Влияние тяжелых металлов на морфометрические показатели прорастания семян горчицы и кресс-салата.

Для проращивания использовались семена белой горчицы сорта «Полянка» и кресс-салата сорта «Неделька» (см. рисунок 4).а)б)Рисунок 4 – Семена белой горчицы (а) и кресс-салата (б)Проращивание осуществлялось следующим образом: в чистый марлевый отрез, смоченный водой комнатной температуры, поместили по отдельности семена горчицы и кресс-салата (рисунок 5), раз в 10 часов марлю смачивали водой повторно.а) б)Рисунок 5 – Проращивание семян а) – замачивание, б) – проростки кресс-салатаСпустя двое суток проросшие семена поместили в почвогрунт. Всего использовалось 4 контейнера с грунтом для каждого вида растений и каждого загрязнителя. В первом контейнере находилась чистая почва, во втором – загрязнённая сульфатом металла в концентрации 1 ПДК, в третьем –сульфатом металла в концентрации 3 ПДК, в четвёртом – 10 ПДК. В каждый контейнер высажено 10 семян кресс-салата или горчицы соответственно. Скорость роста в каждом контейнере определялась средняя среди десяти растений.В течение 15 суток в одно и то же время проводились наблюдения за всхожестью семян, скоростью роста растений, их формой и окраской. Результаты всхожести, измерений скорости роста, описание внешнего вида растений заносились в таблицу. Журналы проведения исследования приведены в таблицах 1 – 6.Таблица 1. Результаты эксперимента для кресс-салата и сульфата медиДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК11283-1283-225158-1375-34029163151483452372651281025634432811763665533510293277060441157918736751133772975745615275210858168181071231190847222534412928575222130139486772241201495867823101115958778240101Средние значения скорости роста, мм/сут6,475,85,21,8Таблица 2. Результаты эксперимента для кресс-салата и сульфата свинцаДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК1127--127--225135-1365-3402672151322452331141274256342157119436655123929827705928115852873653412366197572381527431085804216108411190854917557112928656172170139488581822211495886018102015958961180110Средние значения скорости роста, мм/сут6,475,94,31,4Таблица 3. Результаты эксперимента для кресс-салата и сульфата железаДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК112107312773225191661399334033268151410245245341312128556356391811115566559452223647706648255733873705529347497574643324941085787138104751190817647535912928681512554139489845723361495908562111515959086640012Средние значения скорости роста, мм/сут6,475,85,74,3Таблица 4. Результаты эксперимента для горчицы и сульфата медиДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК154--127--2884-344-3141372653241917114544252221146343262624186434072927219333383532251165429373627132422104442331576621149453819535412545141225633136158462477521467635225656115726555275232Средние значения скорости роста, мм/сут5,34,53,92,1Таблица 5. Результаты эксперимента для горчицы и сульфата свинцаДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК154--127--2863-324-314116-653-4191582542252218114333262622154444072926196344283529218632293732249233110443628974401149383210524112544235115431136148391176401467564213683215725945135330Средние значения скорости роста, мм/сут5,34,13,31,1Таблица 6. Результаты эксперимента для горчицы и сульфата железаДеньИзменение длины, ммСкорость роста, мм/сут0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК0 ПДК1 ПДК3 ПДК10 ПДК15532125322875432223141385663141919117563252223151234456262618164334729282119323383534232366249373728272354104443343276651149473936545412545241405524136160464478541467644948643415726855525464Средние значения скорости роста, мм/сут5,34,53,73,5Для наглядности представления данных построим график для каждого из 6 экспериментов. На рисунках 6 – 13 последовательно представлены графики для каждого вида растений и загрязняющего элемента в соответствии с таблицами 1 – 6.Рисунок 6 – Зависимость роста кресс-салата от содержания сульфата меди в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.Из приведённого графика видно, что при небольшой концентрации меди (в пределах 1 ПДК) рост кресс-салата практически не отличается от роста его в чистой почве. При концентрации меди в 3 ПДК скорость роста также остаётся практически такой же. Существенные изменения в развитии растений появляются лишь при достаточно высокой концентрации – кресс-салат всходит значительно медленнее, и скорость его роста очень невысока. Это позволяет сделать вывод о допустимости загрязнения медью: до концентрации в 2-3 ПДК загрязнение медью практически не сказывается на морфометрических характеристиках растения.Отдельно стоит отметить разницу в форме и окраске растений: кресс-салат с повышением концентрации меди стал визуально более извилистым, листья при концентрации в 3 ПДК выглядят более жёлтыми, менее широкими, чем при концентрации в 0 и 1 ПДК. Рисунок 7 – Зависимость роста кресс-салата от содержания сульфата свинца в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.По данному графику можно оценить заметное снижение темпов роста кресс-салата даже при незначительном повышении концентрации свинца. Как и в предыдущем случае, концентрация в 1 ПДК несущественно влияет на скорость роста растения, но уже при 3 ПДК скорость роста уменьшается практически вдвое, а высота кресс-салата на 15 сутки в полтора раза ниже, чем при низких концентрациях. Увеличение концентрации свинца до 10 ПДК позволяет растению вырасти лишь на четверть от нормальной высоты, при этом отмечается уменьшение ширины листьев и буроватый оттенок зелени.Рисунок 8 – Зависимость роста кресс-салата от содержания сульфата железа в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.Содержание железа менее всего сказывается на состоянии кресс-салата. Даже при концентрации 10 ПДК скорость роста изменяется несущественно, все семена всходят на первые же сутки, а из изменений во внешнем виде растений – только небольшие буроватые пятна на листьях и чуть большая извилистость стеблей у образца с 10 ПДК. Подводя итоги влияния содержания тяжёлых металлов в почве на рост кресс-салата, построим график, на котором будут отображены результаты всех исследований для 10 ПДК и контрольные измерения для чистой почвы (рисунок 9). Рисунок 9 – Зависимость роста кресс-салата от содержания тяжёлых металлов в почве (данные для 10 ПДК). По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.По графику видно, что наибольшее влияние на кресс-салат оказывает содержание свинца в почве. С небольшим отставание – влияние меди. И, наконец, содержание железа в почве не оказывает существенного влияния на скорость роста кресс-салата.Результаты для горчицы несколько отличаются. На рисунке 10 видно изменение темпов роста горчицы в зависимости от концентрации сульфата меди.Рисунок 10 –Зависимость роста горчицы от содержания сульфата меди в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.На графике видно, что наибольшее влияние на рост горчицы содержание меди оказывает в первые дни роста, в дальнейшем при концентрации в 3 ПДК скорость роста остаётся практически той же, а при 10 ПДК скорость существенно снижается. Необычных явлений – побуревания листьев, извилистости и т.д. обнаружено не было. Всхожесть при концентрации 10 ПДК составила 70 %, хотя изначально все семена были пророщены. Соответственно, можно сделать вывод, что на начальный период роста и развития горчицы медь оказывает наибольшее влияние.Рисунок 11– Зависимость роста горчицы от содержания сульфата свинца в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.Содержание свинца играет существенную роль для роста и развития горчицы. Уже при концентрации в 1 ПДК скорость роста снижается достаточно существенно, а при 3 ПДК высота растения спустя 15 суток практически в два раза меньше, чем при нулевой концентрации сульфата свинца в почве. На растениях появляются бурые и жёлтые пятна, листья выглядят морщинистыми.При концентрации 10 ПДК всхожесть составила всего 50 %, при этом высота растений, которые всё-таки взошли, составляет около четверти от высоты нормального растения, выращенного в чистой почве. Рисунок 12 – Зависимость роста горчицы от содержания сульфата железа в почве. По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.По графику видно, что практически концентрация железа не влияет на рост горчицы. Интересно, что при 3 ПДК и при 10 ПДК результаты получились практически одинаковыми, но в последнем случае 2 образца не взошли. Итоговый график с зависимостью роста горчицы от концентрации тяжёлых металлов в почве приведён на рисунке 13.Рисунок 13 – Зависимость роста горчицы от содержания тяжёлых металлов в почве (данные для 10 ПДК). По вертикальной оси – высота растения в миллиметрах, по горизонтальной – время в сутках.По графику видим, что наибольшее влияние на рост горчицы, как и в случае с кресс-салатом, оказывает свинец. Железо практически не влияет на рост горчицы, что, возможно, объясняется наличием двух форм – двухвалентной и трёхвалентной, содержание двухвалентного железа обычно менее сказывается на растениях, чем трёхвалентного.ЗАКЛЮЧЕНИЕПодводя итоги работы, можно сделать выводы о том, что тяжёлые металлы, безусловно, существенно влияют на рост и развитие растений. На примере горчицы и кресс-салата были изучены особенности взаимосвязи между ростом растений и концентрацией в почвах тяжёлых металлов.Изучив особенности развития горчицы и кресс-салата в загрязнённых почвах, можно сделать вывод о том, что горчица является менее представительным биоиндикатором, чем кресс-салат в силу того, что активно поглощает тяжёлые металлы без особенно сильного влияния на морфометрические показатели. Сравнивая между собой результаты загрязнения почв сульфатами тяжёлых металлов, можно говорить о том, что наиболее существенный ущерб жизнедеятельности растений наносят соединения свинца, наименее сильно влияние железа. Автор приносит благодарность научному руководителю за многочисленные консультации и помощь в подборе материала.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫБобра Т.В. Геоэкотоны в структуре ландшафтного пространства / Т.В. Бобра // Геополитика и экогеодинамика регионов. – Симферополь: ТНУ, 2008 — Т. 4 – Вып. 1-2. — С. 28-31.Бобра Т.В. Новые объекты ландшафтных исследований / Т.В. Бобра // Геополитика и экогеодинамика регионов. – Симферополь: ТНУ, 2009 — Т. 5 – Вып. 1 — С. 20-32.Будыко М. И. Глобальная экология., М., 1972. – 327 с.Гагина Н.В., Федорцова Т.А. Методы геоэкологических исследований: Минск: БГУ, 2002. – 98 с.Геоэкологические основы территориального проектирования и планирования / [отв. ред. В.С. Преображенский, Т.Д. Александрова]. – М.: Наука, 1989 – 114 с.Голубев Г.Н. Основы геоэкологии: учебник, 2-е, стер. – М.: Кнорус, 2013. — 352 с.Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе «почва – растение». – Изд-во «Наука» 1991, стр.148Константинов В.Н., Челидзе Ю.Б «Экологические основы природопользования»- М.: Академия, 2001.Наумов Ю. А. Экология.: Учеб.пособие/ Ю.А. Наумов. – Находка: Институт технологии и бизнеса, 2010. – 206.Национальный атлас России, том2. Природа и экология, М: ФГУП "ГОСГИСЦЕНТР", 2004, 495 с.Пасхина М.В., Климанова О.А., Колбовский Е.Ю. Морфотипы городской среды как объект геоэкологической оценки. Экология урбанизированных территорий. – 2013 - №2.Пианка Эрик. Эволюционная экология., М.: Мир, 1981. – 399 с.Растворова О.Г Физика почв (практическое руководство). – Изд-во Ленинградского ун-та, 1983, стр.193Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах / Сочава В. Б. – Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1978 – 319 с.Учебное пособие «Экология»- М.: Знание, 1999.Федотов В.И. Техногенные ландшафты: территория, региональные структуры, практика., Воронеж: Изд-во Воронеж. Ун-та, 1985. – 192 с.Церенова М.П., Музалевский А.А.К вопросу комплексной геоэкологической оценки урбанизированной территории в прибрежной зоне. Экологический и экономический аспекты//Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета, №38.Научно-теоретический журнал. С-Пб.: РГГМУ, 2015 – С. 189-201.Ямашкин А.А. География республики Мордовия: учебное пособие / А.А. Ямашкин, В.В. Руженков, Ал.А. Ямашкин – Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2004, 168 с.Электронные ресурсы:http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/environment/http://www.greenpeace.org/russia/ru/https://oc3.ru/portfolio/projects/the-project-quot-teaching-of-remote-sensing-quot/http://www.vsegei.ruhttp://www.ecologytarget.ru/tarec-199.htmlhttp://www.geogr.msu.ruhttp://dogend.ruhttp://web.snauka.ru