Влияние нефти на прорастание семян хвойных

На правах рукописи
ДОНЕЦ Евгения Владимировна
ВЛИЯНИЕ НЕФТИ
НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ХВОЙНЫХ
ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
ПОДЗОНЫ ЮЖНОЙ ТАЙГИ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ
03.00.16 – экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Омск – 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный
педагогический университет»
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Григорьев Аркадий Иванович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Степанова Ирина Петровна;
кандидат сельскохозяйственных наук,
Максимов Сергей Викторович
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
Защита состоится 12 ноября 2009 г. в 10.00 часов на заседании
диссертационного совета ДМ 212.177.05 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Омском государственном педагогическом
университете по адресу: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14, ауд. 212;
тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте (http://www.omgpu.ru) Омского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан 10 октября 2009 г.
Отзывы, заверенные печатью, можно отправлять по адресу: 644099,
Омск, наб. Тухачевского, 14; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.
Ученый секретарь
диссертационного совета
2
Т. Ю. Колпакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последнее время проблемы охраны окружающей среды при освоении нефтегазовых месторождений приобретают особую остроту в связи с расширением масштабов и увеличением
объемов добычи углеводородного сырья. Предприятия отраслей нефтяного энергетического комплекса оказывают значительное техногенное воздействие на окружающую среду. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источника
загрязнения.
Западная Сибирь относится к числу регионов, в наибольшей степени пострадавших от различных экологических нарушений в период
индустриализации и широкомасштабного вовлечения природных ресурсов страны в хозяйственный оборот. В результате строительства
буровых установок и деятельности нефтедобывающих предприятий и
объектов производственной инфраструктуры значительные площади
лесных экосистем севера Омской области нарушены и постепенно теряют способность к самовосстановлению. Степень сохранения современных южно-таёжных лесных экосистем на нефтезагрязнённых территориях в этом случае во многом будет определяться успешностью
прохождения лесовозобновительных процессов доминантных видов.
В соответствии с целями и задачами биогеоценологических исследований, по А. И. Уткину (1974), в районе наших исследований с
особым вниманием следует проводить анализ лесовозобновительного
процесса, так как это позволит выявить негативные изменения на более ранних стадиях развития лесных экосистем. Однако закономерности динамики экосистем в условиях нефтяного загрязнения в подзоне
южной тайги Западной Сибири почти не изучены. По настоящее время
ещё недостаточно изучены характер и степень влияния нефтяного загрязнения на древесные растения и почти не изучено воздействие сырой нефти на прорастание семян лесообразующих видов древесных
растений как первостепенную основу естественного восстановления
лесных экосистем в нефтезагрязнённых районах.
Литературные источники, содержащие сведения о характере влияния нефти на семена растений, немногочисленны и в значительной
степени противоречивы. Одни авторы считают, что нефть не влияет на
прорастание семян растений (Blankenship, Larson, 1978), тогда как по
наблюдениям других исследователей нефть, а именно нефтяное ростовое вещество (НРВ), оказывает благоприятное влияние на прорастание
семян и рост проростков (Гюльхамедова, 1956; Данилова, 1967, 1972;
Комиссаров, 1962, Седых, Тараканов, 2001, 2004). В экспериментах
большинства исследователей (Абдуев, Аскеров, 1979; Алиев и др.,
3
1981; Гайнутдинов и др., 1979, 1982; Гусейнов, Гвозденко, 1973; Митчелл, 1979; Невзоров, 1976; Седых, 1996) прорастание семян резко
падало при воздействии нефти.
Однако эти данные не дают достаточных оснований для заключения о полном положительном или отрицательном влиянии сырой нефти
на семена растений. В связи с этим возникла необходимость изучения
влияния сырой нефти на всхожесть семян древесных видов растений,
а также установления особенностей их реакции на нефтяное загрязнение
и отбора среди них наиболее перспективных для рекультивации нефтезагрязнённых территорий.
Цель исследования: выявить закономерности влияния сырой
нефти на рост и развитие древесных растений в фазе прорастания семян в лабораторных условиях для прогнозирования лесовозобновительного процесса.
Задачи исследования:
1. Выявить воздействие сырой нефти на всхожесть семян хвойных
древесных растений в условиях лабораторного проращивания.
2. Изучить динамику роста проростков исследуемых видов древесных растений в зависимости от концентраций нефти.
3. Установить предельно допустимые дозы нефти на основные лесообразующие виды древесных растений в фазе прорастания семян.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования:
1. Впервые исследовано влияние сырой нефти в наиболее уязвимый период жизни хвойных древесных растений – на стадии прорастания семян.
2. Выявлены предельно допустимые концентрации сырой нефти
для основных лесообразующих видов древесных растений в фазе проростков. Полученные результаты позволяют дополнить эколого-биологическую характеристику изученных видов древесных растений данными по их устойчивости и являются основой для создания нормативной базы по контролю нефтяного загрязнения в лесных экосистемах.
Практическая значимость работы.
Практические рекомендации по использованию материалов исследования для организации мониторинга состояния природной среды
представлены в Бюджетное учреждение Омской области «Омское
управление лесами» («Омсклес»).
Материалы исследования используются в преподавании экологических дисциплин (экология, геоэкология и основы рационального
природопользования, прикладная экология, экологический мониторинг, методы экологических исследований) на химико-биологическом, географическом факультетах Омского государственного педа4
гогического университета и легли в основу методического пособия
«Полевой практикум по экологическим и естественно-научным дисциплинам» (2008).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Концентрации нефти более 1,0 мг/л снижают всхожесть семян и
угнетают рост проростков исследованных видов древесных растений:
сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica L.) и ели сибирской (Picea obovata L.).
2. Динамика прорастания семян и роста проростков исследованных видов древесных растений от концентрации нефти имеет
обратную, прямую зависимость.
Оценка личного вклада. Исследования выполнены автором самостоятельно.
Апробация результатов исследований. Материалы основных результатов исследований по теме диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2006, 2008);
на V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы
биологической науки и образования в педагогических вузах» (Новосибирск, 2008); на региональных научно-практических конференциях
(Тара, 2005; Омск, 2009).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 16 работ, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций и приложений.
Изложена на 117 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц, 15 рисунков и 6 приложений. Список литературы содержит 221
название, в том числе 24 иностранные.
5
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности изучения нефтяного
загрязнения как источника экологических проблем окружающей среды
на современном этапе развития общества. Отмечена необходимость
более детального изучения нефтяного загрязнения в наиболее уязвимый период жизни древесных растений – на стадии прорастания семян. Сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрена практическая значимость полученных результатов.
Методика и объекты исследования.
Объектом исследования являлись семена доминантных видов лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах
Омской области: ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы
сибирской. Выбор видов древесных растений проводился с учетом их
участия в составе лесов подзоны южной тайги.
Для закладки опыта были использованы семена ели сибирской,
сосны обыкновенной и лиственницы сибирской, собранные в январефеврале 2007 и 2008 гг. в Тарском районе (северо-восток Омской области), в древостоях, расположенных на территории Западно-Крапивинского нефтяного месторождения.
В работе была использована сырая нефть с Западно-Крапивинского месторождения, относящаяся к легким нефтям (бензиновые, керосиновые фракции составляют 50–55 %) и имеющая по составу низкое
содержание гетеросоединений, серы (0,05–0,37 %), парафина (3–4 %),
смол (8–9 %), и удельный вес 0,85 г/см³.
В экспериментах использовалась сырая нефть в концентрациях
(мг/л): I – контроль; II – 0,01; III – 0,05; IV – 0,10; V – 1,00; VI – 5,00;
VII – 10,00; VIII – 15,00; IX – 20,00; X – 25,00; XI – 30,00; XII – 35,00;
XIII – 40,00. Для разбавления и в качестве контроля использовалась
отстоянная водопроводная вода.
Лабораторные опыты для определения всхожести семян проводились в трехкратной повторности по 100 штук семян в каждой, с раскладкой на фильтровальной бумаге в чашках Петри с закрытыми
крышками, в соответствии с ГОСТ 13056.6–97.
Перед закладкой опытов проводилось замачивание семян хвойных
видов древесных растений в течение суток в водопроводной воде при
комнатной температуре (20 °С). Продолжительность опытов для всех
видов древесных растений составляла 15 суток, в течение которых во
все чашки Петри добавлялась сырая нефть концентрацией, соответствующей вариантам опыта. При определении всхожести семян в лабораторных опытах проводился подсчет доли проросших семян от общего
числа здоровых семян, разложенных на фильтровальной бумаге. Про6
росшими считали семена, которые дали корешки размерами более
1 мм. В целях изучения устойчивости прорастания семян к нефтяному
загрязнению проводилась оценка интенсивности роста проростков по
их корешку. Прорастающие семена объединялись в группы по дням
прорастания для изучения динамики роста их корешков.
Всего было высеяно и обмерено около 11,7 тыс. проростков хвойных видов древесных растений. Динамика роста проростков изучалась
путём ежедневного замера длины их корешков. Цитологический анализ клеток меристемы корешка проростков сосны проводился по методике, модифицированной применительно к хвойным видам древесных растений (Правдин и др., 1972; Буторина, Калаев, Вострикова,
Мягкова, 2000; Калашник, 2008).
Результаты исследований были обработаны стандартными методами
вариационной статистики, корреляционного, регрессионного и дисперсионного однофакторного анализов с использованием пакета Statistica. Сравнение вариантов опыта проводилось по критериям Стьюдента и Фишера.
Экологические особенности видов древесных растений лесных
экосистем подзоны южной тайги Омской области.
Рассмотрены общие сведения о растительном покрове района
нефтедобычи. Анализируется эколого-биологическая характеристика
доминантных видов древесных растений лесных экосистем подзоны
южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области: ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской по комплексу
свойств (анатомо-морфологических, цитологических, физиологических и биохимических признаков) и их роли в лесных биогеоценозах.
По данным лесоустроительных материалов А. И. Григорьевым с соавторами (2005) выявлено, что за вторую половину XX в. увеличение
площади темнохвойных лесов произошло за счет еловых и пихтовых
насаждений; доля их участия в структуре древостоев данной группы
лесов к концу рассматриваемого периода составила 49 %. За этот же период площадь лиственничников возросла в 2,3 раза. Лесные экосистемы
с преобладанием хвойных видов древесных растений в подзоне южной
тайги Омской области занимают 36,81 % от общей площади лесов.
Эколого-физиологические особенности прорастания семян.
Особое место в экологических исследованиях древесных растений
занимает оценка качества семян, которое рассматривается как показатель потенциальных возможностей семенного возобновления. Этот показатель использован нами как критерий в адаптации и устойчивости
видов в условиях нефтяного загрязнения. Для прорастания семян древесных растений наряду с этим важными являются наследственные
свойства семян, от которых зависит успешность естественного семенного возобновления в лесных биогеоценозах.
7
Таким образом, всхожесть семян и скорость их прорастания являются диагностическими критериями для оценки их качества, а также
могут служить прямыми показателями экологических условий их прорастания.
Влияние нефтяного загрязнения на природную среду.
В представленной главе по литературным данным рассматриваются основные научные направления исследований по влиянию нефтяного загрязнения на природную среду (водные и болотные экосистемы, почвенный покров, травянистые и древесные растения), а также
на семена.
Влияние нефти на всхожесть семян хвойных видов древесных
растений.
Важным аспектом популяционной экологии древесных растений,
а в частности основных лесообразующих видов, является изучение
генетической структуры популяций, внутрипопуляционной генетической изменчивости, степени генетической дифференциации видов. Такие исследования способствуют рациональному использованию и сохранению генофонда видов древесных растений и селекции. Детальные представления об экологической изменчивости биологических
свойств семян основных лесообразующих видов древесных растений
можно получить на основании анализа динамики их прорастания при
различных концентрациях сырой нефти.
Выявлено наличие стимулирующего эффекта на прорастание семян сосны обыкновенной и ели сибирской при концентрациях нефти
до 1,0 мг/л. Достоверно стимулирующий эффект проявился уже при
концентрации сырой нефти 0,05 мг/л (P < 0,01). Так, при этой концентрации нефти всхожесть семян ели возросла на 16 % по сравнению с
контролем (табл. 1). Наиболее положительной для семян сосны оказалась концентрация нефти 0,10 мг/л, при которой все заложенные в
опыте семена проросли (т. е. абсолютная всхожесть составила 100 %).
Отличительной особенностью лиственницы сибирской явилась низкая
степень всхожести её семян при всех дозах сырой нефти.
Резкое снижение величины всхожести семян сосны на 12 % наблюдалось с уровня концентрации нефти более 5,0 мг/л. В последующем, при более высоких концентрациях нефти наблюдалась устойчивая тенденция в падении всхожести её семян и роста проростков. Наиболее сильный спад по этим показателям выявился при концентрации
нефти 30,0 мг/л. У семян ели резкое снижение всхожести наблюдалось
уже при концентрациях нефти 15,0 мг/л.
8
Таблица 1
Всхожесть семян хвойных видов древесных растений при различных концентрациях нефти
ВариКонант
ценопы- трация,
та
мг/л
Виды хвойных древесных растений
Сосна обыкновенная
Число
проросших
семян,
Лиственница сибирская
Абсолютная
всхожесть,
Длина
проростков,
%
см
92,00
90,67
94,67
100,000
96,00
92,00
80,00
74,33
68,33
65,33
37,67
27,33
27,67
3,80 ± 0,14
3,50 ± 0,13
4,80 ± 0,16
3,89 ± 0,15
3,75 ± 0,14
3,55 ± 0,12
3,57 ± 0,20
3,45 ± 0,06
2,52 ± 0,05
1,98 ± 0,06
1,59 ± 0,05
1,30 ± 0,05
0,62 ± 0,05
шт.
І
IІ
ІІІ
ІV
V
VI
VІІ
VIII
ІX
X
XI
XІІ
XIII
0
00,01
00,05
00,10
01,00
05,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
276
272
284
300
288
276
240
223
205
196
113
082
083
Ель сибирская
Число
Абсолютная
Длина
Число
Абсолютная
проросших всхожесть, проростков, проросших всхожесть,
семян,
см
семян,
%
%
шт.
шт.
228
196
192
207
176
172
120
114
105
101
067
022
020
76,00
65,33
64,00
69,00
58,66
57,33
40,00
38,00
35,00
33,66
22,33
07,33
06,66
3,92 ± 0,18
4,09 ± 0,17
4,60 ± 0,19
3,69 ± 0,15
3,25 ± 0,16
3,50 ± 0,14
3,49 ± 0,21
3,44 ± 0,04
1,66 ± 0,05
1,57 ± 0,07
1,54 ± 0,07
1,48 ± 0,07
1,05 ± 0,05
240
264
288
258
264
256
180
117
128
122
063
077
071
80,00
88,00
96,00
86,00
88,00
85,33
60,00
39,00
42,66
40,66
21,00
25,66
23,66
Длина
проростков,
см
4,88 ± 0,18
4,76 ± 0,17
4,90 ± 0,18
3,80 ± 0,17
3,18 ± 0,14
3,08 ± 0,14
2,90 ± 0,10
2,60 ± 0,06
1,64 ± 0,04
0,56 ± 0,03
0,45 ± 0,03
0,41 ± 0,03
0,27 ± 0,01
Наиболее резкое падение всхожести семян лиственницы отмечалось при максимальных концентрациях нефти (35,0–40,0 мг/л) и составило 7 %, тогда как у семян сосны и ели всхожесть сохранилась
соответственно на более высоком уровне 28 % и 24 %.
Сопряженный анализ изменения всхожести семян хвойных видов
древесных растений позволил отметить, что у сосны и ели наблюдается
сходная реакция повышения всхожести семян на концентрации сырой
нефти до 1,0 мг/л. В вариантах опыта после 5,0 мг/л у данных видов
имеется сходная тенденция снижения всхожести семян.
В целом можно отметить более высокую устойчивость семян
сосны к нефтяному загрязнению в интервале изученных концентраций, минимальная всхожесть оказалась характерной для семян лиственницы, и промежуточное положение отмечалось у семян ели.
Характерным для семян сосны являлось начало прорастания при
концентрациях нефти до 0,05 мг/л на четвертый день проращивания и его
завершение на седьмой день. При концентрациях сырой нефти 5,0 мг/л
наблюдались более ранние сроки прорастания семян сосны (на второй
день) и большая продолжительность данной фазы (7 дней). При более
высоких концентрациях нефти от 10,0–40,0 мг/л начало прорастания
было отмечено на третий день опыта.
Прорастание семян ели отличалось более ранними сроками начала (на второй день) и минимальной продолжительностью (4 дня)
при концентрациях нефти от 1,0 до 15,0 мг/л. При концентрациях
сырой нефти более 25,0 мг/л всхожесть семян была отмечена только на
пятый день и период прорастания сократился до трёх дней.
Динамика прорастания семян лиственницы характеризовалась более поздними сроками начала и окончания прорастания, а также
большей продолжительностью этого процесса. Наиболее ранняя всхожесть (на третий день) и максимальная продолжительность прорастания семян лиственницы (9–11 дней) наблюдалась при концентрациях нефти 1,0–10,0 мг/л. При максимальных концентрациях нефти
35,0–40,0 мг/л начало прорастания семян отмечалось на пятый день
опыта.
Следует отметить, что при концентрации нефти 40 мг/л произошло сокращение продолжительности прорастания семян у всех видов
древесных растений: у сосны и ели она составила 3 дня, а у лиственницы – 2 дня, с минимальным уровнем всхожести (6,66 %). Полученные как в контрольных, так и в рабочих вариантах опыта данные
отразили видовую специфику прорастания семян изученных видов.
Корреляционный анализ зависимости количества проросших семян хвойных видов древесных растений от концентрации нефти в
10
вариантах опыта позволил установить, что во всех случаях она достоверно существенная, обратная и отрицательная (рис. 1). Учитывая выявленный стимулирующий эффект концентраций нефти (до 0,10 мг/л)
на всхожесть семян, корреляционный анализ позволил установить, что
при слабых концентрациях нефти у семян сосны и ели зависимость по
их всхожести является положительной, а у семян лиственницы она попрежнему отрицательная, но по величине заметно выше (r = −0,71).
При сравнении эмпирических кривых, характеризующих изменение
всхожести семян хвойных видов древесных растений, в зависимости
от концентрации нефти с теоретически ожидаемой функциональной
зависимостью, было выявлено, что она носит по форме прямолинейный характер и выражается полиномом 1-й степени.
