«Изучение возможностей растений для восстановления почв после нефтяного загрязнения» Шрейдер Виктория Александровна

«Изучение возможностей растений для восстановления почв
после нефтяного загрязнения»
Шрейдер Виктория Александровна
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №2»,
г. Ханты-Мансийск
1.
2.
3.
1.
2.
3.
Актуальность и новизна
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. А причина этого заключается в том, что
загрязняющие почву нефть и нефтепродукты ухудшают водный режим и физические
свойства почвы, снижают содержание подвижных соединений азота и фосфора, вызывают
разрушение хлорофиллов и каратиноидов, оказывают токсическое действие на развитие
растений (Шепелева Л.Ф., Филимонова М.В., 2008).
В то же время для естественного восстановления загрязненных земель требуются
сотни, а порой и тысячи лет (Андерсон Р.К., Мукатонов А.Х., Бойко Т.Ф., 1980). Отсюда
особое значение в настоящее время приобретает рекультивация земель
(http://top100.rambler.ru/), с помощью новых способов, например, с помощью
выращивания культурных и дикорастущих растений, которые устойчивы к нефтяному
загрязнению (Известно, что научные исследования по адаптации растений к нефтяному
загрязнению проводятся в России сравнительно недавно).
Цель нашей работы - изучение возможностей применения высших растений в
качестве одного из звеньев в технологической цепочке рекультивации почв, загрязненных
нефтью.
Объектом исследования являются высшие растения (редис и овёс посевной).
Гипотеза: Верно ли, что высшие растения можно применить для рекультивации почв,
загрязнённых нефтью.
Для раскрытия цели были поставлены следующие задачи:
Найти и изучить литературу о рекультивации земель в Ханты-Мансийском округе.
Чтобы доказать, что высшие растения можно применить для рекультивации почв,
загрязнённых нефтью (нефтепродуктами) различной концентрации, мы поставили задачу:
выяснить степень влияния нефти на них.
Оценить степень изменения содержания углеводородов нефти в загрязненной почве
при повторном выращивании на ней одних и тех же растений.
4. Донести до сведения общественности о результатах исследования.
Этапы исследования:
Обзор литературы о рекультивации земель в Ханты-Мансийском округе.
2. Планирование и проведение эксперимента по изучению степени влияния нефти на
растения и возможности их использования для рекультивации почв, загрязнённых нефтью
(нефтепродуктами) различной концентрации.
Описание эксперимента, анализ полученных данных, формулирование выводов.
Разработка перспективных мероприятий по дальнейшему исследованию темы.
Исследование проходило на базе лаборатории МОУ СОШ № 2 в период с февраля по
сентябрь 2010 года.
Нами были проведены модельные опыты. Повторность их трёхкратная. Для
исследования были взяты культурные растения овёс посевной (Avena fatua L) и редис
сорта «Ранний красный».
Для проведения экспериментов в лаборатории были использованы пластмассовые
ёмкости. Каждую ёмкость наполняли почвой - средним суглинком.
Для решения поставленных в работе задач мы использовали следующие методы
лабораторных исследований:
1. Влияние различных концентраций нефти на высшие растения
Для изучения влияния различных концентраций нефти на развитие растений, в каждую
ёмкость с почвой добавлялась сырая нефть в количестве: 1, 5, 10, 20, 30 или 50 мл.
Добавленная в ёмкость нефть, тщательно перемешивалась с почвой, и производился полив
водой.
Затем проводились фенологические наблюдения по общепринятым методикам
(Бейдеман И.Н., 1974). Среди фенологических показателей у растений регистрировались
дни появления всходов, первого, второго, третьего и четвертого настоящих листьев
(Бейдеман И.Н., 1974).
2. Влияние разных фракций нефти
(бензина, машинного масла) на растения
Проводился посев растений на почву, загрязнённую бензином (20 мл на 200 г почвы) и
машинным маслом (20 мл на 200 г почвы) и влияние нефтепродуктов на растения
изучалось по времени появления всходов, первого и второго настоящих листьев.
3. Изменение содержания углеводородов нефти
в загрязненной почве при выращивании на ней одних и тех же растений.
Проводились четыре последовательных посевов редиса с интервалом в два месяца на
одну и ту же почву, загрязнённую нефтью (20 мл на 200 г почвы). Отмечалось появление у
растений первого, второго, третьего и четвёртого листьев.
Глава 1
Рекультивация земель в Ханты-Мансийском округе
Обычные рекультивационные мероприятия, практикуемые в настоящее время в
Ханты-Мансийском округе (Шепелева Л.Ф., Филимонова М.В., 2008), также как и на
остальных территориях России - засыпка загрязнённых участков грунтом, сжигание нефти
и нефтепродуктов, вывоз загрязненного слоя и его складирование на свалках (Андерсон
Р.К., Мукатонов А.Х., Бойко Т.Ф., 1980; Колесников Б.П., 1974; Измайлов Н.М.,
Пиковский Ю.И., 1988). 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 почво–грунтов, но и подземной и грунтовой воды
(Стеревская Л.В., Яранцева Л.Д., 1976).
Глава 2
Результаты исследования
Опыт №1. Влияние различных концентраций нефти на высшие растения
Цель: Изучить влияние различных концентраций нефти на высшие растения по
фенологическим показателям.
Оборудование и материалы: технические весы с разновесками, пластмассовые
ёмкости (14 шт.), почва (тип средний суглинок), нефть, семена редиса сорта «Красный
ранний» и семена овса посевного.
Ход исследования:
Для изучения влияния различных концентраций нефти на развитие растений, в каждую
ёмкость с почвой добавляли сырую нефть в количестве: 1, 5, 10, 20, 30 или 50 мл.
Добавленную в ёмкость нефть тщательно перемешивали с почвой и производили полив
водой. Повторные поливы производили через 2-4 дня, по мере просыхания почвы.
Семена растений высеивали по 5 штук на глубину 1-2 см. Среди фенологических
показателей у растений регистрировали появление всходов, первого, второго, третьего и
четвертого настоящих листьев (Бейдеман И.Н., 1974). Результаты вносили в таблицы
(табл. 2 и 3).
Таблица 2
Влияние различных концентраций нефти на редис
Объём (мл)
Фенологические показатели у редиса
нефти
День появления
на 200 г
всходов
первого
второго
третьего
четвёртого
почвы
настоящего
настоящего настоящего настоящего
листа
листа
листа
листа
1
5
7
10
13
15
5
5
7
10
13
15
10
5
7
10
14
16
20
7
9
12
17
30
9
10
50
Контроль (0)
5
7
9
11
13
Таблица 3
Объём (мл)
нефти
на 200 г
почвы
1
5
10
20
30
50
Контроль
(0)
Влияние различных концентраций нефти на овёс
Фенологические показатели у овса
Появление
всходов
7
7
7
10
11
7
первого
настоящего
листа
10
10
11
12
15
10
второго
настоящего
листа
15
15
17
19
15
третьего
настоящего
листа
20
20
21
25
19
четвёртого
настоящего
листа
25
25
27
31
25
Результаты и вывод: Различия в степени загрязнения почвогрунтов отчетливо
проявляют себя через фенологические признаки у растений.
Фаза первого листа у проростков редиса отмечалась с 7-го дня при концентрации
нефти 0, 1, 5 и 10 мл на 200 г почвы. При концентрации 20 и 30 мл на 200 г почвы эта фаза
отмечалась только на 9-й и 10-й день опыта соответственно. Появление третьего
настоящего листа при низких концентрациях нефти отставало от контроля на 2-3 дня, а
при концентрации 20 мл на 200 г почвы - на 6 дней. При более высоких концентрациях
нефти в почве (30 и 50 мл на 200 г почвы) третий настоящий лист вообще не образовался.
У проростков овса фаза первого листа отмечалась с 10-го дня при концентрации
нефти 0, 1, 5 мл на 200 г почвы. При концентрации 10, 20 и 30 мл на 200 г почвы эта фаза
отмечалась на 11-й, 12-й и 15-й дни соответственно. Появление третьего листа при
концентрациях нефти 10 и 20 мл на 200 г почвы отставало от контроля на 2 и 6 дней
соответственно.
При более высоких концентрациях нефти в почве (30 и 50 мл на 200 г почвы), как и
в случае с редисом, третий настоящий лист у проростков овса не образовывался.
