Экспериментальное изучение фитотоксичности нефтяных загрязнений
Состав нефти, причины загрязнения почвы. Последствия действия нефти на почвы. Результаты изучения влияния нефтяного загрязнения воды на прорастание семян лука, прорастание и развитие пшеницы. Устойчивость видов луговых растений к нефтяному загрязнению.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.04.2013 |
| Размер файла | 409,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
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 (http://eco. rian.ru). Еще один пример: 14.05.2008 произошла утечка нефти из недействующего дюкерного перехода "Маяк-Оса" через реку Тулва. Объем утечки - 0,8 кубометров нефти (www.nakanune.ru). В апреле 2009 года произошел прорыв на магистральном нефтепроводе "Холмогоры-Клин" в Чусовском районе Пермского края, приблизительный объем разлившейся нефти - 63 кубометра (http://eco. rian.ru).
Это случаи только по Пермскому краю, да и то далеко не все. А что же тогда по всей России? По всему миру? Загрязнение нефтью и продуктами ее переработки наносит колоссальный ущерб окружающей среде.
С загрязнением такого рода нужно бороться, но зачастую существующие методы рекультивации загрязненных нефтью почв не всегда эффективны и правильны. Проблема состоит в недостаточной изученности данного вопроса. Для понимания механизмов влияния нефти на живые организмы, нужно тщательно рассмотреть изменение организма под действием нефти на различных уровнях строения. Предварительно можно выдвинуть гипотезу, что растения имеют адаптации к умеренному нефтяному загрязнению, причем разные виды обладают разной устойчивостью.
Целью нашей работы является экспериментальное изучение влияния нефтяного загрязнения на растения.
Задачи данного исследования:
1) изучить фито - и цитотоксический эффект действия нефтяного загрязнения воды на прорастание семян лука;
2) проанализировать особенности развития проростков пшеницы на почве, загрязненной нефтью в разных концентрациях;
3) сопоставить устойчивость разных видов луговых растений к нефтяному загрязнению почвы.
Автор выражает искреннюю признательность студентке II курса биологического факультета ПГУ, выпускнице МОУ "Лицей №2" г. Перми Елене Новожиловой за консультации и помощь в оценке митотического индекса, лаборанту кафедры экологии ПГСХА Быстрых Ксении Анатольевне за помощь в постановке эксперимента на фитотоксичность нефтезагрязненных почв.
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Состав нефти
Нефть (через тур. neft, от перс. нефт) - горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространённая в осадочной оболочке Земли, являющаяся важнейшим полезным ископаемым. Образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубинах более 1,2-2 км (Большая советская энциклопедия, 1969-1978).
Нефти классифицируются по содержанию в них углеводородов (химическая классификация); по содержанию серы, парафинов и качеству получаемых продуктов (технологическая классификация). По химическому составу делятся на парафиновые, нафтеновые и смешанные. Содержание ароматических углеводородов, как правило, не превышает 15% (Российская энциклопедия по охране труда, 2007).
Нефть - сложная смесь алканов (парафиновые или ациклические насыщенные углеводороды), некоторых цикланов (нафтенов) и ароматических углеводородов различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. Углеводородный состав нефти изменяется в различных месторождениях. Бензиновые и керосиновые фракции большинства месторождений нефти России характеризуются значительным содержанием алканов (свыше 50%). Во фракциях отдельных месторождений преобладают нафтеновые углеводороды (50-75%). Содержание ароматических углеводородов в бензиновых и керосиновых фракциях нефти колеблется от 3 до 15% и от 16 до 27% соответственно. Масляные дистилляты иногда значительно различаются по углеводородному составу. Наибольшим содержанием ароматических углеводородов (в некоторых случаях до 53-65%) отличаются фракции высокосернистых нефтей. Часто нефти характеризуются значительным содержанием твёрдых углеводородов, состоящих в основном из углеводородов нормального строения. Кислородные соединения содержатся в нефти в виде нафтеновых кислот и асфальтово-смолистых веществ, состоящих из асфальтов и смол (на их долю приходится свыше 90% содержащегося в нефти кислорода). К сернистым соединениям относятся сероводород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны, а также полициклические сернистые соединения разнообразной структуры. Азотистые соединения - это, в основном, гомологи пиридина, гидропиридина и гидрохинолина. Компонентами нефти являются также газы, растворённые в ней, вода и минеральные соли. Газы состоят из углеводородов, содержащих в цепи 1-4 атома углерода; их содержание - в пределах от десятых долей процента до 3% (по массе). Содержание золы (минеральных веществ) в нефти не превышает десятых долей процента. В составе нефтяной золы найдены многие элементы (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Na и др.) (Соколов В.А., 1972).
1.2 Загрязнение почвы нефтью
Как известно, увеличение объемов добычи нефти, строительство нефтепроводов и нефтеперерабатывающих заводов приводит к увеличению площади загрязненных нефтью земель. Почва, обладающая огромной адсорбирующей способностью, аккумулирует в себе большую часть нефтяных загрязнений, изменяются ее физические, агрохимические и микробиологические характеристики. В результате утрачивается сельскохозяйственное значение угодий (Карасева Э.В., 2005).
Причинами являются многочисленные очаги загрязнения поверхности почвы, возникающие при ремонтах скважин, прорывах нефтепроводов, утечки нефти через неисправную арматуру, некачественной ликвидации последствий аварийных ситуаций, сбросе загрязненных вод за обваловку с промплощадок скважин. Нефтеперерабатывающие предприятия загрязняют грунты и подземные воды в результате фильтрации нефтепродуктов из шламохранилищ (Кузнецов Ф.М., 2003).
В зависимости от степени загрязнения нефтепродукты могут проникать на разную глубину, вызывая при этом изменения, как в верхних, так и в нижних горизонтах почвы. Вертикальное продвижение нефтепродуктов вдоль почвенного профиля создает хроматографический эффект, приводящий к их дифференциации: в гумусо-аккумулятивных горизонтах сорбируются высокомолекулярные компоненты, содержащие смолисто-асфальтеновые и циклические соединения; легкие углеводороды проникают в нижние минеральные горизонты, где в анаэробной обстановке они могут сохраняться длительное время.
Опытным путем установлено, что нефть при разливах, попадая в грунт, опускается вертикально под действием силы тяжести, одновременно она растекается вширь, проникая в поры грунта, достигает грунтовых вод и продвигается по поверхности на дальние расстояния (Карцева Н.Ю., 2006).
1.3 Последствия действия нефти на почву
Нефть и нефтепродукты являются одними из распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды. Загрязнение нефтью почвы сопровождается сильным негативным воздействием на растения, из-за изменения ее физико-химических свойств, главным образом, из-за увеличения гидрофобности и заполнения нефтью почвенных капилляров и прямого токсического действия углеводородов нефти (фитотоксичности), обусловленного развитием в ней микромицетов, образующих токсины (Назаров А.В., 2005).
Полевые исследования показали, что при нефтяном загрязнении происходят существенные сдвиги в морфологических и агрохимических свойствах почвы. Происходит склеивание структурных отдельностей, сильно нарушается аэрация, создаются анаэробные условия, нарушается окислительно-восстановительный потенциал. Почва теряет способность впитывать и удерживать влагу. Резко увеличивается содержание углерода в почве за счет углерода нефти, что приводит к нарушению соотношения между углеродом и азотом. Весьма существенные изменения происходят в содержании поглощенных катионов кальция и магния. Как результат этого - при загрязнении нефтью снижается степень насыщенности основаниями, и, особенно, емкости поглощения. В загрязненной почве обнаружено снижение нитрификационной способности, уменьшение содержания нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия.
Исследованиями установлено, что утрата плодородия почвы связана как с непосредственным гербицидным влиянием легких фракций нефти, так и с ухудшением агрохимических, агрофизических и биологических свойств почв вследствие гидрофобизации замазученных почв.
Нефтяное загрязнение почвы приводит к глубоким изменениям всех свойств почвы, в результате чего нарушается ее плодородие. Это ухудшение водно-воздушных, физико-химических свойств почвы, ее поглотительной способности, а также снижение содержания элементов минерального питания растений. Данные проведенных исследований показывают, что около 40 - 50% химических загрязнителей остаются в почве. Их остатки соединяются с гумусом. Анализ данных литературы показал, что от разлива нефти в почве утрачивается гумус, что делает почву мертвой и плодородие восстанавливается только через несколько лет после загрязнения почвы.
При низкой вязкости нефть обладает способностью покрывать тончайшей пленкой значительные участки земной поверхности и оказывает влияние на кислородный режим поверхностных слоев.
При насыщении почвы нефтью происходит понижение уровня фитазной активности почвы, что вызывает замедление минерализации фосфорорганических соединений. Вследствие этого уменьшается содержание подвижного фосфора и наблюдается некоторое накопление фосфорорганических соединений в почве. Все это отрицательно влияет на интенсивность микробиологических и биохимических процессов самоочищения почвы. Почва обогащается сероуглеродом, в ней возрастает численность анаэробных и спорообразующих микроорганизмов.
Результаты исследований показали, что загрязнение черноземов нефтепромысловыми сточными водами превращает, на первоначальном этапе, экосистему в техногенную пустыню. Здесь отмечается полная гибель растительности, полное исчезновение мезофауны, резкое снижение численности мелких членистоногих и биологической активности микрофлоры.
Большую опасность представляют собой перенос нефти с талыми водами, а также способность ее к миграции в почвенном профиле. При значительной степени загрязнения происходит нарушение экологического равновесия, проявляющееся в изменении почвообразовательных процессов и веками складывающихся биоценозов. В некоторых случаях эти изменения приводят к необратимым последствиям - гибели растительного покрова, микроорганизмов почвы и т.д. (Карцева Н.Ю., 2006).
1.4 Фитотоксичность нефти
Влияние нефти и нефтепродуктов на окружающую среду носит неоднозначный характер, а токсичность нефти и ее продуктов не всегда очевидна. Небольшие количества нефти иногда оказывают стимулирующее действие на рост растений. Нефть обладает лечебными свойствами и является питательной средой для ряда групп микроорганизмов. Она легче других токсичных веществ разлагается, поставляя в почву дополнительные органические соединения. С другой стороны, на загрязненных почвах гибнут растения (Солнцева Н.П., 1998). Легкие фракции обладают повышенной токсичностью для живых организмов, но их высокая испаряемость способствует быстрому самоочищению природной среды. Напротив, парафины не оказывают сильного токсического воздействия на почвенную биоту, но существенно влияют на физические свойства почвы (Лозановская И.Н., 1988).
У растений, подвергшихся загрязнению, подавляется рост подземных частей, задерживается начало цветения, снижается способность к накоплению биомассы (Кузнецов Ф.М., 2003). На клеточном и физиологическом уровне воздействие углеводородов нефти на растения проявляется в нарушении структуры хлоропластов и фотосинтеза. Углеводороды повреждают мембраны хлоропластов, митохондрий, мембраны клеток корня (Оборин А.А., 2008).
Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в верхнем, гумусовом горизонте, прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почвы. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения засыхают.
Попадая в живые организмы, углеводороды нефти разрушают клеточные мембраны и легко проникают через липопротеидные барьеры водорослей, приводя к метаболическим и морфологическим нарушениям. Большие молекулы полициклических ароматических углеводородов нефти медленно проникают в клетку и растворяются в липидах клеточной мембраны, что может привести к гибели клетки (Карцева Н.Ю., 2006).
Показано, что нефтяное загрязнение снижает митотический индекс меристематических клеток корня растений. Так, у пшеницы 2% загрязнение почвы нефтью вызывало снижение митотического индекса до 50-60‰ по сравнению с 200 ‰ в контроле (Салахова Г.М., 2007).
фитотоксичность нефть загрязнение почва
1.5 Фиторекультивация
Рекультивация земель - искусственное воссоздание плодородия почвы и растительного покрова, нарушенного вследствие горных разработок, строительства объектов нефтяной инфраструктуры, строительства дорог, каналов.
Биологическая рекультивация - тип рекультивации земель, включающий комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель.
Загрязнение природной среды при нефтедобыче и транспортировке нефтепродуктов наносит огромный вред природе и экономике: деградируют сельскохозяйственные угодья, падает урожайность сельскохозяйственных культур, уменьшается продуктивность лесов и лугов, изымаются из хозяйственного оборота значительные площади плодородных земель, загрязняются грунтовые и подземные воды. В то же время для естественного восстановления загрязненных земель требуются сотни, а порой и тысячи лет (Андерсон Р.К., 1980, Измайлов Н.М., 1988). Поэтому особое значение в настоящее время приобретает рекультивация земель, испорченных в ходе нефтедобычи, ее транспортировки и использования продуктов ее переработки.
Обычные рекультивационные мероприятия, практикуемые в настоящее время, - засыпка загрязненных участков грунтом, сжигание нефти и нефтепродуктов, вывоз загрязненного слоя и его складирование на свалках (Андерсон Р.К., 1980; Колесников Б.П., 1974). Однако эти меры далеко не всегда способствуют восстановлению почвенного плодородия и часто сами наносят долговременный экологический ущерб природе. При сжигании нефти происходит резкое снижение биопотенциала и загрязнение атмосферы, гибель растений и фитоценозов, накопление токсичных и канцерогенных веществ в почве и растениях. При засыпке нефти замедляются процессы ее разложения. Складирование земли, загрязненной нефтью и продуктами ее распада, создает очаги вторичного загрязнения не только почв, но и подземных вод (Дедков В. П.).
Фитомелиоративный метод используется обычно на завершающем этапе рекультивации загрязненных нефтью почв. Сущность его заключается в посеве многолетних нефтетолерантных трав (Кузнецов Ф.М., 2003). Наиболее полно он был изучен И.И. Шиловой (1988). Она одной из первых исследовала фитомелиоративный способ ускорения деградации нефти при посеве в нефтезагрязненную почву многолетних трав на фоне ряда агротехнических мероприятий. После трехлетнего периода наблюдений за состоянием культурных фитоценозов она пришла к следующим выводам:
1) биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель легкого состава при слабой и средней степенях загрязнения возможна путем применения фитомелиоративных способов с использованием многолетних травянистых растений, в случае сильного загрязнения эти методы неэффективны;
2) посев многолетних травянистых растений непосредственно в грунт, загрязненный нефтью, без внесения органических удобрений непригоден при проведении рекультивационных мероприятий. Внесение в нефтезагрязненный грунт одних минеральных удобрений дает незначительный положительный эффект и рекомендоваться в качестве способа мелиорации не может;
3) лучшим агротехническим приемом при выращивании многолетних трав на нефтегезегрязненных землях следует считать применение торфа или навоза с внесением минеральных удобрений;
4) оптимальный срок высева многолетних трав при слабой степени загрязнения - через 1 месяц, при средней - через один год;
5) нефть оказывает сильное влияние на рост растений и состояние культурного фитоценоза в целом. Она резко снижает всхожесть семян и густоту травостоя, вызывая его сильное изреживание - в этом проявляется ее ингибирующее действие; однако на рост оставшихся растений она оказывает стимулирующее влияние, что проявляется у многолетних злаков в усилении кущения и соответствующем увеличении мощности растения. Продуктивность фитоценоза при этом уменьшается за счет изреживания травостоя. Сила воздействия нефти зависит от степени загрязнения, агротехнического фона и срока посева;
6) наиболее перспективны для формирования культурных фитоценозов на нефтезагрязненных почвах следующие злаки (по степени уменьшения нефтетолерантности) ежа сборная, полевица белая, тимофеевка луговая, овсяница луговая, овсяница красная, костер бесостный, костер прямой, а также бобовые: люпин многолетний, лядвенец рогатый, клевер шведский, клевер луговой, клевер ползучий. Из дикорастущих видов для рекультивации могут быть рекомендованы пырей ползучий, вейник наземный, канареечник тростниковый. На использованные приемы агротехники они реагировали аналогично культурным растениям.
Этот же набор видов нефтетолерантных растений, с незначительныи вариациями приводят в своих работах многие авторы, изучавшие данный метод. Некоторые из них считают, что метод фитомелиорации эффективен при самых сильных загрязнениях, нетрудоемок и исключает применение других мелиорантов. Однако большинство авторов считает, что фитомелиоративный метод должен применяться на завершающем этапе рекультивации нефтезагрязненных почв и ни в коем случае не исключает применение других методов (Шилова И.И., 1988).
Глава 2. Материалы и методы исследования
Для экспериментов была взята нефть Барсуковского месторождения из Ямало-Ненецкого АО, доставленная сотрудником нефтедобывающего предприятия Н.Б. Новожиловым. По его устному сообщению нефть имеет плотность 0,85 кг/мі, парафины составляют 3,3%, смолы 4,4%, асфальтены 1,2%, сера 0,4%. До постановки экспериментов нефть около года хранилась в лаборатории.
Изучение фито - и цитотоксичности воды, загрязненной нефтью, проводили на корешках проростков лука (Allium sepa L) сорта Стригуновский. Проращивали семена в чашках Петри на двух слоях фильтровальной бумаги. Повторность трехкратная. В каждой чашке Петри размещали по 25 семян лука. В контроле использована водопроводная вода. Был приготовлен эмульсионный раствор нефти трех различных концентраций: 0, 05 %, 0, 5 % и 3%. Высевание было произведено 26.11.09. Проращивали в течение 5 дней.
Учет всхожести и измерение длины корешков лука были произведены 30.11.09. Измерение проводили с помощью штангенциркуля.
Изучение митотической активности меристематических клеток корня проводилось на временных давленых препаратах корешков лука. Для этого 01.12.09 утром была произведена фиксация корешков лука, достигших 10 мм длины. Утренняя фиксация более целесообразна, так как митоз чаще происходит в утренние часы. Сначала корешки лука поместили в фиксатор Кларка (уксусный алкоголь). Затем через 2 часа корешки поместили в этиловый спирт для хранения.
Потом корешки помещали на предметное стекло и окрашивали ацетокармином. Для его приготовления использован следующий метод.
Растворяют 2-4 г кармина - красящего вещества, состоящего из карминовой кислоты, в 45 мл ледяной уксусной кислоты и 55 мл дистиллированной воды. Растворение ведут в колбе с обратным холодильником на водяной бане с подогревом около 3 ч. После остывания темно-красный раствор кармина фильтруют и помещают в посуду с притертой крышкой. Для работы его наливают в капельницы (Паушева З.П., 1988).
Далее стекло с корешком в ацетокармине нагревали на спиртовке. Время, необходимое для оптимального окрашивания, определяли опытным путем. Затем корешок закрывали сверху покровным стеклом и осторожно раздавливали с помощью препаровальной иглы так, чтобы клетки расположились в один слой (Паушева З.П., 1988).
Затем препараты рассматривали под микроскопом с увеличением 40x и 100x, в произвольных областях из зоны деления подсчитывали общее число клеток и число делящихся. Всего рассмотрено по три корешка из каждого варианта опыта, в том числе из контроля. В каждом корешке подсчитано по 100 клеток из области зоны деления. Также были сделаны фотографии групп клеток. Рассматривали и фотографировали с помощью светового микроскопа OLIMPUS BX 51 с системой визуализации изображения (видеокамера OLIMPUS DP 71, программа Cell_b) на кафедре ботаники и генетики ПГУ.
Митотический индекс рассчитывали согласно рекомендациям З.П. Паушевой (1988) как отношение числа делящихся клеток к общему числу исследованных, выраженное в промилле.
Эксперимент по влиянию нефтяного загрязнения почвы на развитие проростков пшеницы выполнен с дерново-луговой почвой, доставленной из заказника "Предуралье" Кишертского района Пермского края. Огородная почва с пойменного участка, имеет темный цвет, рыхлая. По данным учащейся лицея М. Ременниковой в 2006 году такая почва имела следующие характеристики: слабокислую реакцию среды, низкое содержание подвижного фосфора, высокую гумусированность (табл.1).
Таблица 1
Агрохимические показатели почвы
|
Почва |
рН сол. |
рН водн. |
Р 2О5,мг/кг |
Гумус, % |
|
|
Дерново-луговая |
6, 2 |
6, 4 |
28 |
6, 5 |
Эксперимент проведен на основе метода проростков для исследования фитотоксичности почв, предложенного Д.С. Орловым с соавторами (2002). В качестве тестового объекта служила пшеница сорта Иргина.
Почву увлажняли и перемешивали. Далее моделировали загрязнение почвы нефтью в концентрации 0,5, 1, 3 и 5 %, основываясь на данных литературы (Киреева, 2006). Для контроля брали незагрязненную почву.
Семена высевали в пластиковые контейнеры с почвой по 20 штук (по 3 контейнера на каждый вариант опыта и контроль). Каждый контейнер с высеянными семенами взвешивали на аналитических весах, и его массу наносили на этикетки. Дальнейший полив растений проводили так, чтобы масса контейнеров была доведена до первоначальной, для этого контейнеры с растениями во время полива взвешивали на аналитических весах.
Длительность эксперимента составила 10 дней (с 7 по 16 апреля 2010 г.). Через день растения поливали, учитывали всхожесть, измеряли длину надземной части каждого растения. В конце эксперимента растения отделили от почвы, измерили длину надземной части и корней.
Для выявления наиболее устойчивых к воздействию нефти луговых растений использовали три вида луговых трав: тимофеевку луговую (Phleum pratense L.), люцерну посевную (Medicбgo sativa L) и кострец безостый (Bromopsis inermis (Leysser) Holub).
Проращивали семена данных растений в чашках Петри. Для приготовления почвы одинаковой консистенции и влажности, взвешивали 300 г. почвы и добавляли 6 мл воды, все размешивали. В каждую чашку Петри помещено по 55 г. почвы, потом разложены семена, сверху слегка присыпали почвой.
Три чашки Петри было засеяно всеми видами трав для контроля. В следующих 3 чашках Петри почва содержала 2% нефти, для приготовления однородной массы к 288 г. почвы добавляли также 6 мл воды, перемешивали, потом добавляли 6 г. нефти и также перемешивали.
В последних 3 чашках Петри почва содержала 4% нефти, для ее приготовления брали 294 г. почвы, увлажняли 6 мл воды и добавляли 12 г. нефти, тщательно размешивали.
Из-за разности величины семена костреца раскладывали по 30 шт., а люцерны и тимофеевки - по 50 шт. Закладка опыта была произведена 6.12.09. Проращивали в течение 6 дней. Учет результатов провели 12.12.09.
Для оценки эффекта фитотоксичности по фиксируемым показателям тестовых растений использовали формулу, предложенную Д.С. Орловым и др. (2002):
ЭФ= (АКонтроль-АОпыт) /АКонтроль*100%,
где АКонтроль - показатель для контроля; АОпыт - показатель для опыта; ЭФ - эффект фитотоксичности (ЭФ >0), или фитостимуляции (ЭФ <0). Эффект считали доказанным при значениях более 20%.
Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Excel в соответствии с общепринятыми рекомендациями. Для оценки достоверности различий использовали критерий Стьюдента (Терентьев В.П., Ростова Н.С., 1977).
Глава 3. Результаты исследований
3.1 Результаты изучения влияния нефтяного загрязнения воды на прорастание семян лука
Как видно из таблицы 2, уже концентрация нефти в воде 0,05% оказывает статистически значимое негативное влияние на прорастание семян лука (tst =2,59 tтабл). Фитотоксический эффект составил 33,8 %. В вариантах опыта с концентрациями 0,05 и 0,5% нефти в воде существенной разницы не отмечено (tst =0,59< tтабл). Трехпроцентная концентрация нефти оказывала выраженный фитотоксический эффект (72,5%). На длину корешка нефть оказывает менее значительное влияние, чем на всхожесть. Эффект фитотоксичности доказан при всех исследованных концентрациях, однако разница между средней длиной корешков в контроле и при 3% концентрации нефти статистически незначима (tst =0,85< tтабл) (таблица 2). Нет разницы в воздействии повышающихся концентраций.
Таблица 2
Всхожесть семян и средняя длина корешка лука на 5 день проращивания
|
Концентрация нефти, % |
Всхожесть семян, % |
Средняя длина корешка лука, мм. |
|
|
0 (контроль) |
82,6±8,6n=75 |
6,4±0,1n=62 |
|
|
0,05 |
54,7±6,5n=75 |
4,6±0,1n=41 |
|
|
0,5 |
58,7±1,6n=75 |
5,0±0,3n=44 |
|
|
3 |
22,7±1,6n=75 |
4,7±2,0n=17 |
В ходе изучения давленых препаратов корешков лука под микроскопом выяснилось, что с увеличением концентрации нефти митотическая активность клеток апикальной корневой меристемы лука снижается (таблица 3).
В контроле у корешков лука в зоне деления большинство клеток из общего числа - делящиеся. Большинство клеток при этом находилось в состоянии ранней профазы, что, возможно, обусловлено утренней фиксацией корешков. Их можно определить по большому размеру ядра, в отличие от неделящихся, у которых ядро небольшое. У корешков лука, которые прорастали в 0,05% растворе нефти, существенных изменений не наблюдалось (tst = 0, 22 < tтабл). Также большинство клеток из общего числа - делящиеся. У корешков лука, которые прорастали в 0,5% растворе нефти, количество делящихся клеток немного снизилось по сравнению с контролем. Различие статистически достоверно (tst = 2,42 tтабл). У корешков лука, проросших в 3% растворе нефти, число делящихся клеток очень мало. Цитотоксический эффект составил 47,3%. Данные свидетельствует о том, что нефть оказывает негативное воздействие на деление клеток.
Таблица 3.
Митотическая активность клеток апикальной
корневой меристемы лука
|
Концентрация нефти, % |
Митотический индекс, ‰ |
|
|
0 (контроль) |
910 ± 37,5 |
|
|
0,05 |
900 ± 25,5 |
|
|
0,5 |
760 ± 49,5 |
|
|
3 |
480 ± 49,0 |
Сопоставляя результаты оценки длины корешков и митотической активности клеток меристемы, можно предположить, что нефтяное загрязнение угнетает деление клеток, но не препятствует их удлинению в зоне растяжения. Возможно, за счет этого процесса в природных условиях корни могут достигнуть участка с меньшей концентрацией загрязнения.
3.2 Результаты изучения влияния нефтяного загрязнения почв на прорастание и развитие пшеницы
Как видно на рисунке 1, на незагрязненной почве семена дружно прорастали на 3-4 день опыта, к концу опыта не было ни одного погибшего семени из 60 высаженных. Концентрация нефти 0, 5% и 1% от массы почвы вызывала угнетение всхожести в первые дни опыта по сравнению с контролем, но к 6 дню показатели всхожести становились близки к контрольным.
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
|
Вид растения |
Контроль |
Концентрация нефти в почве, % |
||
|
2 |
4 |
|||
|
Кострец n =30 |
86,7 |
0 |
0 |
|
|
Тимофеевка n =50 |
70,0 |
8,0 |
6,0 |
|
|
Люцерна n =50 |
60,0 |
56,0 |
82,0 |
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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Возможно, удлинение корней является адаптивной реакцией растения, но она эффективна при загрязнении почвы менее 3%.
7. 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.
Список литературы
1. Андерсон Р.К., Мукатонов А.Х., Бойко Т.Ф. Экологические последствия загрязнения почв нефтью // Экология. 1980. № 2. С.256-263.
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).
4. 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.
5. Карасева Э.В., Гирич И.Е., Худокормов А.А., Алешина Н.Ю., Карасев С.Г. Биоремедиация черноземной почвы, загрязненной нефтью // Биотехнология 2005, № 2.
6. Карцева Н.Ю. Гигиеническая оценка процессов миграции и трансформации нефти в почве. Автореферат дис. к. б. н. Москва, 2006.165 c.
7. 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.
8. Колесников Б.П. Рекультивация техногенных ландшафтов // Человек и среда обитания. М.: Наука, 1974. С.220-232.
9. Кузнецов Ф.М., Козлов А.П., Середин В.В., Пименова Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв / ПГСХА, Пермь, 2003.196 с.
10. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовников Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 1988.287 с.
11. 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.
12. Назаров А.В., Илларионов С.А. Изучение причин фитотоксичности нефтезагрязненных почв // Альтернативная энергетика и экология 2005, №1.
13. Оборин А.А. Нефтезагрязненные биогеоценозы (процессы образования, научные основы восстановления, медико-экологические проблемы). Пермь, 2008. - 511 с.
14. 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.:
16. Высшая школа, 2002.334 с.
17. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат, 1988.271 с.
18. Российская энциклопедия по охране труда: В 3 т. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2007.
19. 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.
20. 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.
21. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998.376 с.
22. Терентьев П.В., Ростова Н.С. Практикум по биометрии. С-Пб.: Изд-во СПбГУ, 1977.152 с.
23. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. с.159-177.
24. http://eco. rian.ru
25. www.nakanune.ru
Приложение
Показатели развития проростков пшеницы
|
Концентрация нефти, % |
Повторности |
Длина корней, мм |
Длина надземной части, мм |
|||
|
Контроль |
1 |
158,3±9,2 |
156,2±3,7 n=60 |
214,0±14,5 |
242,4±7,1 n=60 |
|
|
2 |
153,7±4,6 |
256,5±11,8 |
||||
|
3 |
155,6±4,4 |
256,7±7,8 |
||||
|
0,5% |
1 |
143,6±8,8 |
157,6±4,5 n=58 |
229,3±12,6 |
236±5,4 n=58 |
|
|
2 |
152,2±8,0 |
245,1±9,3 |
||||
|
3 |
178,1±3,0 |
234,0±3,8 |
||||
|
1% |
1 |
173,3±10,6 |
178,2±4,8 n=57 |
234,5±6,1 |
234,8±4,0 n=57 |
|
|
2 |
178,1±6,6 |
247,1±5,0 |
||||
|
3 |
184,5±6,8 |
220,9±9,0 |
||||
|
3% |
1 |
48,6±12,3 |
41,2±4,0 n=38 |
70,0 |
43,9±12,7 n=7 |
|
|
2 |
34,8±6,6 |
38,0 |
||||
|
3 |
46,2±3,3 |
26,5 |
||||
|
5% |
1 |
0,0 |
3,3±0,6 n=5 |
0,0 |
0,0 |
|
|
2 |
4,3 |
0,0 |
||||
|
3 |
2,7 |
0,0 |
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проблема локальных загрязнений почвы, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов. Снижение количества микроорганизмов в почве как следствие загрязнения почвы нефтепродуктами. Пагубное влияние загрязнений на пищевые цепи. Способы рекультивации земель.
презентация [795,2 K], добавлен 16.05.2016Методы и виды отбора проб почвы для мониторинга ее загрязнения. Биоиндикация почвы при помощи растений, характеристика основных растений-биоиндикаторов. Исследование загрязнений почвы с помощью анализа роста и развития биоиндикатора - кресс-салата.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 21.12.2015Влияние нефти и нефтепродуктов на растения и на микробиологические процессы в почве. Микробная деградация углеводородов нефти. Отбор и характеристика штаммов антистрессовых симбиотических бактерий, осуществляющих деструкцию нефтяных загрязнений почвы.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 19.05.2014Загрязнения окружающей среды разливами нефти, виды ответственности за причиненный вред. Разлив нефти в Балтийском море в 1969 г. Реабилитация животных, пострадавших от загрязнения. Промышленные предприятия Астраханской области и окружающая среда.
курсовая работа [55,7 K], добавлен 22.05.2009Проблемы нефтяного загрязнения почвы и подземных вод. Санитарно-эпидемиологические правила и гигиенические нормативы по содержанию нефти и нефтепродуктов в окружающей среде. Предупреждение аварийных выбросов, мероприятия по ликвидации их последствий.
курсовая работа [93,0 K], добавлен 19.04.2011Изучение влияния нефтяных загрязнений на окружающую среду, методы борьбы с ними. Влияние нефти на водные ресурсы, фауну и флору. Проведение защитных мероприятий и очистных работ. Принятие законов, регулирующих сферу ликвидации аварийных разливов нефти.
курсовая работа [82,5 K], добавлен 14.12.2013Понятие и виды нефтяного шлама. Рассмотрение современных масштабов загрязнений почвы, воды. Основные экологические проблемы трубопроводного транспорта углеводородов. Особенности оценки объемов аварийного разлива, а также эффективности сбора нефти.
презентация [2,3 M], добавлен 18.04.2015Методика отбора почв. Биоиндикация почвы при помощи растений. Исследование загрязнений почвы с помощью анализа роста и развития биоиндикатора кресс-салата. Значение растения - накапливающего индикатора для выяснения степени загрязнения окружающей среды.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 08.12.2015Виды загрязнения почвы, их характеристика. Оптимальные значения рН почвы для выращивания основных сельскохозяйственных культур. Соли, наиболее опасные при засолении почвы. Принимаемые меры для восстановления плодородия почвы при обнаружении ее засоления.
контрольная работа [28,8 K], добавлен 10.01.2017Вода из поверхностных или подземных источников как источник питьевой воды во многих странах мира. Загрязнение источников воды нефтепродуктами и химическими примесями. Технологии очистки воды и почвы от разливов нефти, нефтепродуктов, химических веществ.
реферат [18,2 K], добавлен 08.04.2014
