Ранее в работе Robson D.B. et al. с соавт. [9,c 185-199] было показано, что растения, имеющие крупные семена, при прорастании в нефтезагрязненной почве менее чувствительны к нефтяному загрязнению почвы, чем растения, обладающие мелкими семенами. Так, если у видов растений с массой семян 1,0-9,9 мг нефтяное загрязнение приводило к снижению биомассы растений на 25%, то у растений с массой менее 0,1 мг –на 95%.
Нами исследована фитотоксичность сырой нефти в отношении семян прибрежницы.
Объекты и методы.
В качестве объекта исследовали семена прибрежницы. Нами были проведены лабораторные эксперименты. Семена прибрежницы были высеяны в серо-бурую почву с различной степенью загрязнения углеводородами –от 0,2% до 9%. В качестве загрязнителя использовали сырую нефть месторождения Бинагады. Высев производили в чашки Петри в трех повторностях. В каждую чашку высевали по 30 семян. В качестве контроля семена высевали в чистую почву, отобранную в районе Бинагади. Чашки ставили в термостат при 280С. В чашках поддерживали влажность путем искусственного полива. Через 10 дней проводили подсчет проросших семян.
Результаты исследований
Масса 1000 зерновок прибрежницы составляет всего 0.18г., таким образом, масса одного семени весит всего 0,18мг. Семена такого веса должны быть более чувствительны к нефтяному загрязнению почвы. Резльтаты исследований показали, что прорастаемость зерен прибрежницы в сильной степени зависит от степени загрязнения серо-бурой почвы (табл.1). В среднем 50% прорастаемости семян имело место при степени загрязнения почв сырой нефтью, не превышающей 1,0%. Повышение содержания в почве сырой нефти угнетает прорастание семян, наиболее сильно при загрязненности 4% и более. Это дает основание говорить о высокой степени чувствительности зерен прибрежницы к нефтяному загрязнению в отличие от вегетативных органов, которые выдерживают загрязнение почв до 10%.
Таблица 1.
Степень прорастаемости зерен прибрежницы в серо-бурой почве при различной степени загрязненности сырой нефтью
| Степень загрязнения, % | Число проросших
семян прибрежницы |
Процент проросших семян |
| Чистая почва (контроль) | 30 | 100 |
| 0,2 | 28 | 93 |
| 0,5 | 25 | 83 |
| 1,0 | 15 | 50 |
| 2,0 | 10 | 30 |
| 4,0 | 6 | 20 |
| 6,0 | 4 | 33 |
| 8,0 | 3 | 30 |
| 10,0 | 2 | 15 |
Этот вид можно отнести к семейству тех рудеральных растений, которые начинают заселять серо-бурую почву после снижения в ней остаточного содержания нефтяных загрязнений. Именно вид прибрежницы способен захватывать почву после определенного этапа естественного процесса самоочищения. Они обладают большой энергией размножения, весьма неприхотливы, столь невелики их требования к организации биоценоза. Их изолированный рост на нефтезагрязненной почве показывает, что им не нужны сложные связи друг с другом и с прочими организмами-соседями, включающие и конкуренцию, и сотрудничество, и взаимозависимость. После достижения в почве определенной концентрации нефтяных углеводородов, не оказывающих негативное воздействие на рост и развитие этого вида, они могут заселять и произрастать на нефтезагрязненной почве. Возможно, этот вид можно отнести к r-стратегам («оппортунистические» популяции), которые активно заселяют нефтезагрязненные почвы, т.е. в сукцессионном ряду связаны с первичными стадиями, которые могут быть в дальнейшем вытеснены из климаксных сообществ более конкурентноспособными К-стратегами. Именно при содержании в серо-бурой почве 10% и менее нефтяных углеводородов они наиболее конкурентноспособны по сравнению с другими видами растений, обладают самой высокой скоростью роста – могут размножаться как вегетативно, так и многочисленными семенами — и способны покрывать нефтезагрязненные участки, и, по сути, закладывают начальную основу сукцессии фитоценозов на этих почвах. Именно толерантность этого вида к определенной степени загрязнения серо-бурых почв нефтяными углеводородами и определяет мозаичный характер растительного покрова в районах Бина, Бинагади и Балаханы. Это единичные растения-пионеры для серо-бурых почв, загрязненных нефтяными углеводородами. Принимая во внимание экстремальные условия среды — щелочная реакция почв, слабый окислительно-восстановительный потенциал, засоленность, низкая влажность, загрязненность и др., роль вида прибрежницы как пионера-заселителя велика, хотя на первом этапе и образуются пятнистый характер растительного покрова, в первую очередь определяющееся степенью загрязнения серо-бурой почвы.
