Фиторемедиация почвы в условиях нефтяного загрязнения
Введение
Почва – природное образование, обладающее целым набором специфических свойств. Её структура, состав и плодородный слой формируются в результате сложных биологических процессов на протяжении многих столетий.
Характеристикой почвы являются плодородие, уровень которого определяет, способна ли почва обеспечить полноценный рост и развитие растений, на ней произрастающих. Естественное плодородие почвы подразумевает уровень содержания питательных веществ, рыхлость структуры и наличие живых организмов во всех ее слоях. В результате накопления солнечной энергии, которая поступает в почву за счет фотосинтеза растений, образуется плодородный слой. Повышение плодородия почвы – самый актуальный вопрос. На уровень плодородия почвы неизменно воздействует человек, и зачастую это воздействие оказывается губительным. Загрязнение почвы носит глобальный характер и может привести к непоправимым последствиям. Разрушение плодородного слоя неумолимо ведет к нарушению природного баланса, обмена веществ в природе. Исходя из этого, можно сказать, что загрязнение почвы может обернуться разрушением других экосистем.
Фиторемедиация является одним из перспективных и возможных путей решения такой актуальной задачи, как восстановление почв, загрязненных тяжелыми металлами и отходами производства. Значение ремедиации как активной формы охраны природы заключается в защите и восстановлении природных ресурсов, включая почвенные. Первые научные исследования по фиторемедиации были проведены в 50-х годах в Израиле, однако активное развитие метод получил только в 80-х годах XX века.
Растение воздействует на окружающую среду разными способами. Основные из них:
- ризофильтрация – корни всасывают воду и химические элементы, необходимые для жизнедеятельности растений;
- фитоэкстракция – накопление в организме растения опасных загрязнений (например, тяжёлых металлов);
- фитоволатилизация – испарение воды и летучих химических элементов (As, Se) листьями растений;
- фитостабилизация – перевод химических соединений в менее подвижную и активную форму (снижает риск распространения загрязнений);
- фитодеградация – деградация растениями и симбиотическими микроорганизмами органической части загрязнений;
- фитостимуляция – стимуляция развития симбиотических микроорганизмов, принимающих участие в процессе очистки.
Фиторемедиация (фитобиоремедиация) представляет собой использование растений и ассоциированных с ними микроорганизмов для очистки окружающей среды. В этой технологии используются природные процессы, с помощью которых растения и ризосферные- микроорганизмы деградируют и накапливают различные поллютанты.
Термин «фиторемедиация» образован из слов: греческого «фито» (растение) и латинского «ремедиум» (очистка, восстановление). Растения способны очищать почву на глубину роста своих корней. Так, для большинства травянистых растений глубина очистки составляет 0,7 м, для кукурузы – до 0,9 м, а ивы – до 2 м. Таким образом, деревья и кустарники очищают почву на большую глубину, чем травянистые растения. Основное достоинство фиторемедиации – ее низкая стоимость, а недостаток – большая продолжительность. Этот путь привлекателен использованием природного процесса биологического круговорота и полным исключением грубых механических инженерно-мелиоративных мероприятий и какого-либо химического воздействия на почву.
Цель работы: провести анализ влияния нефтяного загрязнения на развитие сельскохозяйственных культур; познакомится с процессом восстановления нефтезагрязненных участков почвы с помощью растительных организмов.
Материалы и оборудование:
Почва универсальная для посадки, семена растений (овес, горох, тыква, фасоль), лук-севок, чеснок, нефть, пластиковые контейнеры объемом 0,5л.
Порядок выполнения работы:
1. Оценку эффективности применения исследуемых культур в биоремедиации почв проводят методом моделирования нефтяного загрязнения почвы. Для этого почву освобождают от посторонних включений, измельчают и высушивают.
2. В 4 пластиковые емкости помещают 500 г. почвы и добавляют нефть в количестве из расчета 2.0, 4.0, 6.0, 8.0 г/кг.
3. Дополнительно готовят еще одну пластиковую емкость с почвой без добавления нефти (контроль).
4. Во все емкости сажают семена растений, взятых в одинаковом количестве. Поливают водой.
5. Растения выращивают в лаборатории при температуре 18-220С в течение 7-14 дней.
6. В ходе лабораторной работы определяют длину и количество корней и листьев, ростовые индексы. Данные записывают в таблицу:
Таблица 4.1
Морфометрические показатели исследуемых растений при нефтяном загрязнении
(% к контролю)
| Варианты опыта | Всхожесть семян | Длина листьев | Длина корней | Количество корней |
| Нефтяное загрязнение | ||||
| К | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
| 2.0 | ||||
| 4.0 | ||||
| 6.0 | ||||
| 8.0 |
7. Строят график зависимости длины корней, количества корней, длины стебля (листьев) от количества нефти, внесенной в почву.
Пример оформления результатов опыта:
Нефть в исследуемых концентрациях стимулировала рост корней и листьев лука в длину. С увеличением дозы нефтяного загрязнения в лабораторных экспериментах наблюдалось закономерное и ожидаемое уменьшение длины корней исследуемых растений и увеличение их количества. Так, с увеличением дозы нефтяного загрязнения до 2.0 г/кг длина корней луковиц составила 68,4% от контроля, а при увеличении дозы нефтяного загрязнения до 8.0 г/кг длина корней луковиц составила 52,63% от контроля. При этом количество корней при дозе нефтяного загрязнения до 2.0 г/кг резко снизилось до 38,46%, а затем увеличилось до 89,74%.
Образования утолщений на корнях лука репчатого рассматривается, как включение защитных механизмов растения, посредствам уменьшения поступления ионов ТМ, через увеличение объема отдельных зон корня. Подобную картину описывают индийские ученые (Mahanta et al., 1998). В их экспериментах вздутия на корнях образовывались при тестировании различных концентрации водных экстрактов табака местного сорта.
Таблица 4.2 - Функционально-морфометрические показатели лука в нефти (% к контролю)
| Варианты опыта | Всхожесть семян | Длина корней | Количество корней |
| Нефтяное загрязнение | |||
| Лук репчатый | |||
| К | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
| 2.0 | 100,0 | 68,4 | 38,46 |
| 4.0 | 100,0 | 71,0 | 35,89 |
| 6.0 | 100,0 | 55,2 | 94,87 |
| 8.0 | 100,0 | 52,63 | 89,74 |
На наш взгляд, усиленное формирование укороченной, но густоразвитой корневой системы связано, скорее всего, с вынужденной потребностью организма сохранить в наземной части растения нетоксичные вещества.
Рисунок 1.1 – Развитие корневой системы луковиц в условиях нефтяного загрязнения
Показатели длины корней, активность каталазы были связаны прямой коррелятивной связью (r=0,70-0,92) с концентрацией нефти в почве. Такая динамика свидетельствует о высокой устойчивости лукак нефтяному загрязнению.
Пример оформления вывода:
Способность различных растений произрастать в условиях нефтяного загрязнения неодинакова. Выявление и изучение растений, способных не только произрастать на нефтезагрязненных почвах, но и способствовать восстановлению – один из важнейших аспектов фиторемедиации почв.
Исследования фитотоксического действия почв с нефтяным загрязнением в биотесте на всхожесть семян модельных растений, таких как овес показали, что растения-ремедианты достаточно снижают концентрацию поллютантов в почве.
Данные учета надземной массы растений свидетельствуют, что в границах испытуемых концентраций в условиях нефтяного загрязнения изученные агрофитоценозы показали экологическую устойчивость. Применение бобового агрофитоценоза способствовало более эффективной фиторемедиации загрязненных почв.
Контрольные вопросы:
1. Что такое фиторемедиация почвы?
2. Какие способы восстановления нефтезагрязненных почв вам известны7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5.