Рис. 1. Зависимость прорастания семян хвойных видов
древесных растений от концентрации нефти
Динамика роста корешков проростков древесных растений.
Анализ динамики роста корешков у проростков хвойных видов
древесных растений при различных концентрациях сырой нефти позволил выявить следующую закономерность: максимальная длина корешков в опытах была установлена у всех изученных видов при концентрации нефти 0,05 мг/л.
11
У семян сосны при этой концентрации нефти величина корешков
проростков по сравнению с контролем увеличилась на 26,32 % и оказалась достоверной при 1 %-ном уровне значимости критерия Стьюдента, у семян лиственницы – на 17,35 % при 5 %-ном уровне значимости
данного критерия, а у семян ели длина корешков увеличилась на 0,41 % и
была недостоверной (P > 0,05).
У проростков сосны при концентрациях нефти от 1,0 до 25,0 мг/л
на 8-й и 9-й день отмечалось устойчивое снижение длины проростков.
С увеличением концентрации нефти 30,0–40,0 мг/л уменьшение величины корешков проростков, по сравнению с контролем наблюдалось раньше (на 6-й день).
У лиственницы сибирской наблюдалось стабильное и достоверное
(tфакт. > t01) снижение роста корешка проростков с 14-го дня при концентрациях от 1,0 до 15,0 мг/л, соответственно с 4-го дня – при концентрациях 20,0–25,0 мг/л и самое раннее угнетение роста корешков было
отмечено со 2-го дня – при максимальных концентрациях нефти в нашем опыте – 35,0 и 40,0 мг/л.
Таким образом, при концентрациях нефти до 0,10 мг/л у семян
сосны обыкновенной и лиственницы сибирской проявился стимулирующий эффект на рост корешков проростков. Эти различия являются достоверно значимыми соответственно у семян сосны при 1 %-ном
уровне критерия Стьюдента и у семян лиственницы при 5 %-ном
уровне этого критерия. Наиболее заметный стимулирующий эффект
наблюдался, наряду с ростом корешка, и в увеличении по всхожести
на 20 %. Особенно это имеет значение для лиственницы сибирской в
связи с присущей ей низкой всхожестью семян (Гроздов, 1952; Булыгин, 1991; Коропачинский, Встовская, 2002 и др.).
Полученные данные подтвердили гипотезу стимуляции малыми
дозами при воздействии сырой нефти. Аналогичный результат был
выявлен В. Н. Седых (2004) при изучении зависимости всхожести
семян и длины проростков сосны обыкновенной, ели сибирской и тополя бальзамического от концентраций отходов бурения в песчаном
субстрате. В связи с волнообразным характером экспериментальных
данных по всхожести семян и росту проростков при различных концентрациях нефти предполагаются дополнительные исследования для
изучения влияния отдельных компонентов сырой нефти на ход этих
процессов.
Проведенные опыты с семенами ели сибирской позволили установить более высокую чувствительность семян ели к нефтяному загрязнению. Так, уже при концентрациях более 0,05 мг/л рост корешков у
проростков семян ели стабильно отстаёт от контроля (Р < 0,01).
12
При изучении длины корешков у исследованных видов просматриваются два резких спада: первый в интервале концентрации от 0,05
до 0,10 мг/л и второй – от 15,0 до 20,0 мг/л. При концентрации сырой
нефти 40,0 мг/л наблюдалось достоверно существенное угнетение величины корешков (tфакт. > tтеор.): максимальное – у ели сибирской, минимальное – у лиственницы сибирской и среднее – у сосны (Р < 0,01).
Рис. 2. Зависимость длины проростков семян хвойных видов
древесных растений от концентрации нефти
Изучение динамики роста корешков у проростков хвойных видов
древесных растений, различающихся сроками начала прорастания в
вариантах опыта, позволило установить, что при увеличении концентрации нефти происходит уменьшение числа групп по всхожести. Так, в
XΙΙΙ варианте опыта (40,0 мг/л) у лиственницы наблюдались две группы семян по прорастанию, у сосны и ели – три группы (табл. 2).
В динамике суточного роста корешков проростков ели проявилось
исключительное сходство в сроках начала прорастания при всех испытанных концентрациях нефти. Это может быть связано с крайне низким полиморфизмом потомства ели сибирской по реакции на нефтяное
воздействие.
13
Таблица 2
Структура прорастания семян хвойных видов древесных растений
№
варианта
Концентрация
неф
ти
Ι
ΙΙ
ΙΙΙ
ΙV
V
VΙ
VΙΙ
VΙΙΙ
IX
X
XI
XII
XIII
Сосна обыкновенная
Лиственница сибирская
Ель сибирская
Группы проросших семян
I
II
III
IV
0
0,01
0,05
0,10
1,00
148
104
164
18
12
64
114
48
174
150
60
8
40
72
69
4
32
32
24
39
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
32
45
40
24
17
15
10
16
80
135
23
75
118
55
41
45
92
45
127
90
55
23
22
22
64
15
33
16
6
7
9
VΙ
Ι
64
68
64
60
72
20
4
32
28
32
20
12
12
12
8
8
8
8
8
4
4
6
88
80
64
60
36
4
12
12
20
24
12
32
16
4
4
3
4
4
4
32
59
50
20
37
8
5
28
1
10
30
18
8
12
5
12
5
11
12
8
8
8
8
52
36
23
42
12
17
7
11
16
5
9
5
5
8
14
10
8
7
34
10
9
V
ΙΙ
ΙΙΙ
ΙV
V
VI
VII
VIII
IX
Ι
ΙΙ
ΙΙΙ
ΙV
V
VΙ
69
36
18
12
36
111
176
48
24
96
56
44
90
66
116
4
8
84
90
12
42
54
4
6
13
44
60
16
13
64
10
10
41
96
24
26
91
27
35
19
14
112
84
33
13
26
12
29
16
4
12
42
11
5
6
19
Число проросших семян в каждой группе
4
4
В динамике суточного роста корешков у проростков сосны характерным в контроле является завершение основного прироста на 12-й
день, тогда как в других вариантах опыта их ход роста носил равномерный, плавный характер и являлся более растянутым.
Наблюдается также колебание в сроках прорастания у последних
групп в вариантах опыта: у сосны и ели колебания составляют от 3 до
6 дней, у лиственницы – от 2 до 9 дней, т. е. наибольшим полиморфизмом по срокам прорастания семян отличается лиственница, а наименьшим – сосна и ель.
Проведённый корреляционный анализ по материалам экспериментальных исследований изучения влияния нефти на рост корешков у
хвойных видов древесных растений позволил установить, что связь во
всех случаях обратная, отрицательная и достоверная (табл. 3). Вычисление корреляционного отношения показало, что зависимость всхожести и длины корешка проростков близка к функциональной зависимости от концентрации сырой нефти. Менее выраженная функциональная
зависимость характерна для лиственницы, у которой она носит криволинейный характер. Это связано с особенностями в анатомо-морфологическом строении семян лиственницы, имеющих более толстую
семенную кожуру, чем у ели и сосны. Наличие стимулирующего эффекта нефти проявилось при концентрациях до 1,0 мг/л. Во всех случаях эта зависимость оказалась обратной и отрицательной, а по абсолютной величине у сосны она составила r = −0,19 (P > 0,05), у лиственницы – r = −0,75 (P < 0,01) и у ели – r = −0,85 (P < 0,001). Наибольший стимулирующий эффект в этом случае проявился у сосны и
наименьший – у ели, промежуточное положение наблюдалось у лиственницы.
При высоких концентрациях нефти в опытах форма, направление
и степень корреляционной зависимости влияния нефтяного загрязнения на всхожесть семян хвойных видов древесных растений и рост
корешков практически остались на прежнем уровне.
Корреляционный анализ зависимости среднего периода прорастания семян от концентраций нефти позволил установить, что она по
форме отрицательная, достоверная при 0,1 %-ном уровне значимости
критерия Стьюдента и более выражена у сосны (r = −0,83) и лиственницы (r = −0,82).
15
Таблица 3
Результаты корреляционного анализа влияния нефти
на прорастание семян хвойных видов древесных растений
Виды
древесных
растений
Сосна обыкновенная
Лиственница
сибирская
Ель сибирская
Показатели
Всхожесть семян, %
коэффициент
корреляции
(rух)
корреляционное
отношение
(ηух)
–0,98 ± 0,07х
–0,99 ± 0,03хх
Длина корешка
проростков, см
коэффицикорреляциент
онное откорреляции
ношение
(rух)
(ηух)
–0,96 ± 0,09х –0,96 ± 0,09хх
–0,93 ± 0,11х
–0,95 ± 0,09хх
–0,93 ± 0,11х
–0,82 ± 0,17хх
–0,95 ± 0,10х
–0,98 ± 0,06хх
–0,95 ± 0,10х
–0,99 ± 0,05хх
Примечание: х – P < 0,001; хх – Р < 0,01.
Результаты однофакторного дисперсионного анализа зависимости
влияния нефти на прорастание семян изученных видов представлены в
табл. 4.
Таблица 4
Результаты однофакторного дисперсионного анализа
зависимости влияния нефти на прорастание семян хвойных
видов древесных растений
Виды
древесных
растений
Сосна обыкновенная
Лиственница
сибирская
Ель сибирская
Показатель прорастания
Всхожесть семян, %
Fфакт.
F05
ηх2
Fфакт.
F05
ηх2
49,73
4,26
0,67х
7,26
4,26
0,23х
15,91
4,26
0,40х
7,37
4,26
0,23х
26,57
4,26
0,53х
7,71
4,26
0,24х
Примечание: х – Р < 0,05.
16
Длина корешка проростков, см
Согласно этим данным можно признать, что на всхожесть семян и
длину корешков проростков достоверное влияние оказали исследованные концентрации нефти (Р < 0,05). Данное влияние можно объяснить
результатами проведённых исследований уровня хромосомных нарушений в кончиках корешков проростков сосны, когда при увеличении
концентрации нефти наблюдается рост числа аномалий с расширением
их спектра.
Достоверное влияние (ηх2) сырой нефти на всхожесть семян проявилось в большей степени на семенах сосны и ели и в меньшей степени – на семенах лиственницы, тогда как сила влияния нефти на длину
корешков проростков оказалась достоверной и одинаковой для данных видов.
Анализ взаимосвязи между числом проросших семян и длиной
корешков у проростков изученных хвойных видов древесных растений
позволил выявить положительную, очень высокую и достоверную степень связи между ними (tфакт. > tтеор.): у сосны r = 0,94, у ели r = 0,91 и
у лиственницы r = 0,88 при 1 %-ном уровне значимости критерия
Стьюдента.
По результатам проведенных исследований можно признать, что
наибольшей толерантностью к воздействию сырой нефти в фазе прорастания семян характеризуются семена сосны обыкновенной, наименьшей – семена ели сибирской и промежуточное положение занимают семена лиственницы сибирской.
Выводы.
1. При концентрациях нефти до 1,0 мг/л наблюдалось повышение
всхожести семян сосны обыкновенной и ели сибирской и увеличение
длины корешков проростков сосны обыкновенной и лиственницы сибирской, а при более высоких концентрациях нефти отмечалось устойчивое снижение этих показателей.
2. По показателям прорастания семян и росту корешков проростков у хвойных видов древесных растений наибольшей устойчивостью
к воздействию нефти отличается сосна обыкновенная, наименьшей –
ель сибирская и промежуточное положение занимает лиственница сибирская.
3. Зависимость всхожести семян и длины корешков проростков у
изученных лесообразующих видов древесных растений от концентраций
нефти является отрицательной по характеру, прямолинейной по форме.
4. У изученных хвойных видов древесных растений доля влияния
нефти на всхожесть семян составляет от 90 до 96 % и по росту корешков проростков – от 86 до 92 %.
17
5. Максимальная доля изменчивости всхожести семян в вариантах
опыта с нефтью наблюдалась у сосны (67 %), а минимальная – у лиственницы (40 %), тогда как длина корешков проростков у изученных
видов лишь на 23 % у сосны и лиственницы, и на 24 % у ели обусловлено варьированием концентраций нефти.
6. Полученные результаты лабораторных исследований по влиянию нефти на начальных этапах роста и развития (прорастания семян,
роста проростков) изученных лесообразующих видов древесных растений могут служить основой для создания нормативной базы предельных уровней воздействия сырой нефти на лесные экосистемы.
Практические рекомендации.
На основании материалов исследований был установлен предельно допустимый уровень сырой нефти в 1,0 мг/л при прорастании
семян изученных хвойных видов древесных растений. Установленные
концентрации нефти, не влияющие отрицательно на рост и развитие
древесных растений в фазе прорастание семян, могут быть использованы при определении предельных норм нагрузки нефтяного загрязнения на лесовозобновительные процессы в лесных экосистемах подзоны южной тайги.
Материалы исследований используются в преподавании экологических дисциплин (экология, геоэкология и основы рационального
природопользования, прикладная экология, экологический мониторинг, методы экологических исследований) на химико-биологическом,
географическом факультетах Омского государственного педагогического университета.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:
1. Донец, Е. В. Особенности влияния нефтяного загрязнения на
прорастание семян хвойных видов древесных растений [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Вестник Тюменского государственного университета. – 2008. – Вып. 3. – С. 226–230 (авт. – 50 %).
2. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на прорастание
семян хвойных пород [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Лесоведение. – 2008. – № 5. – С. 18–21 (авт. – 50 %).
Научные статьи и материалы:
3. Донец, Е. В. Проблемы и перспективы развития нефтегазоносных территорий [Текст] / Е. В. Донец // Актуальные проблемы управления: теория, методология, культура, модернизация, ресурсы : сб. материалов межрегиональной научно-практической конференции 16 сен18
тября 2004 г. В 2. ч. Ч. 2. / под общ. ред. А. И. Барановского. – Омск :
Изд-во «Прогресс» Омского ин-та предпринимательства и права,
2004. – 202 с.
4. Григорьев, А. И. Экологические аспекты изучения лесных экосистем южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, Е. В. Донец // Наука и образование: проблемы и перспективы : материалы научно-практической конференции с международным участием 24–25 мая
2005 года. В 2 ч. Ч. 1. Естественные науки. – Тара : ПЦ ЧП Пономарева О. Н., 2005. – С. 130–134 (авт. – 50 %).
5. Григорьев, А. И. Естественное возобновление лесообразующих
пород в подзоне южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Наука и образование: проблемы и
перспективы : материалы научно-практической конференции с международным участием 24–25 мая 2005 года. В 2 ч. Ч. 1. Естественные науки. – Тара : ПЦ ЧП Пономарева О. Н., 2005. – С. 138–141 (авт. – 50 %).
6. Григорьев, А. И. Особенности естественного возобновления на
непокрытых лесом территориях лесообразующих пород в подзоне южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук,
Е. В. Донец // Экология Омской области. – Омск : ПЦ ЧП Пономарева О. Н., 2005. – С. 31–33 (авт. – 50 %).
7. Григорьев, А. И. Экологические аспекты в лесных экосистемах
подзоны южной тайги Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Наука и образование: проблемы и перспективы : материалы научно-практической конференции с международным
участием 24–25 мая 2005 года. В 2 ч. Ч. 1. Естественные науки. – Тара :
ПЦ ЧП Пономарева О. Н., 2005. – С. 135–137 (авт. – 50 %).
8. Григорьев, А. И. Динамика темнохвойных лесов Омского Прииртышья / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец // Естественные
науки и экология. Ежегодник. Вып. 10 : межвуз. сб. науч. трудов. – Омск :
Изд-во ОмГПУ, 2006. – С. 41–45 (авт. – 50 %).
9. Григорьев, А. И. Материалы к лесоводственно-экологической
характеристике северных лесов Омской области [Текст] / А. И. Григорьев, В. Н. Михальчук, Е. В. Донец [и др.] // Инновационные технологии в повышении качества образования : материалы международной
научно-практической конференции 15 апреля 2006 г. : в 2 ч. – Омск :
Изд-во Омского экономического института, 2006. – Ч. 2. – С. 83–85
(авт. – 50 %).
10. Донец, Е. В. Особенности прорастания семян хвойных видов
древесных растений при нефтяном загрязнении [Текст] / Е. В. Донец //
Омская биологическая школа. Ежегодник. Вып. 4 : межвуз. сб. науч.
тр. / под ред. Б. Ю. Кассала. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2007. – С. 45–49.
19
11. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на биофизические параметры проростков ели сибирской (Picea obovata Ledeb.)
[Текст] / Е. В. Донец, Ю. А. Курило // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития ЗападноСибирского региона : материалы II Международ. науч.-практ. конф. –
Омск : Изд-во ОмГПУ, 2008. – С. 41–44 (авт. – 50 %).
12. Донец, Е. В. Влияние нефтяного загрязнения на природную
среду [Текст] / Е. В. Донец // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып. 12 : межвуз. сб. науч. трудов. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2008. –
С. 152–157.
13. Донец, Е. В. Динамика прорастания семян светлохвойных видов древесных растений при нефтяном загрязнении [Текст] / Е. В. Донец, А. И. Григорьев // Естественные науки и экология. Ежегодник.
Вып. 12 : межвуз. сб. науч. трудов. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2008. –
С. 157–166 (авт. – 50 %).
14. Донец, Е. В. Влияние нефти на всхожесть семян и рост проростков хвойных видов древесных растений [Текст] / Е. В. Донец // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып. 13 : межвуз. сб. науч.
трудов. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2009. – С. 137–141.
15. Донец, Е. В. Влияние нефти на хвойные виды древесных растений в фазе прорастания семян [Текст] / Е. В. Донец // Сборник материалов региональной научно-практической конференции, посвящённой
60-летию со дня рождения А. А. Кожухаря, исследователя-географа,
учёного и педагога. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2009. – С. 128–132.
16. Донец, Е. В. Цитогенетическая характеристика сосны обыкновенной при нефтяном загрязнении [Текст] / Е. В. Донец // Материалы
региональной научно-практической конференции молодых учёных. –
Омск : Изд-во ОмГПУ, 2009. – С. 19–23.
20
Технический редактор И. И. Лепешинская
Подписано в печать 09.10.2009
Бумага офсетная
Печ. л. 1.0
Тираж 100 экз.
Формат 60×84/16
Ризография
Уч.-изд. л. 1.0
Заказ Ж384-10-09
Издательство ОмГПУ, 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14
21