Таким образом, проведенные исследования показали, что растение прибрежнецы, рекомендуемая для проведения этапа фиторемедиации, обладает высокой устойчивостью к сырой нефти и нефтепродуктам, и положительно влияет на скорость очищения почвы. Прибрежница более устойчива к нефти по сравнению с таким фитомелиорантом как подсолнечник Helianthus annuus L., переносящему загрязнение почвы в дозе 7% [10,299-304]. В то же время нефтепродукты в концентрациях более 8-10% оказывают токсичное действие на растения, что не позволяет проводить этап фиторемедиации при остаточном содержании в слое почвы 0-10 см более 80-100 г/кг.
Растения для фиторемедационных технологий должны удовлетворять некоторым требованиям: толерантность к токсикантам и возможным температурным изменениям, галофильность, т.е. толерантность к повышенным концентрациям соли, засухе, наличие ферментов, обеспечивающих деградацию токсикантов и др. [1,c199]. В технологическом отношении исключительно важный орган — корни. Они выделяют экссудаты и впитывают в себя токсичные соединения, благодаря ферментам экссудатов (в ризосфере) и внутриклеточным ферментам корневой системы в них осуществляются первые этапы трансформации токсичных соединений почвы. Поэтому тип корней (стержневой, мочковатый), их разветвленность и охватываемый ими объем почвы – важнейшие факторы для успешной реализации фиторемедиционных технологий. В составе корневых экссудатов наряду с прочими присутствует сапонин, увеличивающий биодоступность углеводородов для микроорганизмов, и оксидоредуктазы, участвующие в разложении углеводородов [5, 189-191]. В этом отношении прибрежница обладает корневищем с длинными, ветвящимися подземными побегами, залегающими в почве на глубине до 20 см. Длина их достигает 2-3 м, толщина 8-10 мм. Они также способны накапливать большую биомассу, тем самым увеличивая возможность утилизации поллютантов путем фитоэкстракции. Обладая мочковатым ветвящимся типом корней, они охватывают большой объем почвы, таким образом, прибрежница характеризуется высоким фиторемедиационным потенциалом — способностью к ризодеградации, высокой усточивостью вегетативных органов к содержанию углеводородов и способностью участвовать в процессах самоочищения почв от углеводородов, галофильностью, адаптированностью к почвенно- климатическим условиям региона- все эти качества выделяют это растение как одни из наиболее эффективными для использования в технологии биоремедиации нефтезагрязненных почв как непосредственно, так на этапе фиторемедиации.
Полученные данные представляют собой не только научную, но и практическую значимость, так как дает основание использовать прибрежницу при разработке технологий фиторемедиации серо-бурых почв, а именно: после очистки почв от основной части нефтяных загрязнений и при достижении средней степени загрязнения до 10% и ниже, на этих почвах можно искусственно заселять этот вид. Активность микроорганизмов, функционирующих в ризосфере и ризоплане прибрежницы способствуют значительному ускорению процесса самоочищения серо-бурых почв от углеводородов. Таким образом, природная толерантность к определенной концентрации углеводородов в почве и активное функционирование различных физиологических групп микроорганизмов, включающих также и нефтеокисляющих микроорганизмов в зоне разопланы и ризосфере прибрежницы создают активную единую биосистему–растение+ микроорганизмы, осуществляющую процессы самоочищения серо-бурой почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (рис.1).
Рис.1. Единая взаимообусловленная и взаимозависимая биосистема Acluropus littoralis (Gouan) Parl.+микроорганизмы ризопланы и ризосферы, осуществляющая процессы самоочищения серо-бурой нефтезагрязненной почвы
Кроме того, в свете сведений о способности самих растений в той или степени осуществлять метаболизм углеводородов нефти [6,c 222], теоретический и практический интерес представляет выявить способность прибрежницы и представителей других растительных ассоциаций, характерных для нефтезагрязненных серо-бурых почв, осуществлять непосредственно процесс детоксикации углеводородов и количественные аспекты такого процесса.
Известно, что нефтезагрязненные почвы заселяют, прежде всего, виды растений, способные к вегетативному размножению, при котором образуются уже вполне развитые растения, малочувствительные к нефти в почве [3, c 24]. Это доказывает и то, что большинство видов растений, которые указываются как наиболее толерантные к нефтяному загрязнению, а также как пионерные растения нефтезагрязненных почв [2, c243-247; 7, c159-167; 8, c 70-81] способны к быстрому вегетативному размножению. Растения, высаженные рассадой и корневищами, обнаруживают большую устойчивость к нефтяному загрязнению почвы. Снижение общей биомассы данных растений при загрязнении по сравнению с биомассой растений, посаженных в чистую почву, на порядок меньше, чем у растений, посеянных семенами [4,c 239-254]. Таким образом, данным способом посадки удается получить большую биомассу растений на нефтезагрязненной почве, чем при высеве растений семенами. Результаты проведенных нами работ показывают, что вегетативное размножение прибрежницы в нефтезагрязненной серо-бурой почве наиболее оптимально, чем размножение семенами: семена прибрежницы были по сравнению с вегетативными органами более чувствительны к концентрации нефти в почве более чем 1% .
Хорошее развитие фитоценоза прибрежницы на нефтезагрязненных серо-бурых почвах Апшеронского п-ва дает основание сделать заключение, что использование этого вида – нефтетолерантного галофитного растения, устойчивого к засоленным почвам данного региона, может быть перспективно на фитомелиоративном этапе для биовосстановления почв, загрязненных углеводородами, в особенности старых, битуминизированных (рис.1). Наиболее оптимальный путь заселения-вегетативный. При снижении степени загрязнения до 1% и менее, большую роль будет играть размножение семенами. Основной задачей данного этапа является окончательная рекультивация загрязненных нефтью почв путем интенсификации почвенно-биологических процессов, способствующих кометаболическому разложению наиболее труднодоступных углеводородов нефти.
Таким образом, проведение биологического этапа рекультивации методами биотехнологии с последующим засевом участков прибрежницы, устойчивыми к загрязнению почвы НП, позволило снизить содержание НП при загрязнении 2-5% до уровня экологически допустимой концентрации 0,1-0,2%. Без проведения восстановительных мероприятий процессы самоочищения были замедлены, содержание НП превышало значение экологически допустимой концентрации в 3-4,5 раза, а почва отличалась высокой степенью фитотоксичности.
Таким образом, в результате проведенных исследований нами установлено, что разработанные модифицированные биопрепараты на основе модифицированного активного ила проявляют высокую эффективность при очистке загрязненной нефтью серо-бурой почвы, оказывают стимулирующее действие на численность и активность почвенных микроорганизмов, рост и развитие высших растений и является экологически безопасным для окружающей среды, что свидетельствуют о перспективности его промышленного использования для биоремедиации нефтязагрязненных экосистем в Апшеронском полуострове.
Список литературы:
- Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунашвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005.-199с.
- Максименко О.Е. и др. Динамика восстановления растительности антропогенно нарушенного сфагнового болота на территории нефтепромысла в Среднем Приобъе. Экология, 1997, №4.-с.243-247.
- Назаров А. В. Микробно-растительное взаимодействие при нефтеном загрязнении дерново-подзолистых почв южной тайги Предуралья: автор.дисс….канд.биол.наук.Пермь, 2000.-с.24с.
- Назаров А.В. Исследование некоторых механизмов влияния микробно-растительных систем на самоочищение нефтезагрязненной почвы //Антропогенная динамика природной среды: Материалы Междунар. Научно-практической конференции. Пермь, 2006.-с.239-254.
- Новоселова Е.И., Киреева Н.А. Экологически безопасный метод ускорения трансформации нефти в почвах // Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований. Том IV: Экологическая безопасность, инновации и устойчивое развитие. Образование для устойчивого развития; под ред. проф. Латыповой В.З. и доц. Яковлевой О.Г. – Казань: Изд-во «Отечество», 2009. – с. 189-191.
- Угрехелидзе Д.Ш. Метаболизм экзогенных алканов и ароматических углеводородов в растениях. Тбилиси: Мецниероба, 1976.- 222 с.
- Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны // Восстановление нефтезагрязненных почв почвенных экосистем. М., Наука, 1988.-с.159-167.
- Щуйцев Ю.К. Деградация и восстановление растительных сообществ тайги в сфере влияния нефтедобычи // М.:Наука, 1982.- с.70-81.
- Robson D.B. et al. Hydrocarbon tolerance correlates withseed mass and relative growth rate. Bioremediation J. 2004,v.8,N3-4.-p.185-199.
- Yang C.-M., Chang Ing-Feng, Lin S.-J., Chou C.-H. Effects of three allelopathic phenolics on chlorophyll accumulation of rice (Oryza sativa) seedlings: Inhibition of supply-orientation // Bot. Bull. Acad. Sin. 2002. -V. 43.- P.299-304.[schema type=»book» name=»Фиторемедиационный потенциал вида Acluropus littoralis (Gouan)Parl. (Прибрежница) в нефтезагрязненных почвах Апшеронского п-ва» description=»В представленной работе изучался фитотоксичность сырой нефти в отношении семян прибрежницы. Результаты исследований показали, что прорастаемость зерен прибрежницы в сильной степени зависит от степени загрязнения серо-бурой почвы. Проведенные исследования показали, что растение прибрежнецы, рекомендуемая для проведения этапа фиторемедиации, обладает высокой устойчивостью к сырой нефти и нефтепродуктам, и положительно влияет на скорость очищения почвы.» author=»Гасымова А.C., Новрузалиева Г.П.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-01″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]