Таким образом, мы видим, что более высокие концентрации нефти в почве
приводят к более сильному стрессу для высших растений.
Опыт № 2. Влияние разных фракций нефти
(бензина, машинного масла) на растения
Цель: Изучить влияние нефтепродуктов (бензина и машинного масла) на растения.
Оборудование и материалы: технические весы с разновесками, пластмассовые
ёмкости (4 шт.), почва (тип средний суглинок), бензин марки АИ-95, машинное масло
«Лукойл», семена редиса сорта «Красный ранний» и семена овса посевного.
Ход исследования:
Выполнили посев редиса и овса на почву, загрязнённую бензином (20 мл на 200 г
почвы) и машинным маслом (20 мл на 200 г почвы). Изучение влияния нефтепродуктов
на растения проводили по времени появления всходов, первого и второго настоящих
листьев. Полученные результаты фиксировали в таблице (табл. 4).
Таблица 4
Влияние бензина и машинного масла на редис «Красный ранний» и овёс посевной
День появления
Бензин
Машинное масло
Контроль
Редис «Красный ранний»
8
6
5
Всходов
10
8
7
Первого настоящего листа
9
Второго настоящего листа
Овёс посевной
11
7
Всходов
16
10
Первого настоящего листа
15
Второго настоящего листа
Результаты и вывод: Данные таблицы показывают следующее: на почве,
обработанной бензином, всходы редиса появились позднее, чем на почве, обработанной
машинным маслом. Всходов овса на почве с бензином вообще не наблюдалось. Таким
образом, мы видим, что под действием бензина развитие редиса и овса тормозилось. Это
говорит о том, что действие более легких фракций нефти для растений токсичнее.
Опыт № 3. Изменение содержания углеводородов нефти
в загрязненной почве при выращивании на ней одних и тех же растений.
Цель: Оценить степень изменения содержания углеводородов нефти в
загрязненной почве при выращивании одних и тех же растений.
Оборудование и материалы: технические весы с разновесками, пластмассовые
ёмкости (14 шт.), почва (тип средний суглинок), нефть, семена редиса сорта «Красный
ранний» и семена овса посевного.
Ход исследования:
Четыре последовательных посевов редиса проводили с интервалом в два месяца на
одну и ту же почву, загрязнённую нефтью (20 мл на 200 г почвы). Отмечали появление у
растений первого, второго, третьего и четвёртого листьев. Результаты фиксировали в
таблицу (табл. 5).
Таблица 5
Результаты повторных посевов на загрязнённую почву
Посев в почву,
Развитие
загрязнённую нефтью
первого
второго
третьего
(20 мл на 200 г почвы)
настоящего
настоящего
настоящего листа
листа
листа
у редиса
Первый
Второй
Третий
Четвёртый
+
+
+
+
Первый
Второй
Третий
Четвёртый
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
у овса
Результаты и вывод: Из таблицы видно, что
1. Растения (редис и овёс), посаженные одновременно с внесением нефти в почву, погибли
после появления первого листа (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Фото всходов редиса (контроль)
Рис. 2. Фото всходов редиса на почве, обработанной нефтью
2. Растения (редис и овёс), посеянные через два и четыре месяца после нефтяного
загрязнения, образовали по два настоящих листа.
3. Растения (редис и овёс), посаженные через восемь месяцев, развили, как и в контроле, по
три настоящих листа.
Таким образом, при повторных посевах одной и той же культуры на загрязненную
почву наблюдается уменьшение ингибирующего действия нефти на развитие растений.
Заключение
В результате проведённых исследований по определению влияния различных
концентраций нефти на высшие растения (редис и овёс) мы выяснили, что более высокие
концентрации нефти в почве приводят к более сильному стрессу для высших растений.
Исследование влияния разных фракций нефти на редис и овёс показало, что более
лёгкие фракции нефти (бензин) оказывают на высшие растения более токсичное влияние.
При повторных посевах одной и той же культуры на загрязненную почву
наблюдается уменьшение ингибирующего действия нефти на развитие растений.
Таким образом, в ходе работы мы подтвердили гипотезу об использовании высших
растений для рекультивации почв, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами.