phase microalgal bioassay / M.K. Chung, R. Hu, K.C. Cheung [at el] // Ecotoxicology. - 2007. - Vol. 16. - № 3. - P. 429-438.

17. Issoufi I., Rhykerd R.L., Smiciklas K.D. Seedling growth of agronomic crops in crude oil contaminated soil // Journal of Agronomy and Crop Science. - 2006. - Vol. 192. - № 4. - P. 310-317.

18. Polonskiy V.I., Polonskaya J.E. Water uptake rate as a possible criterion to evaluate plants for resistance to stress factors // Root ecology and its practical application. - Austria, Vienna: University Bodenkulture, 1991. -P. 763-766.

УДК 631.4(571.16) В.Н. Жуланова, Н.П. Аюшинов

СОВРЕМЕННАЯ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ЛОКАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА

НА ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОЙ ТЕРРИТОРИИ ТУВЫ

В статье приведены результаты агроэкологического мониторинга чернозема южного на Турано-Уюкской и Улуг-Хемской котловинах Тувы. Дана статистическая оценка химических и физико-химических показателей по профилю чернозема южного в условиях пахотного и пастбищного использования.

Ключевые слова: почвенный мониторинг, почва, чернозем южный, почвенный профиль, морфологические признаки, гумус, слой, почвенный горизонт.

V.N. Zhulanova, N.P. Ayushinov

MODERN MORPHOGENETIC CHARACTERISTICS OF SOIL LOCAL MONITORING ON THE TUVA AGRICULTURAL TERRITORY

The results of southern chernozem agroecological monitoring on the Turano-Uyuksky and Ulug-Khemsky hollows in Tuva are given in the article. The statistical estimation of chemical and physical and chemical indicators on the southern chernozem profile in the conditions of arable and pasturable use is given.

Key words: soil monitoring, soil, southern chernozem, soil profile, morphological properties, humus, layer, soil horizon.

Введение. Важнейшим условием стабильного земледелия является оценка ресурсной базы сельского хозяйства и агрономически значимых параметров свойств почв, определяющих их плодородие.

В Туве сельскохозяйственное производство приурочено к межгорным котловинам, среди которых Центрально-Тувинская считается наиболее освоенной. Длительное использование здесь почв при низком уровне агротехнических и агромелиоративных технологий привело к их деградации. Спад сельскохозяйственной деятельности, произошедший после 1990 г., сопровождается в настоящий период существенным сокращением площади пашни и переводу ее в залежь. Это определяет смену процессов деградации почв процессами их восстановления. Новые тенденции в землепользовании региона требуют оценки состояния и