Защита состоится 12 ноября 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14, ауд. 212; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте (http://www.omgpu.ru) Омского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан 10 октября 2009 г.
Отзывы, заверенные печатью, можно отправлять по адресу: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.
Ученый секретарь
диссертационного совета Т. Ю. Колпакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последнее время проблемы охраны окружающей среды при освоении нефтегазовых месторождений приобретают особую остроту в связи с расширением масштабов и увеличением объемов добычи углеводородного сырья. Предприятия отраслей нефтяного энергетического комплекса оказывают значительное техногенное воздействие на окружающую среду. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источника загрязнения.
Западная Сибирь относится к числу регионов, в наибольшей степени пострадавших от различных экологических нарушений в период индустриализации и широкомасштабного вовлечения природных ресурсов страны в хозяйственный оборот. В результате строительства буровых установок и деятельности нефтедобывающих предприятий и объектов производственной инфраструктуры значительные площади лесных экосистем севера Омской области нарушены и постепенно теряют способность к самовосстановлению. Степень сохранения современных южно-таёжных лесных экосистем на нефтезагрязнённых территориях в этом случае во многом будет определяться успешностью прохождения лесовозобновительных процессов доминантных видов.
В соответствии с целями и задачами биогеоценологических исследований, по А. И. Уткину (1974), в районе наших исследований с особым вниманием следует проводить анализ лесовозобновительного процесса, так как это позволит выявить негативные изменения на более ранних стадиях развития лесных экосистем. Однако закономерности динамики экосистем в условиях нефтяного загрязнения в подзоне южной тайги Западной Сибири почти не изучены. По настоящее время ещё недостаточно изучены характер и степень влияния нефтяного загрязнения на древесные растения и почти не изучено воздействие сырой нефти на прорастание семян лесообразующих видов древесных растений как первостепенную основу естественного восстановления лесных экосистем в нефтезагрязнённых районах.
Литературные источники, содержащие сведения о характере влияния нефти на семена растений, немногочисленны и в значительной степени противоречивы. Одни авторы считают, что нефть не влияет на прорастание семян растений (Blankenship, Larson, 1978), тогда как по наблюдениям других исследователей нефть, а именно нефтяное ростовое вещество (НРВ), оказывает благоприятное влияние на прорастание семян и рост проростков (Гюльхамедова, 1956; Данилова, 1967, 1972; Комиссаров, 1962, Седых, Тараканов, 2001, 2004). В экспериментах большинства исследователей (Абдуев, Аскеров, 1979; Алиев и др., 1981; Гайнутдинов и др., 1979, 1982; Гусейнов, Гвозденко, 1973; Митчелл, 1979; Невзоров, 1976; Седых, 1996) прорастание семян резко падало при воздействии нефти.
Однако эти данные не дают достаточных оснований для заключения о полном положительном или отрицательном влиянии сырой нефти на семена растений. В связи с этим возникла необходимость изучения влияния сырой нефти на всхожесть семян древесных видов растений, а также установления особенностей их реакции на нефтяное загрязнение и отбора среди них наиболее перспективных для рекультивации нефтезагрязнённых территорий.
Цель исследования: выявить закономерности влияния сырой нефти на рост и развитие древесных растений в фазе прорастания семян в лабораторных условиях для прогнозирования лесовозобновительного процесса.
Задачи исследования:
1. Выявить воздействие сырой нефти на всхожесть семян хвойных древесных растений в условиях лабораторного проращивания.
2. Изучить динамику роста проростков исследуемых видов древесных растений в зависимости от концентраций нефти.
3. Установить предельно допустимые дозы нефти на основные лесообразующие виды древесных растений в фазе прорастания семян.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования:
1. Впервые исследовано влияние сырой нефти в наиболее уязвимый период жизни хвойных древесных растений – на стадии прорастания семян.
2. Выявлены предельно допустимые концентрации сырой нефти для основных лесообразующих видов древесных растений в фазе проростков. Полученные результаты позволяют дополнить эколого-биологическую характеристику изученных видов древесных растений данными по их устойчивости и являются основой для создания нормативной базы по контролю нефтяного загрязнения в лесных экосистемах.
Практическая значимость работы.
Практические рекомендации по использованию материалов исследования для организации мониторинга состояния природной среды представлены в Бюджетное учреждение Омской области «Омское управление лесами» («Омсклес»).
Материалы исследования используются в преподавании экологических дисциплин (экология, геоэкология и основы рационального природопользования, прикладная экология, экологический мониторинг, методы экологических исследований) на химико-биологическом, географическом факультетах Омского государственного педагогического университета и легли в основу методического пособия «Полевой практикум по экологическим и естественно-научным дисциплинам» (2008).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Концентрации нефти более 1,0 мг/л снижают всхожесть семян и угнетают рост проростков исследованных видов древесных растений: сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica L.) и ели сибирской (Picea obovata L.).
2. Динамика прорастания семян и роста проростков исследованных видов древесных растений от концентрации нефти имеет обратную, прямую зависимость.
Оценка личного вклада. Исследования выполнены автором самостоятельно.
Апробация результатов исследований. Материалы основных результатов исследований по теме диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2006, 2008); на V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах» (Новосибирск, 2008); на региональных научно-практических конференциях (Тара, 2005; Омск, 2009).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 16 работ, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций и приложений. Изложена на 117 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц, 15 рисунков и 6 приложений. Список литературы содержит 221 название, в том числе 24 иностранные.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности изучения нефтяного загрязнения как источника экологических проблем окружающей среды на современном этапе развития общества. Отмечена необходимость более детального изучения нефтяного загрязнения в наиболее уязвимый период жизни древесных растений – на стадии прорастания семян. Сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрена практическая значимость полученных результатов.
Методика и объекты исследования.
Объектом исследования являлись семена доминантных видов лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области: ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской. Выбор видов древесных растений проводился с учетом их участия в составе лесов подзоны южной тайги.
Для закладки опыта были использованы семена ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской, собранные в январе-феврале 2007 и 2008 гг. в Тарском районе (северо-восток Омской области), в древостоях, расположенных на территории Западно-Крапивинского нефтяного месторождения.
В работе была использована сырая нефть с Западно-Крапивинского месторождения, относящаяся к легким нефтям (бензиновые, керосиновые фракции составляют 50–55 %) и имеющая по составу низкое содержание гетеросоединений, серы (0,05–0,37 %), парафина (3–4 %), смол (8–9 %), и удельный вес 0,85 г/см.
В экспериментах использовалась сырая нефть в концентрациях (мг/л): I – контроль; II – 0,01; III – 0,05; IV – 0,10; V – 1,00; VI – 5,00; VII – 10,00; VIII – 15,00; IX – 20,00; X – 25,00; XI – 30,00; XII – 35,00; XIII – 40,00. Для разбавления и в качестве контроля использовалась отстоянная водопроводная вода.
Лабораторные опыты для определения всхожести семян проводились в трехкратной повторности по 100 штук семян в каждой, с раскладкой на фильтровальной бумаге в чашках Петри с закрытыми крышками, в соответствии с ГОСТ 13056.6–97.
Перед закладкой опытов проводилось замачивание семян хвойных видов древесных растений в течение суток в водопроводной воде при комнатной температуре (20 °С). Продолжительность опытов для всех видов древесных растений составляла 15 суток, в течение которых во все чашки Петри добавлялась сырая нефть концентрацией, соответствующей вариантам опыта. При определении всхожести семян в лабораторных опытах проводился подсчет доли проросших семян от общего числа здоровых семян, разложенных на фильтровальной бумаге. Проросшими считали семена, которые дали корешки размерами более 1 мм. В целях изучения устойчивости прорастания семян к нефтяному загрязнению проводилась оценка интенсивности роста проростков по их корешку. Прорастающие семена объединялись в группы по дням прорастания для изучения динамики роста их корешков.
Всего было высеяно и обмерено около 11,7 тыс. проростков хвойных видов древесных растений. Динамика роста проростков изучалась путём ежедневного замера длины их корешков. Цитологический анализ клеток меристемы корешка проростков сосны проводился по методике, модифицированной применительно к хвойным видам древесных растений (Правдин и др., 1972; Буторина, Калаев, Вострикова, Мягкова, 2000; Калашник, 2008).
Результаты исследований были обработаны стандартными методами вариационной статистики, корреляционного, регрессионного и дисперсионного однофакторного анализов с использованием пакета Statistica. Сравнение вариантов опыта проводилось по критериям Стьюдента и Фишера.
Экологические особенности видов древесных растений лесных экосистем подзоны южной тайги Омской области.
Рассмотрены общие сведения о растительном покрове района нефтедобычи. Анализируется эколого-биологическая характеристика доминантных видов древесных растений лесных экосистем подзоны южной тайги Западной Сибири в пределах Омской области: ели сибирской, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской по комплексу свойств (анатомо-морфологических, цитологических, физиологических и биохимических признаков) и их роли в лесных биогеоценозах. По данным лесоустроительных материалов А. И. Григорьевым с соавторами (2005) выявлено, что за вторую половину XX в. увеличение площади темнохвойных лесов произошло за счет еловых и пихтовых насаждений; доля их участия в структуре древостоев данной группы лесов к концу рассматриваемого периода составила 49 %. За этот же период площадь лиственничников возросла в 2,3 раза. Лесные экосистемы с преобладанием хвойных видов древесных растений в подзоне южной тайги Омской области занимают 36,81 % от общей площади лесов.
Эколого-физиологические особенности прорастания семян.
Особое место в экологических исследованиях древесных растений занимает оценка качества семян, которое рассматривается как показатель потенциальных возможностей семенного возобновления. Этот показатель использован нами как критерий в адаптации и устойчивости видов в условиях нефтяного загрязнения. Для прорастания семян древесных растений наряду с этим важными являются наследственные свойства семян, от которых зависит успешность естественного семенного возобновления в лесных биогеоценозах.
Таким образом, всхожесть семян и скорость их прорастания являются диагностическими критериями для оценки их качества, а также могут служить прямыми показателями экологических условий их прорастания.
Влияние нефтяного загрязнения на природную среду.
В представленной главе по литературным данным рассматриваются основные научные направления исследований по влиянию нефтяного загрязнения на природную среду (водные и болотные экосистемы, почвенный покров, травянистые и древесные растения), а также на семена.
Влияние нефти на всхожесть семян хвойных видов древесных растений.
