Воздействие нефтезагрязнения почвы на прорастание семян салата

Введение. Одним из основных загрязнителей окружающей среды является нефть [1,2]. О влиянии этого поллютанта на процессы прорастания семян в литературе имеются противоречивые сведения. Одни авторы [3,4] говорят, что нефть, особенно в низких концентрациях, не влияет на прорастание семян растений, другими исследователями [2, 5–7] показано ингибирование этих процессов, в экспериментах третьих наблюдался эффект стимуляции процессов прорастания семян [8–10].

Подавляющее большинство работ, посвященных изучению воздействия нефти на процессы прорастания семян, выполнены при использовании высоких уровней поллютанта, существенно превышающих значения ПДК и ОДК нефти в почве, которые соответственно составляют 0,3 и 1 г/кг [11,12]. Сведений о механизмах действия низких концентраций нефти на начальные этапы роста растений в литературе имеется недостаточно.

Цель работы . Исследование возможных причин влияния низких уровней нефтезагрязнения почвы на процессы прорастания семян модельных растений.

Материал и методы исследования. В качестве объектов исследования использовали салат листовой ( Lactuca sativa L. ) сорта Парниковый. При проведении лабораторного эксперимента использовали известную методику [13]: навеску воздушно-сухой почвы (10 г) помещали в чашку Петри, накрывали ее бумажным фильтром и заливали на одни сутки 20 мл воды (контроль). В первой серии опытов в чашки вносили водную эмульсию сырой нефти из расчета конечных концентраций: 0,3; 1; 3; 6; 9; 12 и 15 г/кг почвы. Во второй серии опытов использовали водную эмульсию нерафинированного подсолнечного масла из расчета тех же конечных концентраций. В третьей серии опытов применяли растворы сернокислого аммония в концентрации 30 мг/кг почвы, используя при этом либо воду, либо водную эмульсию нерафинированного подсолнечного масла.

Через одни сутки на фильтровальную бумагу в каждую чашку раскладывали по 25 штук семян, которые предварительно калибровали по размеру и обеззараживали в растворе перманганата калия. Семена проращивали при температуре 23°С в условиях различных вариантов опытов. Для устранения влияния на семена выделяющихся из нефти газообразных фракций между дном и крышкой чашек оставляли небольшой воздушный зазор. Через 4 суток проводили учет количества проросших семян, измеряли сырую биомассу, длину корней и надземной части проростков.

Эксперименты проведены дважды, каждый вариант опыта в четырехкратной повторности. Результаты обработаны статистически с помощью пакета программ Microsoft Excel 2003.

Результаты исследования и их обсуждение. При содержании нефти в почве 9 г/кг и выше происходило угнетение процессов роста побегов салата (рис. 1,А; 2,А). При этом было найдено значительное увели- чение всех ростовых показателей при содержании нефти в почве от 3 до 6 г/кг, за исключением массы корней, повышение которой наблюдалось в пределах концентрации поллютанта 3–12 г/кг.

Для выяснения механизма негативного влияния нефти на процессы прорастания семян во второй серии опытов использовали в качестве имитатора нефти нерафинированное подсолнечное масло. В результате было обнаружено четкое ингибирование большинства изучаемых ростовых параметров, начиная от содержания масла в почве, равного 9 г/кг (рис. 1,Б; 2,Б). Какого-либо положительного воздействия на проростки любой концентрации масла, использованной в экспериментах, не отмечалось, при этом закономерных отличий влияния нефти и масла на ростовые процессы выявлено не было.

Ранее нами было также установлено, что с увеличением концентрации нефти и подсолнечного масла в среде происходит снижение уровня флуоресценции хлореллы, но к нефти культура микроводоросли была более чувствительней, чем к воздействию ее имитатора [14, 15].

А

Б

Рис. 1. Биомасса проростков салата при различных уровнях нефтезагрязнения почвы (А) и внесения в почву подсолнечного масла (Б): 1 – корни; 2 – побеги

А

О 2     4     6     8    10    12    14    16

Концентрация масла в почве, г/кг

Б

Рис. 2. Длина корней и побегов проростков салата при различных уровнях нефтезагрязнения почвы (А) и внесения в почву подсолнечного масла (Б): 1 – корни, 2 – побеги

Исходя из полученных данных в экспериментах с подсолнечным маслом, можно предположить, что основной причиной угнетения процессов прорастания семян при использованных выше уровнях нефтеза-грязнения является не прямое воздействие фитотоксических веществ поллютанта, а физический механизм. Последний состоит, по-видимому, в образовании на поверхности семян и корней проростков гидрофобной пленки, затрудняющей газообмен и поступление в них воды.

Зарегистрированный в экспериментах эффект стимуляции ростовых процессов при добавлении нефти можно объяснить следующим образом. Известно, что в состав нефти входят сернистые и азотистые органические соединения, при этом доля последних составляет в среднем 0,03–0,1% [15]. Можно предположить, что нефть оказывала стимулирующее влияние на ростовые параметры проростков салата, выступая в качестве своеобразного аналога минерального удобрения. По всей вероятности, азот, входящий в состав нефти, благодаря деятельности почвенных микроорганизмов, участвующих в ее минерализации, становился доступным растениям.

Если предположить, что в нефти, использованной в экспериментах, содержалось 0,1% азота, и он весь превратился в результате восстановления микроорганизмами в аммоний, то в случае варианта с концентрацией нефти, вызывающей позитивный эффект (6 г/кг), в почве должно появиться около 6 мг/кг аммонийного азота. Смоделировать этот уровень можно, добавив в почву 30 мг /кг сульфата аммония.

Для экспериментального обоснования выдвинутого предположения причины позитивного влияния нефти на процессы прорастания семян выполняли третью серию опытов, в которой использовали сернокислый аммоний в концентрации 30 мг/кг почвы. Результаты представлены в таблице.

Ростовые показатели проростков салата при добавлении сульфата аммония и масла в почву (значения в колонках с разными буквами существенно различаются между собой при Р≤0,05)

Концентрация		Доля проросших семян, %	Масса 25 проростков, г		Длина, мм
(NH 4 ) 2 SO 4 , мг/кг	масла, г/кг		корней	побегов	проростка	корня
0	0	86±0,2а	0,06±0,001а	0,15±0,01а	13,0±0,5а	30,5±1,8а
0	6	69±0,2б	0,06±0,001а	0,15±0,01а	12,5±0,9а	30,0±1,2а
30	6	85±0,2а	0,07±0,001б	0,16±0,01а	13,1±0,1а	30,5±1,1а
30	0	87±0,6а	0,12±0,01в	0,25±0,01б	13,9±0,3а	34,3±1,7а

В случае использования водных растворов сернокислого аммония можно видеть положительное влияние соли на рост корней салата и накопление надземной части биомассы. В вариантах с добавлением сернокислого аммония к эмульсии масла у проростков салата все ростовые показатели не были ниже уровня контроля.

Заметим, что применение только масляной эмульсии в концентрации 6 г/кг почвы (рис. 1,Б; 2,Б) не влияло на ростовые показатели проростков (кроме доли проросших семян). При добавлении сернокислого аммония к масляной эмульсии наблюдалась стимуляция двух показателей: доли проросших семян и массы корней. Следовательно, можно предположить, что возможной причиной продемонстрированной выше стимуляции ростовых процессов при низких концентрациях нефти в почве является наличие доступного для проростков азота.

Ранее одним из нас [16] было установлено, что микроорганизмы чернозема выщелоченного в качестве источника азота способны использовать азот алифатических и ароматических групп гуминовых кислот гумуса. Даже, если из-за соотношения C:N в нефти, которое превышает 40, ее минерализация, скорее всего, должна заканчиваться не появлением аммония, а иммобилизацией в составе микробных тел, то после отмирания последних в результате аммонификации азот в виде аммония может быть доступным растениям. Кроме азота не исключается возможность участия других, входящих в состав нефти, минеральных элементов в питании проростков и стимуляции в них ростовых процессов, например серы и ионов металлов.

Заключение. В работе показано, что присутствие нефти в почве сопровождается либо угнетением процессов прорастания семян, либо их стимуляцией в зависимости от концентрации поллютанта. Первое происходит при уровне нефтезагрязнения, соответствующем 30 ПДК, и предположительно объясняется существованием физического механизма образования гидрофобной пленки на семенах и корнях, ухудшающего их газо- и водообмен. Второй процесс имеет место при содержании нефти в почве, соответствующем 1–20 ПДК, и предположительно объясняется присутствием дополнительного источника минерального (главным образом азотного) питания.