Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации

Ларионова, Наталья Леонидовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации"

На правах рукописи

Ларионова Наталья Леонидовна

УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОЧВЫ УГЛЕВОДОРОДАМИ И ЭФФЕКТ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Казань - 2005

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории почвенно-растительных систем и атмосферы Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина».

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Бреус Ирина Петровна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Селивановская Светлана Юрьевна

кандидат биологических наук, доцент Архипова Наталья Степановна

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится 13 декабря 2005 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.081.19 при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 18.

Автореферат разослан"

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор химических наук, профессор_уе^^' » г. А. Евтюгин

MoB^L 249054 (L

{к>ы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия на фоне увеличения добычи, транспортировки, переработки и использования нефти и нефтепродуктов существенно возросли уровень и масштабы загрязнения природной среды нефтяными углеводородами (УВ). Наиболее интенсивному химическому загрязнению подвержены почвы. Особенно остро проблема загрязнения земель УВ стоит в Татарстане, где площадь нефтедобывающих территорий составляет 3492,8 тыс. га или 51,5% общей площади республики [Ги-лязов, Гайсин, 2003].

Под воздействием аккумулированных в почве УВ происходит трансформация почвенных экосистем [Солнцева, 1998; Киреева и др., 2001, 2003]. Изменения свойств почв и непосредственное воздействие УВ приводят к угнетению или полному ингибированию роста и развития подавляющего большинства растений; почвы становятся фитотоксичными [Мифтахова, 2002]. Однако исследования устойчивости растений к поллютантам посвящены преимущественно эффекту неорганических (тяжелые металлы, нитраты) и растворимых в воде органических (пестициды) соединений. Имеющиеся данные в отношении действия УВ весьма противоречивы. Мало изучено видовое и сортовое разнообразие растений; из индивидуальных УВ изучают преимущественно полиароматические УВ (ПАУ), работ по загрязнению почвы нефтепродуктами явно недостаточно; наиболее подробно исследована нефть. Знание степени устойчивости растений необходимо для решения вопросов, с одной стороны, возможности их возделывания на загрязненной почве, а с другой - использования для восстановления нарушенного почвенного плодородия (фиторемедиация).

По сравнению с традиционными способами восстановления загрязненных УВ почв фиторемедиация является экологически более безопасной и экономичной [Pivetz, 2001; Newman, Reynolds. 2004]. Между тем эти исследования начаты сравнительно недавно, количество изученных растений и типов углеводородных поллютантов ограничено. В литературе приводятся данные о 30-40 видах растений, обладающих установленным эффектом фи-торемедиации, из них около 75% работ посвящены ПАУ. Это вызвано экспериментальными трудностями изучения распределения жидких УВ в неоднородной по составу и свойствам почвенной среде, а также сложностей, связанных с их количественным анализом.

Исследования широкого круга как культурных, так и дикорастущих растений в лабораторных и вегетационных экспериментах позволят дать важную информацию, касающуюся их устойчивости в отношении углеводородных поллютантов, и выяснить механизмы их влияния на свойства почв, загрязненных УВ.

РОС НАЦИОНАЛЫ^, БИБЛИОТЕКА

Целью работы являлась экспериментальная оценка устойчивости культурных и дикорастущих растений к загрязнению почвы жидкими УВ и выявление влияния устойчивых видов на снижение их содержания в почве (фито-ремедиационный эффект).

Для достижения цели решали следующие задачи:

1. Количественно охарактеризовать всхожесть и энергию прорастания семян культурных и дикорастущих растений, накопление ими надземной и корневой биомассы в зависимости от типа углеводородных поллютантов, их концентрации, длительности загрязнения почвы и систематической принадлежности растений.

2. Исследовать эффект прямого контакта покоящихся и прорастающих семян с УВ разной химической природы.

3. Создать автоматизированную базу данных по всхожести семян на загрязненной УВ почве и провести на ее основе кластерный анализ для классификации растений по степени устойчивости.

4. Установить значения показателей фитотоксичности загрязненной почвы: концентраций УВ, вызывающих 10%-ное (ЕСю), 25%-ное (ЕС25) и 50%-ное (ЕС5о) снижение всхожести семян.

5. Выявить вклад факторов (тип и концентрация углеводородного пол-лютанта, продолжительность загрязнения, влажность почвы, тип экстраген-та, длительность экстракции и др.), влияющих на полноту извлечения УВ при анализе загрязненной почвы, и оптимизировать методику экстракции УВ.

6. Оценить степень снижения содержания УВ в загрязненной почве при выращивании растений и выявить пути реализации эффекта фиторемедиа-ции.

Научная новизна и теоретическая значимость.

Впервые дана количественная оценка изменения всхожести и энергии прорастания семян (44 вида культурных и дикорастущих растений) и накопления надземной и корневой биомассы растениями (14 видов) в условиях загрязнения почвы индивидуальными УВ (представителями алифатических и ароматических классов), их смесями и нефтепродуктом (керосином) в диапазоне концентраций 0,5-15 вес.% на выщелоченном черноземе Республики Татарстан (РТ). Впервые применен метод кластерного анализа в качестве основы для классификации растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почвы. Впервые для исследованных растений установлены значения показателей фитотоксичности почвы, загрязненной УВ. Показано, что проникновение н-тридекана и 1-метилнафталина в семена является одним из факторов, вызывающих депрессию их всхожести и энергии прорастания.

Количественно охарактеризован фиторемедиационный эффект для растений кукурузы и эспарцета в выщелоченном черноземе. Показано, что в его основе лежит стимуляция'микробиологической активности почвы. Иденти-

фицированы продукты трансформации 1-МН микробиоценозом выщелоченного чернозема.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Классификация растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почвы позволяет рекомендовать использование устойчивых культурных и дикорастущих растений для выращивания в качестве зеленых насаждений.

Выявлены растения, сохраняющие способность к росту в условиях загрязнения и обладающие эффектом фиторемедиации.

Создана автоматизированная база данных по всхожести семян растений в условиях углеводородного загрязнения почвы, которую в дальнейшем можно расширять и использовать в качестве основы для изучения физиологических, биохимических и экологических факторов устойчивости растений.

Оптимизирована методика извлечения УВ разной химической природы, позволяющая проводить экстракцию с полнотой извлечения более 75% без предварительной подготовки образцов почвы в широком диапазоне концентраций УВ.

Модифицирован метод учета численности углеводородокисляющих микроорганизмов в загрязненном УВ выщелоченном черноземе. Модификация заключалась в подборе оптимальных концентраций индивидуальных УВ в питательной среде.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории почвенно-растительных систем и атмосферы в соответствии с планом госбюджетной темы НИР КГУ № 01200215629 "Развитие теории и прикладных аспектов взаимодействия экзогенных веществ с компонентами природной среды", в рамках международного гранта МНТЦ #2419, Конкурсного центра по фундаментальным исследованиям в области естественных наук Е02-12.4-274 и ведомственной на* учной программы Федерального Агентства образования России «Развитие системы научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» № 34046. ' Декларация личного участия автора. Автор провела анализ литературы и лично получила большинство экспериментальных данных. Активно участвовала в анализе результатов, написании статей и тезисов докладов.

конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан (г Казань, 2003, 2004), V и VI международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Пущино, 2003, 2005), международном конгрессе «Биотехнология: состояния и перспективы» (г. Москва, 2005), международной научно-практической конференции «Экология' фундаментальная и прикладная» (г. Екатеринбург, 2005), а также ежегодно - на итоговых научных конференциях КГУ.

Работа Н.Л. Ларионовой «Восстановление городских почв и атмосферы, загрязненных углеводородами, с помощью новых и нетрадиционных растений» удостоена именной стипендии Главы администрации г. Казани (2004).

Положения, выносимые на защиту. 1

1. Группировка растений по степени устойчивости к загрязнению почвы в зависимости от их систематической принадлежности. Взаимосвязи между степенью устойчивости растений и химической природой, концентрацией УВ и длительностью загрязнения почвы. Проникновение УВ в семена как один из путей реализации их токсического эффекта.

2. Способность устойчивых растений - кукурузы и эспарцета - к фитореме-диации. Наличие ризосферного эффекта у кукурузы и эспарцета в отношении численности углеводородокисляющих микроорганизмов и респираторной активности загрязненной почвы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 2 статьи в центральных журналах, 13 в сборниках материалов и тезисов докладов международных, всероссийских и республиканских конференций, симпозиумов, конгрессов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, научно-практических рекомендаций, списка литературы (203 источника, из них 104 иностранных) и приложения. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, включает 1 фотографию, 22 рисунка и 20 таблиц, а также 9 фотографий, 15 рисунков и 7 таблиц в приложении. ^

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1. РОСТ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ И МЕХАНИЗМЫ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ (Обзор литературы)

Дана общая характеристика УВ как загрязняющих веществ окружающей среды. Проанализированы данные о росте и развитии растений, биологической активности почвы в условиях загрязнения УВ разного типа. Проведен сравнительный анализ методов восстановления загрязненных УВ почв; приведены экспериментальные подтверждения фиторемедиационного потенциала растений; рассмотрены основные механизмы фиторемедиации. Описаны способы качественного и количественного анализа УВ в почвах.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объекты исследований. Исследовано 44 вида растений, относящихся к 18 семействам, из которых 17 видов - дикорастущие, таблица 1.

В качестве загрязняющих веществ использовали: индивидуальные УВ (алифатические - н-тридекан (ТД), н-нонан, ароматические - 1-метилнафталин (1-МН) и п-ксилол), смеси УВ - смесь ТД с 1-МН (2:1), смесь н-тетрадекана (ТтД) с 1-МН (2:1), а также керосин в концентрациях 0,4-18 вес.%. Эксперименты проводили на выщелоченном черноземе - типичной почве нефтезагрязненных районов РТ.

В лабораторных условиях определяли: 1) устойчивость растений к загрязнению почвы УВ [Киреева и др., 2001, 2003; Adam, Duncan, 1999, 2003]; 2) эффект прямого контакта покоящихся и прорастающих семян с УВ [Adam, Duncan, 2003] и путь его реализации; 3) продукты метаболизма 1-МН микробиоценозом выщелоченного чернозема; 4) степень экстракции УВ из загрязненной почвы.

В вегетационных экспериментах определяли всхожесть семян и накопление биомассы растениями (14 видов), эффект фиторемедиации (2 вида), микробиологическую активность загрязненной почвы, а также степень проникновения УВ в корни растений (2 вида).

Агрохимические характеристики почвы определяли в соответствии со стандартными методическими указаниями: содержание гумуса - по Тюрину, рНКС1 -потенциометрически; содержание подвижного фосфора и обменного калия - по Чирикову, щелочногидролизуемого азота - по Корнфилду [Ари-нушкина, 1970].

Всхожесть и энергию прорастания семян определяли согласно [ГОСТ, 1984]; надземную и корневую биомассу растений - путем взвешивания [Практикум ..., 2001].

Численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) определяли методом посева на агаризованные питательные среды [Колешко, 1981; Методы почвенной ..., 1991]. Общую биологическую активность почвы оценивали по скорости продуцирования ССЬ необогащенной (Vbasa|) и обогащенной глюкозой почвой (Vsir) [Гарусов и др., 1999; Благодатская, Ананьева, 1996]. Рассчитывали показатели V'basai (V'basal= V'baSai обработ/ V'basai тн1р), V'sir (V'„r= V„ обработ/ y„ контр* 100%), коэффициент микробного дыхания (Qr) (0я=Уbasai/ Vsir)и Qr (Qr=Qkзапш/Qrконт) [Благодатская, Ананьева, 1996].

Качественное и количественное определение содержания УВ в экстрактах почвы, семян и корней растений проводили на газожидкостном хроматографе «Кристаллюкс-4000» с капиллярной колонкой и пламенно-ионизационным детектором.

Качественный анализ экстрактов культуры почвенных УОМ проводили на хромато-масс-спектрометре «Perkin Elmer Turbo Mass Gold» с капиллярной колонкой и квадрупольным детектором.

Количество выделившегося СО2 определяли на хроматографе «Chrom-5» с насыпной колонкой и катарометром.

Таблица 1 - Перечень исследованных видов и сортов растений.

_Семейство Мятликовые (Роасеае) / Злаковые (Gramineae)*___

Кукуруза обыкновенная (Zea mays L ) (сорта «Катерина» (la), «Росс-151МВ» (16), «Скандия» (1в)), овес посевной (Avena sativa L ) (сорт «JIoc 3» (2)), рожь посевная (Seeale cereale L) (сорт «Радонь» (3)); просо посевное (Ратсит miliaceum L ) (сорта «Лучистое» (4а), «Казанское кормовое» (46)); тимофеевка луговая (Phleum pratense L ) (сорт «Казанская» (5)), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss ) Holub ) (сорт «Казанский» (6)), овсяница луговая (Festuca pratensis Huds) (сорт «Казанская» (7)); сорго суданское

(Sorghum sudanense (Piper) Stapf) (сорт «Геркулес» (8))_

_Семейство Осоковые (Сурегасеае)_

Осока пузырчатая (Carex vesicaria L ) (9)_

_Семейство Бобовые (Fabaceae) / (LeRuminosae)*_

Клевер луговой (Trifolium pratense L) (сорта «Ранний-2» (10а), «Трио» (106)), люцерна изменчивая (Medicago x-varia Martyn ) (сорта «Муслима» (lia), «Айсылу» (116)); горошек посевной (Vicia sativa L) (12), горох посевной (Pisum sativum h ) (сорта «Казанец» (13а), «Венец» (136)); эспарцет песчаный (Опо-brychis arenaria (Kit) Ser ) (сорт «Петушок» (14)); козлятник восточный (Galega orientalis Lam) (сорт .

«Гале» (15))_

_Семейство Капустные (Brassicaceae) / Крестоцветные (Cruciferae)*_

Горчица белая (Smapis alba L ) (16); рапс (Brassica napus f oleífera Metzg) (17); сумочник пастуший

(Capsella bursa-pastoris (L ) Med.) (18)_

_Семейство Астровые (Asteraceae) / Сложноцветные (Compositae)*_

Подсолнечник однолетний (Helianthus annuus L ) (19), кореопсис красильный (Coreopsis tinctoria Nutt) (20); бархатцы отклоненные (Tagetes patula L) (21); георгина культурная (Dahlia x cultonim Thorsr et Reil ) (сорт «Веселые ребята» (22)), расторопша пятнистая (Silybum Marianum (L) Gaertn ) (23); цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L ) (24), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Web ex Wigg) (25), ноготки лекарственные (Calendula officinalis L ) (26), лопух большой (Artium lappa L.) (27); мать-и-

мачеха обыкновенная (Tussilago farfaro L ) (28)_

_Семейство Пасленовые (Solanaceaej_

Дурман вонючий (Datura stramonium L ) (29)__

_Семейство Гречишные(Ро1уйопасеае)_

Гречиха посевная (Fagopyrum sagitiatum Gihb ) (сорта «Камаз» (30а), «Саулык» (306))_

_Семейство Гвоздичные (Caryophyllaceae)_

Гвоздика травянка (Diantus deltoids L ) (31а), гвоздика перистая (Diantus plumarius L ) (316), гвоздика

амурская (Diantvs amurensis Jacq.) (31в)_

__Семейство Зонтичные (Apiaceae) / (Umbelliferae)*_

Укроп пахучий (Anethum graveolens L ) (32)_

_Семейство Воднолистниковые (Hydrophyllaceae)_

Фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifolia Benth ) (33)_ >

_Семейство Розовые (Rosaceae) Розоцветные *_

Кровохлебка малая (Sanguisorba minor (L ) Scop) (34)_

_Семейство Льновые (Linaceae)_ ,

Лен обыкновенный (Linum usitatissimum L ) (35)_

_______Семейство Мальвовые (Malvaceae)_

Гибискус китайская роза (Hibiscus rosa-sinensis L ) (36)_

_Семейство Подорожниковые (Plantaginaceae)_

Подорожник блошный (Plantago psyllium L.) (37)_

_Семейство Маревые (Chenopodiaceae)_

Свекла обыкновенная (Beta vulgaris L ) (38)_

_Семейство Губоцветные (LamiaceaeXLabiatae)*_

Котовник кошачий (Nepeta catana L ) (39)_

_Семейство Бальзаминовые (Balsaminaceae)_

Бальзамин садовый (Impatiens balsamina L ) (40)__

_Семейство Амарантовые (Amaranthaceae)_

Амарант багряный (Amaranthus cruentus L ) (41а); щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus L) (416)

* При наличии разночтений первым приведено название семейства по современной систематической классификации

Статистическую обработку результатов проводили с использованием программных продуктов STATISTICA 6.0, Microsoft Excel. Для осуществления автоматизации анализа экспериментальных данных создана база данных в формате Dbase с соответствующим программным обеспечением. Алгоритм аппроксимации для описания экспериментальных данных и соответствующее программное обеспечение было реализовано в среде Delphi (автор программы - К.А. Поташев). Для классификации растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почвы применяли кластерный анализ (метод объединения).

1. УСТОЙЧИВОСТЬ КУЛЬТУРНЫХ И ДИКОРАСТУЩИХ

РАСТЕНИЙ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОЧВЫ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Всхожесть и энергия прорастания семян

По результатам лабораторных и вегетационных опытов установлено, что при загрязнении почвы УВ всхожесть семян большинства изученных видов растений снижалась. По уменьшению токсического эффекта исследованные УВ сформировали следующий ряд (одинаковый для культурных и дикорастущих растений): 1-МН » смеси УВ > керосин > ТД. «Старение» загрязнения в случае 1-МН и смесей УВ в течение 2-8 недель приводило к снижению токсического эффекта на 10-100%.

В лабораторных опытах при 1 и 2 вес.% керосина всхожесть большинства растений составляла 70-100% к контролю. Среди мало устойчивых (всхожесть 30-70% к контролю) и неустойчивых (менее 30%) преобладали дикорастущие растения семейства астровых, а также представители семейств мятликовых (культурные), розовых, пасленовых, гвоздичных, подорожниковых, амарантовых, капустных (все дикорастущие). При 10 и 15 вес.% керосина устойчивыми оказались люцерна изменчивая обоих сортов, фацелия «Рязанская» и лен обыкновенный. Среди малоустойчивых растений в дан-^ ном диапазоне концентраций преобладали мятликовые (культурные виды),

капустные (культурные виды) и амарантовые (культурные и дикорастущие). Токсичность выщелоченного чернозема, загрязненного ТД, в отношении прорастания семян большинства растений соответствовала токсичности керосина.

В вегетационных опытах всхожесть семян при загрязнении почвы керосином была на 5-50% ниже по сравнению с лабораторными условиями вследствие изменения физических и биологических свойств загрязненной почвы [Демиденко и др., 1983; Киреева и др., 2001; Гилязов, Гайсин, 2003].

С ростом уровня загрязнения почвы керосином и ТД для большинства растений отмечалось снижение энергии прорастания семян. При этом наиболее устойчивыми при 1 и 2 вес.% УВ являлись кукуруза «Катерина», овес «Лос 3», осока пузырчатая, клевер «Ранний-2», горох «Казанец», подсолнечник однолетний; наименее устойчивыми - дурман вонючий, овсяница «Казанская».

При низких концентрациях керосина (1 и 2 вес.%) всхожесть семян растений семейств мятликовых, бобовых, астровых и капустных достоверно не отличалась, рисунок 1. С ростом концентрации УВ наблюдали ее снижение для всех исследованных семейств, в наименьшей степени - для семейства бобовых. По убыванию устойчивости к загрязнению почвы керосином семейства растений расположились в следующий ряд: бобовые > капустные > астровые > мятликовые.

120 -т

100 -

3 80 -

# 60

40 -

20 -

¿1

2 3 5 10

Концентрация керосина в почве, %

Рисунок 1 - Влияние уровня загрязнения выщелоченного чернозема керосином на всхожесть семян исследованных растений (средние данные по семей-

сдам):

Семейство мятликовых; Г~] Семейство бобовых; | Семейство капустных; И Семейство астровых.

На основании собственных данных (для керосина) и литературных (для нефти и дизельного топлива (ДТ)) показано, что существенные различия в степени ингибирования всхожести семян растений наиболее исследованных семейств - бобовых и мятликовых - отмечалась в области средних (3-6 вес.%), высоких (6-12 вес.%) и очень высоких (более 12 вес.%) концентраций углеводородных поллютантов, в то время как при низких концентрациях УВ (менее 3 вес.%) всхожесть семян данных семейств достоверно не отличалась.

Накопление надземной и корневой биомассы

Ингибирующее действие УВ на накопление биомассы растениями, в целом, было выражено в большей степени по сравнению со всхожестью семян. При этом ряд УВ по степени токсического эффекта в отношении накопления биомассы аналогичен соответствующему ряду для всхожести Наиболее токсичным из исследованных УВ являлся 1-МН: при концентрации 0,5 вес.%

полностью ингибировался рост растений. В случае исследованных смесей УВ значительная депрессия накопления биомассы (20-80%) также отмечалась уже при 0,5 вес.% УВ в почве, рисунок 2.

«Старение» загрязнения в случае наиболее токсичных УВ - 1-МН и смесей УВ - приводило к снижению токсического эффекта в отношении накопления биомассы на 10-70%, рисунок 2.

о £

>я

120 1 100 80 " 60 -

и 40 -*

гЬ

0,5%УВ 1%УВ 2% УВ 1%УВ 2% УВ 1 посев 2 посев

Концентрация УВ в почве, %

120

* о

з I

о о X к и

100

80 -

60 -

40 ■

20 -

0,5% УВ 1%УВ

1 посев 2 посев

Концентрация УВ в почве, %

2% УВ

Рисунок 2 - Влияние «свежего» и «состарившегося» загрязнения выщелоченного чернозема смесью н-тридекана и 1 -метилнафталина (2:1) на накопление биомассы растениями кукурузы «Катерина» и эспарцета «Петушок»: А - надземная биомасса; Б - биомасса корней. Растения: Кукуруза «Катерина»; Эспарцет «Петушок».

Для большинства растений концентрации керосина в почве более 1 вес.% являлись сильно ингибирующими (депрессия надземной биомассы при 2 вес.% керосина составляла более 60% к контролю; при 5 вес.% - более 80%) или летальными. Депрессия биомассы корней при 1 вес.% керосина в почве была на 5-40% ниже, чем надземной биомассы. Перераспределение биомассы в пользу корней являлось адаптивной ростовой реакцией, обеспечивающей приспособление растений к стрессовым условиям среды [Усманов и др., 2001]. С ростом концентрации керосина наблюдали увеличение депрессии биомассы корней на 8-100%.

Наименьшая депрессия надземной и корневой биомассы (не более 35%) <

была отмечена для кукурузы («Катерина», «Росс 151МВ») и эспарцета «Петушок» до 2 вес.% керосина в почве, включительно. Токсичность ТД в области исследованных концентраций существенно не отличалась.

Группы растений по устойчивости (кластерный анализ)

Для математически обоснованной классификации растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почвы был использован кластерный анализ. Содержащиеся в базе данные по всхожести семян 49 видов и сортов культурных и дикорастущих растений на почве, загрязненной керосином в концентрациях 1-15 вес.%, были аппроксимированы с помощью уравнения 1:

( ' с 4

= 1 0 0 % 1 +

, р., У

где О - всхожесть семян растений (%), С - концентрация керосина (%), РА -параметр уравнения, соответствующий концентрации керосина, при которой происходит резкое снижение всхожести семян растений, п - параметр уравнения, определяющий вид кривой изменения всхожести семян растений при загрязнении почвы. Кластерный анализ был проведен методом объединения (древовидная кластеризация) по вычисленным значениям параметров уравнения - Рс1 и п.

В результате анализа по параметру РА выявлено 7 кластеров несходства, представленных на рисунке 3. На основании данных кластеров были сформированы 4 группы растений по устойчивости к загрязнению почвы керосином: 1) высоко устойчивые (кластер 1, всхожесть существенно не снижается до 6,9-7,6 вес.% керосина в почве) - бобовые растения; 2) среднеустойчивые (кластеры 2-3, всхожесть существенно не снижается до 3,4-6,1 вес.% керосина) - представители бобовых, мятликовых, астровых и растений других семейств; 3) малоустойчивые (кластеры 4-6, всхожесть существенно снижается уже при 0,2-3,2 вес.% керосина) - представители бобовых, мятликовых, астровых, капустных и растений других семейств; 4) неустойчивые (кластер 7, всхожесть существенно снижается при 0,01-0,02 вес.% керосина) - представители семейства бобовых, астровых и др. В результате анализа по параметру п было выявлено 5 кластеров, на основании которых выделены 3 группы

растений' 1) полное (до 0%) снижение всхожести семян которых происходит резко, скачкообразно (кластеры 1-2); 2) снижение всхожести значительное, происходит постепенно (кластеры 3-4) и 3) снижение всхожести незначительное, происходит постепенно (кластер 5). Первую и вторую группы составляли растения семейства мятликовых и астровых; третью - бобовых и капустных.

Кластеры:

Дистанция различий

Рисунок 3. Классификация данных по всхожести семян исследованных растений на загрязненном керосином выщелоченном черноземе с помощью кластерного анализа методом объединения по параметру Рс1.

Эффективные концентрации

Поскольку наиболее распространенным методом определения острой токсичности загрязненных почв является оценка ингибирования всхожести семян [Остроумов, 1990; МаПа, С1ое1е, 2005], для характеристики острой фи-тотоксичности почвы сравнивали значения концентраций керосина и ТД в выщелоченном черноземе, вызывающие 10% (ЕС,0), 25% (ЕС25)и 50% (ЕС50) снижение всхожести, а также данные литературы в отношении нефти, ДТ и ПАУ.

Значения показателей фитотоксичности определялись видом тест-растения и изменялись в широком диапазоне концентраций керосина в почве - 0,02-7,3 вес.% (ЕС,о); 0,02-8,1 вес.% (ЕС25) и 0,02-12,7 вес.% (ЕС50). Для

нефти и ДТ диапазон концентраций составлял 0,04-20 вес.% и 0,1-14 вес.%, соответственно [Salanitro, 2001; Adam, Duncan, 1999, 2003]. Для щирицы запрокинутой, гвоздики амурской и лопуха большого (все дикорастущие) значения ЕС|0 не превышали 0,02 вес.% керосина в почве, что сопоставимо с аналогичными показателями для ПАУ [Henner et al., 1999; Sayles et al., 1999]. Фитотоксичность почвы, загрязненной ТД, в случае большинства из исследованных растений была ниже: значения ЕСю составляли 0,6 вес.% и более.

При сравнении степени ингибирования всхожести семян и их массы не выявлено корреляционной зависимости, что не соответствует мнению о большей чувствительности тест-растений с мелкими семенами [Биохимические основы ..., 1993; Clark et al., 2004]. Для проведения биотестирования рекомендуются преимущественно культурные растения семейства мятлико-вых [ISO, 1995], однако не обнаружено их большей чувствительности к УВ по сравнению с культурными и дикорастущими растениями других семейств. Аналогичные данные приводятся и в отношении других органических загрязнителей (пестициды, гербициды) [Clark et al., 2004].

2. ЭФФЕКТ ПРЯМОГО КОНТАКТА СЕМЯН С УГЛЕВОДОРОДАМИ

Непосредственный контакт семян с УВ в течение 1 часа приводил к снижению всхожести и энергии прорастания семян большинства исследованных растений; данные приведены в таблице 2.

В случае 1-МН, обнаруженный токсический эффект был более значительным, по сравнению с ТД, что согласуется с данными литературы о высокой химической активности и биологической токсичности ПАУ [Salanitro, 2001]. Поскольку устойчивость растений к прямому токсическому эффекту УВ существенно отличалась, были выделены следующие группы: 1) чувствительные растения - всхожесть семян составляла 0-15%; 2) устойчивые растения - всхожесть более 70%. В первую группу вошли растения семейства мятликовые (кукуруза «Катерина», «Росс 151MB», овес «Лос 3», рожь «Радонь»), осока пузырчатая, дурман обыкновенный, ноготки лекарственные; во вторую - растения семейства бобовые (клевер «Ранний-2», люцерна изменчивая «Айсылу», вика), одуванчик лекарственный и лен обыкновенный.

Кроме видовой специфики, степень токсического действия УВ на прорастание семян определялась их физиологическим состоянием: прорастающие семена были менее устойчивыми, по сравнению с покоящимися семенами того же вида.

Для установления пути реализации токсического эффекта УВ выясняли возможность их проникновения внутрь семян. По результатам хроматогра-фического анализа экстрактов семян после контакта с УВ показано, что ТД и 1 -МН способны проникать внутрь покоящихся и прорастающих семян кукурузы «Катерина», гороха «Казанец» и подсолнечника однолетнего.

Таблица 2 - Эффект прямого контакта покоящихся и прорастающих семян растений с углеводородами разной химической природы.

№ растения** Всхожесть семян, % контролю

1 -Метилнафталин н-Тридекан

Покоящиеся Прорастающие Покоящиеся Прорастающие

3 день 7 день 3 день 7 день 3 день 7 день 3 день 7 день

1а 0 0 4±9* 4±9* 0 0 2±4* 2±4*

16 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 9±7 8±7 16±7 15±6

9 0 0 0 0 2±3 2±3 0 0

10а 93±5 81±12 104±9 97±11

11а 63±6 59±3 68±13 65±4 75±9 71±10 78±13 82±8

116 83±13 80±11 83±11 80±13 105±10 100±10 95±7 91±6

12 10±23* 62±5* 0 0 75±10 76±8 47±14 65±5

13а 3±4* 3±4* 0 0 45±4* 45±4* 0 0

136 0 0 0 0 38±10* 36±11* 0 0

14 97±14 97±12 24±11 24±10 97±15 99±8 105±12 99±10

15 69±13 69±14 64±10 64±7 83±9 83±12 78±11 78±12

16 69±12 69±12 68±6 68±6

19 0 0 0 0 59±10 31±11 62±14 30±15

25 0 0 0 23±9 100±0 91±16 100±15 82±12

26 0 0 0 0

28 0 0 53±10 85±10

29 0 0 0 0 0 0 0 0

32 8±6 8±6 0 3±5 67±11 103±13 88±13 82±12

33 0 0 0 0 107±10 91±11 87±11 73±10

35 93±7 91±7 26±6 34±9 83±4 86±3 83±7 93±3

416 72±8 69±8 6±8 5±8 96±4 91±4 72±8 69±8

* Наблюдалась полная или частичная гибель проростков ** Нумерация растений согласно таблице 1.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ СПОСОБА ЭКСТРАКЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА

Для получения данных о качественном и количественном составе УВ в почве был осуществлен поиск оптимального способа их экстракции из загрязненной почвы, обеспечивающего высокую полноту извлечения и достоверность аналитических данных.

При сравнении степени экстракции УВ из загрязненного выщелоченного чернозема (4,5 вес.% УВ) различными органическими растворителями (четыреххлористый углерод, бензол, хлороформ) и системой растворителей (четыреххлористый углерод - вода) не выявлено достоверных различий: степень экстракции составляла в среднем 89% в случае п-ксилола и 83% в случае н-нонана, рисунок 4.

Основными факторами, влияющими на степень экстракции, являлись уровень загрязнения почвы и химическая природа УВ. В случае п-ксилола

наибольшая (97-100%) степень экстракции четыреххлористым углеродом отмечена при уровне загрязнения 0,5 вес.% (наименьшем из исследованных), рисунок 5.

120 ■]

Четыреххлористый Бензол Хлороформ

углерод

Экстрагент

Рисунок 4 - Влияние типа экстрагента на степень извлечения углеводородов из загрязненного выщелоченного чернозема: Л п-Ксилол; Щ н-Нонан.

При увеличении содержания п-ксилола в почве (при 0,9 - 17,9 вес.%) она снижалась на 6-17%. В отличие от п-ксилола, степень экстракции н-нонана с ростом его концентрации в почве достоверно не изменялась.

Влажность исследованной почвы (4, 10 и 20%) не оказывала существенного влияния на степень извлечения УВ, рисунок 5.

сх в I

М Я О.

а г>

А № (О

120

Влажность почвы, %

Рисунок 5. Влияние уровня загрязнения и влажности выщелоченного чернозема на степень экстракции п-ксилола че1ыреххлористым углеродом. Уровень загрязнения почвы, вес %• ГПо,5; Г~|0,9; Д 1,8; Д2,7;Д 4,5;

9,0;И17,9.

Наиболее высокими значениями (88±3%) характеризовалась степень экстракции п-ксилола из воздушно-сухой почвы через сутки с момента за-

грязнения; при возрастании продолжительности загрязнения до 3-х недель она достоверно снижалась на 9%.

Для определения оптимального времени экстракции УВ исследовали варианты различной длительности процесса - 1, 3, 6, 12 и 24 часа. Степень извлечения п-ксилола четыреххлористым углеродом из воздушно-сухой почвы при уровне загрязнения 4,5 вес.% была минимальной после 1-часовой экстракции (80±3%) и достоверно возрастала при 6-часовой (88±3%). Дальнейшее увеличение продолжительности экстракции (до 12 и 24 часов) достоверно не изменяло степень извлечения п-ксилола.

4. ЭФФЕКТ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ РАСТЕНИЙ НА ПОЧВЕ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Для выяснения фиторемедиационного потенциала кукурузы и эспарцета, наиболее устойчивых по комплексу показателей растений, оценивали влияние их выращивания на содержание УВ в почве.

Для кукурузы «Катерина» снижение концентрации УВ при 1 и 2 вес.% керосина через 18 дней было в 3,3 и 2,4 раза более эффективно по сравнению с почвой без растений; для эспарцета - более чем в 2,5 раза.

В случае загрязнения почвы смесью ТД с 1-МН (2 вес.% УВ) снижение концентрации УВ через 40 дней вегетации кукурузы «Катерина» было на 50% эффективнее по сравнению с почвой без растений, в случае эспарцета -на 15%, рисунок 6.

1С *

100 -I -

80 -

60 -

£ I *

& а «

е-

кг о

«1

1 посев

гЬ

2 посев

1%УВ

1 посев

гЬ

2 посев

2°,ЬУВ

Рисунок 6 - Влияние выращивания растений на снижение содержания смеси н-тридекана и 1-метилнафталина (2:1) в выщелоченном черноземе при различной длительности вегетации.

Й и анты опыта: Кукуруза «Катерина»; ["""] Эспарцет «Петушок»; Почва без растений.

Для другого сорта кукурузы - «Скандия» был также показан эффект фи-торемедиации в отношении смеси ТтД с 1 -МН.

Для выяснения механизма фиторемедиации был исследован вопрос о возможном поглощении УВ корнями. В биомассе корней кукурузы «Катерина» и эспарцета «Петушок» при 3-х недельном выращивании на выщелоченном черноземе, загрязненном ТД или 1-МН в концентрации 0,5 вес.%, не было обнаружено их присутствие.1

По литературным данным 'наиболее вероятным путем фиторемедиации УВ в почве является ризодеградация (усиление биодеградации УВ микроорганизмами в ризосферной зоне) [Муратова и др., 2003; Pivetz, 2001; Shaw, Bums, 2003]. Для подтверждения реализации данного пути оценивали влияние выращивания растений на общую биологическую активность загрязненной УВ почвы.

Скорость базального дыхания загрязненной смесью ТД с 1-МН почвы резко возрастала как при выращивании растений, так и без них. Показатель V'basai) отражающий доступность органического вещества почвы для микроорганизмов, составлял 3,7-8,8, что свидетельствовало об активных процессах деградации УВ. В случае субстрат-индуцированного дыхания наблюдали существенные различия: значения показателя V'sir при выращивании растений в условиях загрязнения увеличивались на 20-70% по сравнению с незагрязненными вариантами, при этом в почве без растений активность не менялась.

В настоящее время для оценки устойчивости микробного сообщества к стрессовым воздействиям предлагается использовать коэффициент микробного дыхания почвы (Qr) [Благодатская, Ананьева, 1996]. Исходя из значений Qr, приведенных в таблице 3, выращивание растений приводило к снижению степени нарушения микробного сообщества в условиях углеводородного загрязнения: в почве без растений степень нарушения через 40 дней вегетации была сильной; в вариантах с растениями - средней.

Таблица 3 - Влияние выращивания растений в условиях загрязнения выщелоченного чернозема смесью н-тетрадекана и 1-метилнафталина (2:1) на значения коэффициента микробного дыхания почвы.

Вариант опыта Qr

0% УВ 1%УВ 2% УВ

Кукуруза «Катерина» 0,24±0,05 0,85±0,11 0,95±0,13

Эспарцет «Петушок» 0,21±0,03 0,46±0,04 0,65±0,08

Без растений 0,18±0,01 1,56±0,3 1,69±0,1

Поскольку численность УОМ является одним из показателей способности почвы к биодеградации УВ [Киреева и др., 2001; 8а1апкго, 2001], выщелоченный чернозем обладал высоким потенциалом к самоочищению: даже в незагрязненной почве общее количество деструкторов ТтД составляло более чем 8*107 КОЕ/г абс. сух. почвы; 1-МН - в пределах 5*106 КОЕ/г абс. сух. почвы. Загрязнение почвы смесью ТтД с 1-МН приводило к возрастанию численности УОМ. Наибольший рост был обнаружен для деструкторов 1-МН - на 1-2 порядка при 0,5 и 1 вес % УВ в почве соответственно, в случае ТтД рост численности составлял менее 1 порядка.

Выращивание кукурузы «Скандия» в течение 50 дней на выщелоченном черноземе, загрязненном смесью ТтД с 1-МН в концентрациях 0,5 и 1 вес.%, стимулировало увеличение численности УОМ: численность деструкторов 1-МН возрастала более чем в 4 раза по сравнению с загрязненной почвой без растений; в случае деструкторов ТтД - в 2-17 раз. Численность УОМ коррелировала со снижением концентрации УВ в почве: через 100 дней вегетации, когда содержание УВ в почве снизилось более чем на 90%, в большинстве вариантов она не превышала показатели почвы без растений.

Кроме косвенных доказательств биодеградации УВ вследствие возрастания численности УОМ, в лабораторных условиях идентифицированы продукты микробного метаболизма высокотоксичного 1-МН культурой почвенных микроорганизмов, выделенных из загрязненного 1-МН выщелоченного чернозема: 1- нафтойный альдегид, 1- нафтойный спирт; 1- нафтойная кислота, 2-фенилбутановая кислота.

ВЫВОДЫ

1. Проведено ранжирование растений на основании количественной оценки устойчивости к загрязнению выщелоченного чернозема углеводородами (УВ) - керосином и н-тридеканом (ТД) по показателям всхожести и энергии прорастания семян. Выявлен следующий ряд устойчивости представителей семейств по этим показателям (в порядке убывания): бобовые > капустные > астровые > мятликовые. Среди изученных видов растений наиболее устойчивыми были эспарцет песчаный, клевер луговой, горошек посевной (вика); наименее устойчивыми - щирица запрокинутая, гвоздика амурская, лопух большой.

2. По накоплению надземной и корневой биомассы наиболее устойчивыми видами являлись кукуруза обыкновенная и эспарцет песчаный при загрязнении выщелоченного чернозема керосином, индивидуальными УВ и их смесями; наименее устойчивыми были тимофеевка луговая, овсяница луговая, кострец безостый и расторопша пятнистая.

3. Исследованные УВ по уменьшению степени токсического эффекта сформировали следующий ряд (одинаковый для культурных и дикорастущих растений): 1-МН » смеси УВ > керосин > ТД. «Старение» загрязнения почвы в случае наиболее токсичных УВ - 1-МН и смесей УВ - приводило к 10-100%-кому снижению депрессии всхожести и накопления биомассы растений.

4. Установлены значения стандартных показателей фитотоксичности почвы ЕС ш, ЕС25, ЕС50, загрязненной керосином и ТД. Показано, что значения этих показателей составляют 0,02-12,7 вес.% УВ и являются специфичными для видов и сортов растений.

5. Выявлена связь между проникновением алифатического ТД и полиароматического 1-МН в семена как чувствительных, так и устойчивых растений, и депрессией их всхожести и энергией прорастания.

6. Определены оптимальные условия извлечения УВ разной химической природы при анализе загрязненной почвы. Основными факторами, определяющими полноту извлечения УВ, являются их химическая природа, их концентрация и длительность загрязнения почвы.

7. Выявлен эффект фиторемедиации устойчивых растений - кукурузы и эспарцета - на выщелоченном черноземе, загрязненном керосином (1 и 2 вес.%) и смесями 1-МН с ТД и ТтД (0,5, 1 и 2 вес.%). Содержание УВ при этом в первом случае через 18 дней снижалось на 55-90%, во втором - через 40-100 дней на 15-95%. Показано, что одним из основных путей реализации фиторемедиации является стимуляция численности углеводородокисляющих микроорганизмов и общей биологической активности почвы. Идентифицированы продукты метаболизма 1-метилнафталина микробиоценозом выщелоченного чернозема.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В качестве зеленых насаждений в местах возможного загрязнения УВ рекомендуется выращивать наиболее устойчивые виды - растения семейства бобовых, астровых, а также кукурузу, фацелию, лен. Для фиторемедиации рекомендуется использовать кукурузу и эспарцет при загрязнении почвы до 2 вес.% УВ включительно.

2. Созданную автоматизированную базу данных по всхожести семян растений в условиях углеводородного загрязнения почвы (более 60 экспериментальных зависимостей) рекомендуется использовать в качестве основы для изучения факторов, определяющих устойчивость растений.

3. Метод кластерного анализа позволяет проводить классификацию растений по степени их устойчивости к углеводородному загрязнению почв.

4. При проведении количественного анализа содержания остаточных углеводородов в загрязненных почвах разной влажности рекомендуется применять метод экстракции четыреххлористым углеродом при механическом перемешивании в течение 3-6 часов.

5. В качестве одного из эффективных показателей способности выщелоченного чернозема к биоремедиации УВ рекомендуется использовать показатель численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Breus I.P. Plant resistance and phytoremediation in soil contaminated with hydrocarbons / I.P. Breus, N.L. Larionova // Prague 2003: 6-th Internat. Symp. & Exhibition on Environmental Contamination in Central & Eastern Europe and Commonwealth of Independent States: Proceedings of Symposium. - Prague, 2003.-P. 344-348.

2. Ларионова Н.Л. Фиторемедиация загрязненных углеводородами почв / Н.Л. Ларионова, Е.В. Хорькова, С.К Зарипова // Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан: Материалы V респ. науч. конф. -Казань: Отечество, 2003. - С. 170-171.

3. Ларионова Н.Л. Метод оценки способности загрязненной почвы к биодеструкции углеводородов / Н.Л. Ларионова, С.К. Зарипова // Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды: Сб. материалов докл. междунар. школы. - Новороссийск, 2003.-С. 90-91.

4. Ларионова Н.Л. Всхожесть и энергия прорастания семян нетрадиционных культур в условиях углеводородного загрязнения почвы / Н.Л. Ларионова, И.П. Бреус // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Материалы V Междунар. симп. - М.: Изд-во Росс. Ун-та дружбы народов, 2003. T.I. - С. 259-261.

5. Breus I.P. Plant resistance and phytoremediation in soil contaminated with hydrocarbons / I.P. Breus, N.L. Larionova // Prague 2003: 6-th Internat. Symp. & Exhibition on Environmental Contamination in Central & Eastern Europe and Commonwealth of Independent States: Poster Presentation. - Prague, 2003. -P. 166.

6. Ларионова Н.Л. Устойчивость нетрадиционных кормовых растений к углеводородному загрязнению почвы и эффект фиторемедиации / Н.Л. Ларионова // Биология - наука 21-го века: Сб. тезисов 7-й Пущинской школы - конф. мол. ученых. Секция Прикладная биотехнология. - Пущино, 2003. -С. 113-114.

7. Larionova N.L. An approach to microbiological evaluation of soil potential ability to natural attenuation of hydrocarbons on leached chernozem pattern / N.L. Larionova, S.K. Zaripova, R.F. Khairullin // Environm. Radioecol. and Appl. Ecol. - 2004. - V. 10. №2. - P. 45-59.

8. Ларионова Н.Л. Устойчивость к углеводородному загрязнению почвы и эффект фиторемедиации культурных и дикорастущих растений / Н.Л. Ларионова, И.П. Бреус // Современные проблемы загрязнения почв: Сб. тезисов междунар. науч. конф. -М.: МГУ, 2004. - С. 319 - 321.

9. Хайруллин Р.Ф. Микробиологический потенциал выщелоченного чернозема в отношении деструкции углеводородов / Р.Ф. Хайруллин, Н.Л. Ларионова, С.К. Зарипова // Биология - наука 21-го века: Сб. тезисов 8-ой Пущинской школы - конф. мол. ученых. Секция Почвоведение и биогеохимия. - Пущино, 2004. - С. 184- 185.

Ю.Ларионова Н.Л. Рост растений в условиях углеводородного загрязнения выщелоченного чернозема / Н.Л. Ларионова, Г.А. Малинин, Е.В. Чернов //Биология - наука 21-го века: Сб. тезисов 8-ой Пущинской школы - конф. мол. ученых. Секция Экология животных и растений. - Пущино, 2004. -С. 211.

11. Ларионова Н.Л. Восстановление городских почв и атмосферы, загрязненных углеводородами, с помощью новых и нетрадиционных растений/ Н.Л. Ларионова // Молодежь ВУЗов Казани в решении актуальных проблем города: Тез. докл.. науч.-практ. конф. - Казань, 2004. - С. 75.

12.Семенова E.H. Методы рекультивации почв и грунтов, загрязненных углеводородами / E.H. Семенова, A.B. Коптина, Н.Л. Ларионова // Экология фундаментальная и прикладная: проблемы урбанизации: Материалы ме-ждунар. науч.-практ. конф - Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2005. - С. 302-3003.

13.Коптина A.B. Разработка рациональных способов экстракции углеводородов из почв при оценке эффективности биоремедиации / A.B. Коптина, E.H. Семенова, Н.Л. Ларионова, Р.Ф. Хайруллин // «Биотехнология: состояние, и перспективы развития»: Материалы III Московский межд. конгресса. - М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005 . - Часть 2. - С. 31-32.

М.Ларионова Н.Л. Прорастание семян растений под влиянием углеводородов разной химической природы / Н.Л. Ларионова, А.Ф. Хайруллина, И.П. Бреус, Р.Х Хузиахметов //Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Материалы VI Междунар. симп. - М.: Изд-во Росс. Ун-та дружбы народов, 2005. - Т.1.- С. 276-279.

15.Ларионова Н.Л. Экстракция и анализ углеводородов, содержащихся в загрязненных почвах / Н.Л. Ларионова, E.H. Семенова, В.А. Бреус, С.А. Неклюдов, И.П. Бреус // Технология нефти и газа. - 2005. - №4. - С. 39-49.

Отпечатано в ООО «Печатный двор» г. Казань, ул. Журналистов, 1/16, оф. 207 Тел: 272-74-59, 541-76-41. 541-76-51. Лицензия ПД№7-0215 от 01.11.2001 Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ Подписано в печать 03.11.2005 г. Уел п.л 1,38. Заказ № К-3619. Тираж 100 экз Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать - ризография

Р217 4 5

РНБ Русский фонд

2006-4 18038

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ларионова, Наталья Леонидовна

Введение

Глава 1. Рост растений в условиях углеводородного загрязнения поч- 9 ♦ вы и механизмы фиторемедиации

1.1 Общая характеристика углеводородов как загрязнителей окружающей 9 среды

4 1.2 Рост растений в условиях углеводородного загрязнения почвы

1.2.1 Фитотоксичность почв, загрязненных углеводородами

1.3 Биологическая активность почвы в условиях углеводородного загряз- 23 нения 1.4 Фиторемедиация как способ восстановления почв, загрязненных уг- 29 леводородами

1.5 Методы экстракции и анализа содержания углеводородов в загряз- 37 ненных почвах

Глава 2. Объекты и методы исследований

2.1 Объекты исследований

2.1.1 Растения

2.1.2 Углеводородные загрязнители

2.1.3 Почвы

2.2 Методы исследований

2.2.1 Проведение анализов

2.2.2 Условия проведения экспериментов 51 ф 2.3 Обработка результатов экспериментов

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1 Устойчивость культурных и дикорастущих растений к загрязне- 58 нию почвы углеводородами

3.1.1 Всхожесть семян при загрязнении почвы углеводородами 3.1.2 Энергия прорастания семян растений при загрязнении почвы уг- 68 леводородами

3.1.3 Показатели фитотоксичности загрязненной углеводородами почвы

3.1.4 Применение кластерного анализа для классификации растений по 75 степени устойчивости к загрязнению почвы углеводородами

3.1.5 Накопление надземной и корневой биомассы растениями на за- 80 грязненной углеводородами почве

3.2 Эффект прямого контакта семян с углеводородами

3.3 Оптимизация способа экстракции углеводородов из загрязненно- 92 го выщелоченного чернозема

3.4. Эффект фиторемедиации на почве, загрязненной углеводородами

3.4.1 Влияние вида растения, типа и концентрации углеводородного за- 99 грязнителя на степень снижения их содержания в загрязненной почве

3.4.2 Механизмы фиторемедиации

3.4.2.1 Поглощение углеводородов корнями растений

3.4.2.2 Ризодеградация углеводородов

3.4.2.3 Пути трансформации углеводородов почвенными микроорга- 110 низмами (на примере 1-метилнафталина)

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации"

Под воздействием аккумулированных в почве УВ происходит трансформация почвенных экосистем [141-145, 189]. Изменения свойств почв и непосредственное воздействие УВ приводят к угнетению или полному инги-бированию роста и развития подавляющего большинства растений; почвы становятся фитотоксичными [163]. Однако исследования устойчивости растений к поллютантам посвящены преимущественно эффекту неорганических (тяжелые металлы, нитраты) и растворимых в воде органических (пестициды) соединений. Имеющиеся данные в отношении действия УВ весьма противоречивы. Недостаточно изучено видовое и сортовое разнообразие растений; работ по загрязнению почвы нефтепродуктами явно недостаточно, из индивидуальных УВ изучают преимущественно полиароматические УВ (ПАУ); наиболее подробно исследована нефть. Знание степени устойчивости растений необходимо, для решения вопросов, с одной стороны, возможности их возделывания на загрязненной почве, а с другой - использования для восстановления нарушенного почвенного плодородия (фиторемедиация).

По сравнению с традиционными способами восстановления загрязненных УВ почв фиторемедиация является экологически более безопасной и экономичной [72, 77]. Между тем эти исследования начаты сравнительно недавно, количество изученных растений и типов углеводородных поллютан-тов ограничено. В литературе приводятся данные о 30-40 видах растений, обладающих установленным эффектом фиторемедиации, из них 75% работ посвящены ПАУ. Это вызвано экспериментальными трудностями изучения распределения жидких УВ в неоднородной по составу и свойствам почвенной среде, а также сложностей, связанных с их количественным анализом.

Для достижения цели решали следующие задачи:

2. Исследовать эффект прямого контакта покоящихся и прорастающих семян с УВ разной химической природы.

3. Создать автоматизированную базу данных по всхожести семян на загрязненных УВ почвах и провести на ее основе кластерный анализ для классификации растений по степени устойчивости к загрязнению.

4. Установить значения показателей фитотоксичности загрязненной почвы: концентраций УВ, вызывающих 10%-ное (ЕС'ю), 25%-ное (ЕС25) и 50%-ное (ЕС50) снижение всхожести семян.

5. Выявить вклад факторов (тип и концентрация углеводородного пол-лютанта, продолжительность загрязнения, влажность почвы, тип экстрагента, длительность экстракции и др.), влияющих на полноту извлечения УВ при анализе загрязненной почвы, и оптимизировать методику экстракции УВ.

Научная новизна и теоретическая значимость.

Впервые дана количественная оценка изменения всхожести и энергии прорастания семян (44 вида культурных и дикорастущих растений) и накопления надземной и корневой биомассы (14 видов) в условиях загрязнения почвы индивидуальными УВ (представителями алифатических и ароматических классов), их смесями и нефтепродуктом (керосином) в диапазоне концентраций 0,5-15 вес.% на выщелоченном черноземе Республики Татарстан (РТ). Впервые применен метод кластерного анализа в качестве основы для классификации растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почвы. Впервые для исследованных растений установлены значения показателей фитотоксичности почвы, загрязненной УВ. Показано, что проникновение н-тридекана и 1-метилнафталина в семена является одним из факторов, вызывающих депрессию их всхожести и энергии прорастания.

Количественно охарактеризован фиторемедиационный эффект для растений кукурузы и эспарцета в выщелоченном черноземе. Показано, что в его основе лежит стимуляция микробиологической активности почвы. Идентифицированы промежуточные и конечные продукты трансформации 1-МН микробиоценозом выщелоченного чернозема.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Классификация растений по степени устойчивости к углеводородному загрязнению почв позволяет рекомендовать использование устойчивых культурных и дикорастущих растений для выращивания в качестве зеленых насаждений.

Модифицирован метод учета численности углеводородокисляющих микроорганизмов в загрязненном УВ выщелоченном черноземе. Модификация заключалась в подборе оптимальных для данной почвы концентраций индивидуальных УВ в питательной среде.

Апробация. Результаты исследований, изложенные в диссертации, были представлены и докладывались: на международной конференции "Современные проблемы загрязнения почв" (г. Москва, 2004), 6-й международной конференции "Internal Symp.& Exhibition on environmental contamination in Central & Eastern Europe and Commonwealth of Independent States" (г. Прага, 2003), международной конференции "Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды" (г. Новороссийск, 2003), 7-й и 8-й Пущинской школах-конференциях "Биология -наука 21-го века" (г. Пущино, 2003, 2004), V и VI Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан (г. Казань, 2003, 2004), V и VI международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Пущино, 2003, 2005), международном конгрессе «Биотехнология: состояния и перспективы» (г. Москва, 2005), международной научно-практической конференции «Экология: фундаментальная и прикладная» (г. Екатеринбург, 2005), а также ежегодно - на итоговых научных конференциях КГУ.

Работа H.JI. Ларионовой «Восстановление городских почв и атмосферы, загрязненных углеводородами, с помощью новых и нетрадиционных растений» удостоена именной стипендии Главы администрации г. Казани (2004).

Заключение Диссертация по теме "Экология", Ларионова, Наталья Леонидовна

Выводы:

3. Исследованные УВ по уменьшению степени токсического эффекта сформировали следующий ряд (одинаковый для культурных и дикорастущих растений): 1-МН » смеси УВ > керосин > ТД. «Старение» загрязнения почвы в случае наиболее токсичных УВ - 1 -МН и смесей УВ - приводило к 10-100%-ному снижению депрессии всхожести и накопления биомассы растений.

4. Установлены значения стандартных показателей фитотоксичности почвы ЕСю, ЕС25, ЕС5о, загрязненной керосином и ТД. Показано, что значения этих показателей составляют 0,02-12,7 вес.% УВ и являются специфичными для видов и сортов растений.

5. Выявлена связь между проникновением алифатического ТД и полиароматического 1 -МН в семена как чувствительных, так и устойчивых растений, и депрессией их всхожести и энергией прорастания.

Научно-практические рекомендации:

1. В качестве зеленых насаждений в местах возможного загрязнения углеводородами (УВ) рекомендуется выращивать наиболее устойчивые виды -растения семейства бобовых, астровых, а также кукурузу, фацелию, лен. Для фиторемедиации рекомендуется использовать кукурузу и эспарцет при загрязнении почвы до 2 вес.% У В включительно.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ларионова, Наталья Леонидовна, Казань

1. Adam G. Effect of diesel fuel on growth of selected plant species / G. Adam, H.J. Duncan//Environ. Geochem. Hlth. 1999. - V.21. - P. 353-357.

2. Adam G. Influence of diesel fuel on seed germination / G. Adam, H. Duncan // Environ. Pollut. 2003. - V.120. - P. 363-370.

3. Adam G. The effect of diesel fuel on common vetch (Vicia sativa L.) plants / G. Adam, H. Duncan // Environ. Geochem. Hlth.- 2003. V.25. - P. 123-130.

4. Amadi A. Remediation of oil polluted soils: 1.Effect of organic and inorganic nutrient supplements on the performance of maize (Zea may L.) / A.Amadi, A. Dickson A., G.O. Maate // Water Air Soil Pollut. 1993. - V.66. - P.59-76.

5. Amakiri J.O. Effects of crude oil pollution on the germination of Zea mays and Capsicum frutescens / J.O. Amakiri, F.A. Onofeghara // Environ. Pollut. -1984. V.35.1.2. - P. 159-167.

6. Andreoni V. Bacterial communities and enzyme activities of PAHs polluted soils / V. Andreoni et al. // Chemosphere. 2004. - V.57. - P. 401-412.

7. Anoliefo G.O. Effects of spent lubricating oil on the growth of Capsicum annum L. and Lycopersicon esculentum Miller / G.O. Anoliefo, D.E. Vwioko // Environ. Pollut. 1995.- V.88.- P. 1361-364.

8. Baud-Grasset F. Evaluation of the bioremediation of a contaminated soil with phytotoxicity tests / F. Baud-Grasset, S. Baud-Grasset, S.I. Safferman // Chemosphere. 1993. - V.26. - P. 1365-1374.

9. Belkessam L. Influence of pre-treatment step on PAHs analyses in contaminated soils / L. Belkessam et al. // Chemosphere. 2005. - V.58. - P. 321328.

10. Cape J.N. Effects of airborne volatile organic compounds on plants / J.N. Cape //Environ. Pollut. 2003. - V.122. - P. 145-157.

11. Caravaca F. Assessing changes in physical and biological properties in a soil contaminated by oil sludges under semiarid Mediterranean conditions / F. Caravaca, A. Roldan // Geoderma. 2003. - V.l 17. - P. 53-61.

12. Chaineau C.H. Bioremediation of a crude oil-polluted soil: biodegradation, leaching and toxicity assessments / C.H. Chaineau et al. // Water Air Soil Pollut. 2003. - V.144. - P. 419-440.

13. Chaineau C.H. Biodegradation of fuel oil hydrocarbons in the rhizosphere of maize / C.H. Chaineau, J.L. Morel, J. Oudot // J. Environ. Qual. 2000. - V.29. -P. 569-578.

14. Chaineau C.H. Phototoxicity and plant uptake of fuel oil hydrocarbons / C.H. Chaineau, J.L. Morel, J. Oudot // J. Environ. Qual. 1997. - V.26. - P. 14781483.

15. Cheevaporn V. Water pollution and habitat degradation in the Gulf of Thailand / V. Cheevaporn, P. Menasveta // Mar. Pollut. Bull. 2003. - V.47. - P. 43-51.

16. Chen Y.C Pyrene degradation in the rhizosphere of tall fescue (Festuca arun-dinaceae) and switchgrass (Panicum virgatum L.) / Y.C. Chen, M.K. Banks, A.P. Schwab//Environ. Sci. Technol.-2003. V.37.-P. 5778-5782.

17. Chouksey M. K. Petroleum hydrocarbon residues in the marine environment of Bassein-Mumbai / M. 1С. Chouksey, A.N. Kadam, M.D. Zingde // Mar. Pollut. Bull. 2004. - V.49. - P. 637-647.

18. Clark J. Sources of variability in plant toxicity testing / J. Clark, L.S. Ortego, A. Fairbrother // Chemosphere. 2004. - V.57. - P. 1599-1612.

19. Cunningham S.D. Promises and Prospects of Phytoremediation. / S.D. Cunningham, D.W. Ow//Plant Physiol. 1996.-V.l 10.-P. 715-719.

20. Denys S. In-situ feasibility of phytoremediation of PAH contaminated soils / S.Denys et al. // Eurosoil 2004: Abstracts. Freiburg. Germany. - P.96.

21. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammunter-suchung, "Summarische Wirkungs- und Stoffkenngrofien, Bestimmung von Kohlenwasserstoffen (HI 8)", Deutsche Industrie Normen DIN, Beuth Verlag, Berlin 1981.

22. Dominguez-Rosado E. Phytoremediation of Soil Contaminated with Used Motor Oil: II. Greenhouse Studies / E. Dominguez-Rosado, J. Pichtel // Environ. Eng. Sci. 2004. - V.21. № 2. - P. 169-180.

23. Dorn P.B. Temporal ecological assessments of oil contaminated soils before and after bioremediation / P.B. Dorn, J.P. Salanitro // Chemosphere. 2000. -V.40.-P. 419-426.

24. Edwards N.T. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the terrestrial environment / N.T. Edwards // J. Environ. Qual. 1983. - V.26. - P. 427-441.

25. EPA 833-R-00-003 Understanding and accounting for method variability in whole effluent toxicity applications under the national pollutant discharge elimination system. June. 2000.

26. Fang С Antrazin and phenanthrene degradadation in grass rizosphere soil / C. Fang, M. Radosevich // Soil Biol. Biochem. 2001. - V. 33 (4-5). - P. 671678.

27. Farrell R.E. Assessment of Phytoremediation as an In-Situ Technique for Cleaning Oil-Contaminated Sites Phase II Final Report / R.E. Farrell. Petroleum Technology Alliance of Canada (PTAC). Calgary. - 2000. 48 p.

28. Frick C.M. Assessment of of phytoremediation as an in-situ technique for cleaning oil-contaminated sites // C.M. Frick, R.E. Farrell, J.J. Germinda. Petroleum Technology Alliance of Canada (PTAC). Calgary. - 1999. 82 p.

29. Galin Ts. Soil pollution petroleum products, III. Kerosene stability in soil columns as effected by volatilizatio / Ts. Galin, Z. Gerstl, B. Yaron // J. Contam. Hydrol. 1990. - № 5. - P. 375 - 385.

30. Gao Y. Plant uptake, accumulation and translocation of phenanthrene and py-rene in soils / Y.Gao, L. Zhu // Chemosphere. 2004. - V. 55. - P. 1169— 1178.

31. Gong P. Evaluation and refinement of a continuous seed germination and early seedling growth test for the use in the ecotoxicological assessment of soils / P. Gong et al. // Chemosphere. 2001. - V.44. - P. 491-500.

32. Green B.T. Phytotoxicity observed in Tradescancia correlates with diesel fuel contamination in soil / B.T. Green et. al. // Environ. Exp. Bot. 1996. - V.36. № 3. - P. 313-312.

33. Gunter T. Effects of ryegrass on biodegradation of hydrocarbons in soil / T. Gunter , U. Dornberger, W. Fritsche // Chemosphere. 1996. - V.33. №2. - P. 203-215.

34. Hangovan K. Effect of oil pollution on soil respiration and growth of Vigna mungo (L.) Hepper // K. Hangovan, M. Vivekanadan // Sci. Total Environ. -1992.-V.116.-P. 187-194.

35. Henner P. Phytotoxicity of ancient gaswork soils. Effect of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on plant germination / P. Henner et al. // Org. Geo-chem.- 1999.-V.30.-P. 963-969.

36. Hood G.M. Evaluation of a cost-effective SVOC field screening technique for use at petroleum-contaminated sites / G.M. Hood, P.C. Allee, P.G. Pucel // Contaminated Soil Sediment Water. 2002. - V.5 - P. 355-365.

37. Huang X. -D. A multi-process phytoremediation system for decontamination of persistent total petroleum hydrocarbons (TPHs) from soils / X.-D. Huang et al. // Microchem. J. 2005. - V.81. - P. 139- 147.

38. Hund K. Ecotox-evaluation strategy for soil bioremediation exemplified for a РАН-contaminated site / K. Hund, W. Traunspurger // Chemosphere. 1994. -V.29.-P. 371-390.

39. International Organization for standardization. Soil quality. Determination of mineral oil content. Method by infrared spectrometry and gas chromatographic method. ISO/TR 11046-2:1994.

40. International Organization for standardization Soil quality. Determination of the effects of pollutants on soil flora ~ Part 1: Methods for the measurement of inhibition of root growth. ISO 11269-2:1993.

41. International Organization for standardization Soil quality. Determination of the effects of pollutants on soil flora ~ Part 2: Effects of chemicals on the emergence and growth of higher plants. ISO 11269-2:1995.

42. Joergensen R.G. Biomass and activity of microorganisms in a fuel oil contaminated soil / R. G. Joergensen et al. // Soil Biol. Biochem. 1995. - V.27. № 9. -P. 1137-1143.

43. Kaimi E. Ryegrass enhancement of biodegradation in diesel-contaminated soil / E. ICaimi et al. // Environ. Exp. Bot. 2004. - V.55. - P. 110-119.

44. Kirk J.L. The effects of perennial ryegrass and alfalfa on microbial abundance and diversity in petroleum contaminated soil / J.L. Kirk et al. // Environ. Pol-lut. 2005. - V.133. - P. 455-465.

45. Ко J.-Y. A review of ecological impacts of oil and gas development on coastal ecosystems in the Mississippi Delta // J.-Y. Ко, J.W. Day // Ocean Coast. Manage. 2004. - V.47. - P. 597-623.

46. Kummerova M. Photoinduced toxicity of fluoranthene on germination and early development of plant seedling / M. Kummerova, E. Kmentova // Chemosphere. -2004.-V.56.-P. 387-393.

47. Lewanovslci J. Schadstoffe im Boden / J. Lewanovski, St. Leitschut, V. Кор. -Berlin: Springer, 1997. 375 pp.

48. Li G. Enrichment of degrading microbes and bioremediation of petrochemical contaminants in polluted soil / G. Li et al. // Water Res. 2000. - V.34. №15. - P.3845-3853.

49. Li K. Accelerated solvent extraction (ASE) of environmental organic compounds in soils using a modified supercritical fluid extractor / K. Li et al. // J. Hazard. Mater. 2003. - V.102. - P. 93-104.

50. Liste H.-H. Crop growth, culturable bacteria, and degradation of petrol hydrocarbons (PHCs) in a long-term contaminated field soil / H.-H. Liste, D. Felgen-treu // App. Soil Ecol. 2005. - V.154. - P. 324-335.

51. Luis F.L. Potential of phytoremediation in Mexican oil contaminated soil / F.L. Luis et. al. // In-Situ and On-Site Bioremediation Symp.: Poster Abstr. of the 6-th Internat.symp. A6. Phytoremediation of Petroleum Hydrocarbons. San Diego, 2001.

52. Macek T. Exploitation of plants for the removal of organics in environmental remediation / Т. Macek, M. Mackova, J. Kas // Biotechnol. Adv. 2000. -V.18.-P. 23-34.

53. Mahajan M.C. Evidense for involvement of multiple pathways in the biodegra-dation of 1- and 2-methylnaphtalene by Pseudomonas putida CSV86 / M.C. Mahajan, P.S. Phale, C.S. Vaidyanatum // Microbiology. 1994. - V.161 (5) -P. 333-425.

54. Maila M.P. Germination of Lepidium sativum as a method to evaluate poly-cyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) removal from contaminated soil / M.P. Maila, Т.Е. Cloete // Int. Biodeter. Biodegr. 2002. - V.50. - P. 107-113.

55. Maila M.P The use of biological activities to monitor the removal of fuel contaminants perspective for monitoring hydrocarbon contamination: a review / M.P. Maila, Т.Е. Cloete // Int. Biodeter. Biodegr. - 2005. - V.55. - P. 1-8.

56. Maliszewska-Kordybach B. Habitat function of agricultural soils as affected by heavy metals and poly cyclic aromatic hydrocarbons contamination / B. Mal-iszewska-Kordybach, B. Smreczak // Environ. Int. 2003. - V.28. - P. 719

57. Margesin R. Monitoring of bioremediation by soil biological activities / R. Margesin, A. Zimmerbauer, F. Schinner // Chemosphere. 2000. - №.40. - P. 339-346.

58. Marquez-Rocha F.J. Biodegradation of diesel oil in soil by a microbial consortium / F.J. Marquez-Rocha, V. Hernandez-Rodriguez, M.T. Lamela // Water Air Soil Poll. 2001. - V.128. - P. 313-320.

59. McGill W.B. Determination of oil content of oil contaminated soil / W. B. McGill, M.J. Rowell // Sci.Total Environ. 1980. - V.14. - P. 245-253.

60. Merlcl N. Phytoremediation in the tropics e influence of heavy crude oil on root morphological characteristics of graminoids /Merlcl N., R. Schultze-Kraft, C. Infante // Environ. Pollut. 2005. - V. 138. - P. 86-91.

61. Murphy H.F. Some effects of crude petroleum on nitrate production, seed germination and growth / H.F. Murphy // Soil Sci. 1929. - V.27. - P. 117-120.

62. Neue Niederlandische Liste. Altlasten Spelctrum 3/95.

63. Newell C. Light Nonaqueous Phase Liquids / C. Newell, S. Acree, R. Ross, S. Huling // Ground Water Issue 1995. EPA/540/S-95/500. U.S.EPA. R.S. Kerr Environ. Res. Lab. - Ada, OK. - 28 p.

64. Newman L.A. Phytodegradation of organic compounds / L.A. Newman, C.M. Reynolds // Curr. Opin. Biotech. 2004. - №15. - P. 225-230.

65. Organic Extraction and Sample Preparation. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846). Method 3500b. U.S.EPA. December, 1996.

66. Palmroth M.R.T. Phytoremediation of subarctic soil contaminated with diesel fuel / M.R.T. Palmroth, J. Pichtel, J.A. Puhakka //Bioresource Technol. 2002. -V.84.-P. 221-228.

67. Pivetz B.E. Phytoremediation of Contaminated Soil and Ground Water at Hazardous Waste Sites / B.E. Pivetz // Ground Water Issue. 2001. EPA/540/S-01/500. U.S.EPA. R.S. Kerr Environ. Res. Lab. - Ada, OK. - 36 pp.

68. Pressurized Fluid Extraction. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846). Method 3545. U.S.EPA. December, 1996.

69. Ralinda R. Phytoremediation / R. Ralinda, P.G.Miller. 1996.

70. Ren L. Photoinduced effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on Brassica napus (Canola) during germination and early seedling development / L. Ren et al. // Ecotox. Environ. Safe. 1996. - V.33. - P. 73-80.

71. Richter B.E. Extraction of hydrocarbon contamination from soils using accelerated solvent extraction / B.E. Richter // J. Chromatogr. A. 2000. - V.874. - P. 217-224.

72. Rost H. Behavior of PAHs during cold storage of historically contaminated soil samples / H. Rost et al. // Chemosphere. 2002. - V.49. - P. 1239-1246.

73. Salanitro J. P. Bioremediation of PHCs in soil / J. P. Salanitro // Adv. Agron. -2001.- V.72.-P.53-105.

74. Sayles G.D. Land treatment of PАН-contaminated soil: Performance measured by chemical and toxicity assays / G.D. Sayles et al.// Environ. Sci. Technol. -1999.-V.33.-P. 4310-4317.

75. Schweninger R.B. Reclamation of soil contaminated with oil / R.B. Schweninger//J. Inst. Petrol. 1968.-V.54.-P. 182-197.

76. Shaw L.J. Biodegradation of organic pollutants in the rhizosphere / L.J. Shaw, R.G. Burns // Adv. Appl. Microbial. 2003. - V.53. - P. 1-60.

77. Shen J. On-site bioremediation of soil contaminated by No.2 fuel oil / J. Shen, R. Bartha // Int. Biodeter. Biodegr. 1994. - V.33. - P. 61-72.

78. Shu Y.Y. Effect of moisture on the extraction efficiency of polycyclic aromatic hydrocarbons from soils under atmospheric pressure by focused microwave-assisted extraction / Y.Y. Shu, T.L. Lai // J. Chromatogr. A. 2001. - V.927. -P. 131-141.

79. Siciliano S.D. Selection of specific endofitik bacterial genotypes by plants in response to soil contamination / S.D. Siciliano et al.// Appl. Environ. Microbiol. 2001. - V.67. №6. - P.69-75.

80. Solano-Serena F. Intrinsic capacities of soil microfloras for gasoline degradation / F.Solano-Serena et al. // Biodegr. 1998. - V.9. - P. 319-326.

81. Soxhlet Extraction. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846). Method 3540c. U.S.EPA. December, 1996.

82. Supercritical Fluid Extraction of Polynuclear aRomatic Hydrocarbons. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846). Method 3561. U.S.EPA. December, 1996.

83. Supercritical Fluid Extraction of Total Recoverable Petroleum Hydrocarbons. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846). Methods 3560. U.S.EPA. December, 1996.

84. Susarla S. Phytoremediation: an ecological solution to organic chemical contamination / S. Susarla, V.F. Medina, S.C. McCutcheon // Ecol. Eng. 2002. -№18.-P. 647-658.

85. Sverdrup L.E. Toxicity of eight polycyclic aromatic compounds to red clover (Trifolium pratense), ryegrass (Lolium perenne) and mustard (Sinapsis alba) / L.E. Sverdrup et al. // Chemosphere. 2003. - V.53. - P. 993-1003.

86. Tesar M. Bacterial rhizosphere populations of black poplar and herbal plants to be used for phytoremediation of diesel fuel / M. Tesar, Th. G. Reichenauer, A. Sessitsch // Soil Biol. Biochem. 2002. - V.34. - P. 1883-1892.

87. Ultrasonic Extraction. Test Methods for Evaluating Solid Waste (SW-846).• Method 3550b. U.S.EPA. December, 1996.

88. Walton B.T. Toxicant degradation in the rhizosphere / B.T. Walton, E.A.Guthrie, A.M. Hoilman // Am. Chem. Sosiety. 2000. - P. 11-26.

89. Wang X. Effects of bioremediation on residues, activity and toxicity in soil contaminated by fuel spills / X. Wang, R. Bartha // Soil Biol. Biochem. 1990. -V.22.-P. 501-505.

90. White P.J. Phytoremediation assisted by microorganisms / P.J. White //• Trends Plant Sci. -2001. V.6. №11.- P. 502.

91. Youssef T. Evidence for reduced post-spill recovery by the halophyte Sporo-bolus iocladus (Nees ex Trin.) Nees in oil-contaminated sediments / T. Youssef // Mar. Pollut. Bull. 2002. - V.44. - P. 334-339.

92. Zaripova S.K. The influence of soil planting on dissipation of hydrocarbons in leached chernozem / S.K. Zaripova et al. // In-Situ and On-Site Bioreme

93. Ш diation Symp.: Poster abstr. of the 6-th Internat.symp. A6. Phytoremediation of

94. Petroleum Hydrocarbons.- San Diego, 2001.

95. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-487 с.

96. Бабьева И.П. Биология почв: Учебник / И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. М.: Изд-во МГУ, 1989.-336 с.

97. Белых Л.И. Закономерности распределения бенз(а)пирена в системе почва-растение / Л.И. Белых, И.А. Рябчикова, В.А. Серышев // Агрохимия. -2005.-№1,-С 60-71.

98. Бельков В.М. Методы, технологии и концепции утилизации углеродосо-держащих промышленных и твердых бытовых отходов / В.М. Бельков // Химическая промышленность. 2000. - №11. - С. 9-25.

99. Биохимические основы экологического нормирования / В.Н. Башкин и др.; отв. ред. М.В. Иванов. М.: Наука, 1993. - 304 с.

100. Благодатская Е.В. Оценка устойчивости микробных сообществ в процессе разложения поллютантов в почве / Е. В. Благодатская, Н. Д. Ананьева // Почвоведение. 1996.-№11.-С. 1341-1346.

101. Бутовский P.O. Полиароматические углеводороды, нафталин, бенз(а)пирен, уайт-спирт как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных / P.O. Бутовский // Агрохимия. 2004. - №6. - С. 83-92.

102. Вальков В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на фитоток-сичность чернозема / В.Ф. Вальков, С.И. Колесников, К.Ш. Казеев // Агрохимия. 1997. - №6. - С. 50-55.

103. Веселовский В.А. Биотестирование загрязнения среды нефтью по реакции фото синтетического аппарата растений / В.А. Веселовский, B.C. Вшивцев // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст. М.: Наука, 1988. - С. 99-112.

104. Водопьянов В.В. Фитотоксичность нефтезагрязненных почв (математическое моделирование) /В.В. Водопьянов, Н.А. Киреева, Е.М. Тарасенко // Агрохимия. 2004. - №10. - С 73-77.

105. Возможности современных и будущих фундаментальных исследований в почвоведении. -М.: ГЕОС, 2000. 138 с.

106. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ, изд. / A.JI. Бандман и др.. Д.: Химия, 1990. - 732 с.

107. Гайнутдинов М.З. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны Татарии / М.З. Гайнутдинов и др. // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст. М.: Наука, 1988. - С. 177-197.

108. Гарусов А.В. Биомониторинг почвы / А.В. Гарусов, Ф.К. Алимова, Н.Г. Захарова. Казань: Изд-во КГУ, 1999. - С.32-36.

109. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде: Структура и функции ассими-ляц. аппарата / Н.В. Гетко. Мн.: Наука и техника, 1989. - 208 с.

110. Гилязов М.Ю. Агроэкологическая характеристика и приемы рекультивации нефтезагрязненных черноземов Республики Татарстан / М.Ю. Гиля-зов, И.А. Гайсин. Казань: Фэн, 2003. - 228 с.

111. Гилязов М.Ю. Агроэкологическая характеристика нарушенных при нефтедобыче черноземов и приемы их рекультивации в условиях Закамья Татарстана: автореф. дис. . докт. с.-х. наук / М.Ю. Гилязов; Саратов. 1999. -42 с.

112. Гончарук Е.И. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве: Руководство / Е.И. Гончарук, Г.И. Сидоренко. М.: Медицина, 1986. -320 с.

113. ГОСТ 12038-84. Методы определения всхожести. М.: Изд-во стандартов, 1984.-56 с.

114. Грищенко О.М. Ботанические аномалии как поисково-разведочный критерий нефтегазоносности // Экология. 1982. -№1. - С. 18-22.

115. Данович К.Н. Физиология и биохимия покоя и прорастания семян / К. Н. Данович, А. М. Соболев. М.: Изд-во Наука, 1982. - 256 с.

116. Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: III межд. симп., июнь 1999 г.: мат. докл. Пущино: Изд-во РУДН, 1999. -Т.5. - С.641-642.

117. Демиденко А.Я. Изучение питательного режима почв, загрязненных нефтью / А.Я. Демиденко, В.М. Демурджан, Л.Д. Шеянова// Агрохимия. -1983.-№9. С. 100-103.

118. Джамбетова П.М. Исследование эколого-генетического влияния загрязнения почв нефтепродуктами на природные популяции растений и тест-системы: автореф. дис. канд. биол. наук / П.М. Джамбетова; Нальчик. 2004.

119. Джафарова Ф.С. Влияние органических удобрений нефтяного происхождения на обмен веществ, рост и развитие хлопчатника: автореф. дисс. . канд. биол. наук / Ф.С. Джафарова; АзербГУ. Баку, 1963 г.

120. Заалишвили Г.В. Детоксикационный потенциал растений (обзор) / Г.В. Заалишвили и др. // Прикладная биохимия и микробиология. 2000. -Т.36. №5. - С.515-524.

121. Зайцев Г.А. Формирование корневой системы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях техногенеза / Г.А. Зайцев, А.Ю. Кулагин // Экология. 2005. - №12. - С. 146-149.

122. Звягинцев Д.Г. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почвы нефтью / Д.Г. Звягинцев и др. // Почвоведение. 1989. - № 1. -С. 72-78.

123. Ившина И.Б. Пропанокисляющие родококки / И.Б. Ившина, Р.А. Пше-ничнов, А.А. Оборин. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. - С. 61-70.

124. Иларионов С.А. Роль микромицетов в фитотоксичности нефтезагрязнен-ных почв / С.А. Иларионов, А.В. Назаров, И.Г. Калачникова // Экология. -2003.-№5.-С. 341-346.

125. Исидоров В.А. Введение в курс химической экотоксикологии: Учебное пособие / В.А. Исидоров. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1997. - 88 с.

126. Исмаилов Н.М. Рекультивация нефтезагрязненных земель сухих субтропиков Азербайджана / Н.М. Исмаилов, А.Г. Ахмедов, В.А. Ахмедов // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст. М.: Наука, 1988.-С. 206-221.

127. Исмаилов Н.М. Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель / Н.М. Исмаилов, Ю.И. Пиковский // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст. М.: Наука, 1988. - С. 222-230.

128. Кабиров P.P. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городской территории / P.P. Кабиров, А.Р. Сагитова, Н.В. Суханова // Экология. 1997. -№6.-С. 408-411.

129. Киреева Н.А. Биологическая активность нефтезагрязненных почв / Н.А. Киреева, В.В. Водопьянов, A.M. Мифтахова. Уфа: Гилем, 2001. - 376 с.

130. Киреева Н.А. Влияние загрязнения нефтью на фитотоксичность серой лесной почвы / Н.А. Киреева, A.M. Мифтахова, Г.Г. Кузяхметов // Агрохимия. 2001. - №5. - С. 64-69.

131. Киреева Н.А. Детоксикация нефтезагрязненных почв под посевами люцерны (Medicago sativa L.) / Н.А. Киреева, Е.М. Тарасенко, М.Д. Бакаева // Агрохимия. 2004. - № 10. - С 68-72.

132. Киреева Н.А. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах / Н.А. Киреева. Уфа: БашГУ, 1994. - 172 с.

133. Киреева Н.А. Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв / Н.А. Киреева и др. Уфа: Гилем, 2003. - 266 с.

134. Киреева Н.А. Ферменты серного обмена в нефтезагрязненных почвах / Н.А. Киреева и др. // Почвоведение. 2002. - № 4. - С. 474-480.

135. Киреева Н.А. Активность оксидоредуктаз в нефтезагрязненных рекультивируемых почвах / Н.А. Киреева, Е.И. Новоселова, Г.Ф. Ямалетдинова // Агрохимия.-2001.-№4.-С. 53-60.

136. Кодина JI.A. Геохимическая диагностика нефтяного загрязнения почвы /Л. А. Ко дина//Восстановление нефтезагрязненных почвенных, экосистем: сб. ст.-М.: Наука, 1988.-С. 76-81.

137. Колешко О.И. Экология микроорганизмов почвы: Лаб. практикум / О.И.• Колешко. -Мн.: Высш. школа, 1981. 176 с.

138. Колосов И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений / И.И. Колосов. М.: АН СССР, 1962. - 387 с.ф 151.Коренман И.М. Экстракция в анализе органических веществ / И.М. Коренман. М.: Химия, 1977. - 200 с.

139. Коронели Т.В. Поступление углеводородов в клетки микроорганизмов / Т. В. Коронели//Успехи микробиологии. 1980. - Вып. 15.-С. 99- 111.

140. Кузнецов В.В. Химические основы экологического мониторинга / В.В.

141. Кузнецов // Соросовский образ, журнал. 1999. - № 1. - С. 35-40.

142. Роль ботанических садов в сохранении и обогащении биологического разнообразия видов: междунар. научн. конф., 2004 г.: тез. докл. Кали* нинград: Изд-во Калининградского гос. ун-та, 2004. - С. 203-205.

143. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части СССР / П.Ф. Маевский. Л.: Изд-во «Колос», 1964. - 877 с.

144. Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов / В.Н. Майстренко, Р.З. Хамитов, Г.К. Будников. М.: Химия, 1996. - 319 с.

145. Максименко О.Е. Динамика восстановления растительности антропогенно нарушенного сфагнового болота на территории нефтепромысла в• Среднем Приобье / О.Е. Максименко и др. // Экология. 1997. - №4. - С. 243-247.

146. Марфенина О. Е. Микробиологические аспекты охраны почв / О.Е. Марфенина. М.: Изд-во МГУ, 1991. - 118 с.

147. Марченко А.И. Фиторемедиация почв, загрязненных нефтепродуктами:• опыт Канады / А.И. Марченко, М.С. Соколов // АГРО XXI. 2001. - № 1. -С.20-21.

148. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. М., 1995. - 50 с.

149. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1991.-303 с.

150. Мироненко В.А. Загрязнение подземных вод углеводородами / В.А. Ми-роненко, Н.С. Петров // Геоэкология. 1995. -№1. - С. 3-27.

151. Мифтахова A.M. Прямое и трансбиотическое влияние нефтяного загрязнения почв на высшие растения: автореф. дис. . канд. биол. наук / A.M. Мифтахова; Ин-т биол. Уфим. науч. центра РАН. Уфа, 2002. - 17 с.

152. Мищенко А.А. Сорбционное связывание углеводородов почвами / А.А. Мищенко и др. // Технологии нефти и газа. 2004. - №1. - С. 36-44.

153. Муратова А.Ю. Использование люцерны и тростника для фиторемедиации загрязненного углеводородами грунта / А.Ю. Муратова и др. // Прикладная биохимия и микробиология. 2003. - Т.39. №6. - С.681-688.

154. Назаркина С.Г. Контроль содержания полиароматических углеводородов в объектах окружающей среды одного из промышленных районов г. Самары методами хроматографии: дисс.канд. хим. наук / С.Г. Назаркина. -Самара., 2000.- 109 с.

155. Невзоров В.М. О вредном воздействии нефти на почву и растения / В.М. Невзоров // Изв. вузов. Лесной журнал. 1976. - №2. - С. 164-165.

156. Неклюдов С.А. Моделирование переноса углеводородов в почвах с неоднородной структурой / С.А. Неклюдов, В.А. Бреус, И.П. Бреус // Наука и технология углеводородов. 2003. - №2. - С.28-34.

157. Николаева М.Г. Биология семян / М.Г. Николаева, И.В. Лянгузова, JI.M. Поздова. СПб.: БИН РАН, 1999. - 232 с.

158. Николаевская Т. С. Структура перикарпия зерновки и цветковых чешуй злаков / Т. С. Николаевская, JI. Р. Петрова. Л.: Изд-во Наука, 1989. -85 с.

159. Масливец // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст.-М.: Наука, 1988.-С. 140-159.

160. Орлов Д.С. Цвет и диагностика почв / Д.С. Орлов // Сорсовский образовательный журнал. 1997. - №4. - С.45-51.

161. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учебное пособие / Д.С. Орлов, JI.K. Садовникова, И.Н. Лозановская. М.: Высш. шк., 2002.-334 с.

162. Охрана природы (химическая экология): Учебн. Пособие / Т.К. Балина, Ю.Г. Папулов, Р.А. Зимин. Тверь: Твер. гос. ун-т, 1995. - 83 с.

163. Остроумов С.А. Некоторые аспекты оценки биологической активности ксенобиотиков / С.А. Остороумов // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 16. Биология. 1990. - № 2. - С.27-34.

164. Панин М.С. Химическая экология: Учебник для вузов / М.С. Панин. -Семипалатинск: СГУ, 2002. 852 с.

165. Пахомова В.М. Основы фитострессологии: Учеб. пособие / В.М. Пахо-мова. Казань: Изд-во КГСА, 1999. - 103 с.

166. Петухов В.Н. Биотестирование почвы и воды, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с помощью растений / В.Н. Петухов и др. // Прикладная биохимия и микробиология. 2000. - Т. 36. №6. - С. 652 - 655.

167. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде / Ю.И. Пиковский. М.: МГУ, 1993. - 208 с.

168. Пиковский Ю.И. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский и др. // Почвоведение. 2003. - №9. - С. 1132-1140.

169. Попцов А.В. Биология твердосемянности / А.В. Попцов. М.: Наука, 1981.- 156 с.

170. Практикум по физиологии растений: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений/ И.В. Плотникова и др.; отв. ред. В.Б. Иванов. М.: Изд. центр «Академия», 2001. - 144 с.

171. Рабинович M.JI. Разложение природных ароматических структур и ксенобиотиков грибами / М.Л. Рабинович и др. // Прикладная биохимия и микробиология. -2004. -Т.40. №1. С. 5-23.

172. Самосова С.М. Изменение микрофлоры и состава нефти в черноземной почве Татарии в первый период после загрязнения / С.М. Самосова и др. // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем: сб. ст. М.: Наука, 1982. - С. 235-245.

173. Свойства органических соединений. Справочник / М.А. Кузнецов и др.; отв. ред. А.А. Потехин. Л.: Химия, 1984. - 520 с.

174. Селивановская С.Ю Обоснование подходов к оценке и нормированию воздействия осадков сточных вод на природные среды: дис. . докт. биол. наук: 03.00.16 / С.Ю. Селивановская; Каз.гос.ун-т. Казань, 2004. - 346 с.

175. Система биологических тестов для оценки токсичности объектов окружающей среды (почва) / С.Ю.Селивановская, В.З.Латыпова. Казань: Изд-во Каз. ун-та, 2001.-21 с.

176. Солнцева, Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов / Н. П. Солнцева. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 376 с.

177. Сытник К.М. Биосфера. Экология и охрана природы / К.М. Сытник, А.В. Брайтон, А.В. Городецкий. Киев: Изд-во «Наукова думка», 1987. - 524 с.

178. Таскаев А.И. Опыт биологической рекультивации земель в условиях Крайнего Севера / А.И. Таскаев, А.П. Боровинских, И.А. Архипченко // Экология и промышленность России. Спецвыпуск 2004 г. - С. 27-31.

179. Терехина Т.А. Антропогенные фитосистемы / Т.А. Терехина. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2000. - 250 с.

180. Угрехилидзе Д.Ш. Поступление и детоксикация органических ксенобиотиков в растениях / Д.Ш. Угрехелидзе, С.В. Дурмишидзе. Тбилиси: «Мецниереба», 1984. - 230 с.

181. Усманов И.Ю. Экологическая физиология растений / И.Ю. Усманов, З.Ф. Рахманкулова, А.Ю. Кулагин М.: Логос, 2001. - 224 с.

182. Фатеев А.И. Изменение агрохимических и микробиологических свойств нефтезагрязненного чернозема в рекультивационный период / А.И. Фатеев и др. // Агрохимия. 2004. - №10. - С. 53-60.

183. Фахрутдинов А.И. Микробиологическая и ферментативная активность почв и грунтов при рекультивации нефтезагрязненных территорий: авто-реф. дис. . канд. биол. наук / А.И. Фахрутдинов; Сургут, гос. пед. ун-т. -СПб, 2005.- 19 с.

184. Влияние вариантов рекультивации нефтезагрязненной почвы на рост и развитие растений: межвуз. конф. мол. уч., 2002: материалы докл. С-Пб.: Рос. гос. пед. ун-т им. А.И. Герцена, 2002. - С. 32-33.

185. Чупахина Г.Н. Адаптация растений к нефтяному стрессу / Г.Н. Чупахи-на, П.В. Масленников // Экология. 2004. - №5. - С. 330-335.

186. Шилова И.И. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны / И.И. Шилова // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем: сб. ст. -М.: Наука, 1988. С. 159-168.

187. Шурубор Е.И. Полициклические ароматические углеводородов в системе «почва-растение» района нефтепереработки (Пермское Прикамье) / Е.И. Шурубор // Почвоведение. 2000. - №12. - С. 1509-1514.

188. Экологическое состояние территории России / С.А Ушаков и др.; отв. ред. С.А. Ушаков, Я.Г. Кац. -М.: Изд. центр «Академия», 2001. 128 с.

189. Экология Ханты-Мансийского автономного округа / Л.Н. Добринский и др.; отв. ред. В.В. Плотников. Тюмень: Софт Дизайн, 1997. - 287 с.

190. Юрин В.М. Основы ксенобиологии / В.М. Юрин. Мн.: Новое знание, -2002.-267 с.

Информация о работе

Ларионова, Наталья Леонидовна
кандидата биологических наук
Казань, 2005
ВАК 03.00.16

Диссертация

Устойчивость растений к загрязнению почвы углеводородами и эффект фиторемедиации - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы