Введение к работе
Актуальность проблемы
Среди современных проблем человечества в последние десятилетия особое внимание уделяется состоянию окружающей среды. Значительную роль в загрязнении биосферы играют нефть и нефтепродукты, поэтому изучению различных аспектов проблемы нефтяного загрязнения уделяется большое внимание (Киреева и др., 2004). Загрязнение почв нефтью вызывает нарушения динамического равновесия в экосистеме вследствие изменения структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также токсического действия на живые организмы (Пиковский и др., 2003). Опасность нефтяного загрязнения связана с высокой чувствительностью к нему высших растений, притом, что они занимают ключевое положение практически во всех наземных экосистемах, определяя существование и состав остальных биологических компонентов биогеоценозов. Попадая в почву, нефть из-за медленной скорости деструкции тяжелых нефтяных фракций оказывает на растения длительное воздействие, достигающее в случае сильного загрязнения 10-20 лет и более (Шилова, 1977; Демиденко, Демурджан, 1988; Габбасова и др., 2002). Однако основное количество работ посвящено изучению влияния на растения нефтяных загрязнений с небольшим, не превышающим 3-5 лет, сроком. Данные о растениях, произрастающих на почвах с более длительными сроками загрязнения нефтью, очень немногочисленны. В условиях длительного нефтяного загрязнения остаются не изученными морфологические особенности растений и уровень их генетического разнообразия, который является основой устойчивости воспроизводства природных экосистем.
Цель исследования - экспериментальная оценка влияния нефтяного загрязнения разной давности на растительный покров, морфологические особенности и уровень генетического разнообразия доминирующих в луговых сообществах травянистых видов растений в условиях подзоны южной тайги Пермского Предуралья.
Для достижения цели были поставлены следующие основные задачи:
1. Провести мониторинг формирования растительного покрова
нефтезагрязненных площадок с разным сроком внесения нефти в почву.
2. Исследовать влияние нефтяного загрязнения почв на морфологические
особенности луговых растений Роа pratensis L. через шесть и девять лет и
Trifolium pretense L. через шесть, девять и двадцать лет после загрязнения.
-
Выявить эффективные морфологические показатели для оценки влияния нефтяного загрязнения почв на растения на примере P. pratensis и Т. pratense.
-
Изучить генетическое разнообразие P.pratensis на нефтезагрязненных площадках через шесть и девять лет после начала эксперимента.
-
Дать комплексную оценку формирования растительного покрова, морфологических и генетических характеристик P.pratensis и Т.pratense в условиях разных сроков загрязнения почв нефтью.
Положения, выносимые на защиту
-
Нефтяное загрязнение почв приводит к снижению общего проективного покрытия и общей наземной биомассы растений, которые не восстанавливаются полностью в течение 20-ти лет, замедляет восстановление растительного покрова на нефтезагрязненных площадках в условиях подзоны южной тайги Пермского Предуралья.
-
В условиях загрязнения в разные сроки почв нефтью у доминирующих в луговых сообществах видов растений P. pratensis и Т. pratense снижены значения морфологических показателей, такие как длина центральных метамеров и длина побега.
-
Уровень флуктуирующей асимметрии длины боковых листочков тройчато сложного листа Т. pratense является эффективным при изучении стабильности развития растений на изученной почве при нефтяном загрязнении шестилетней давности.
-
Длительное нефтяное загрязнение почв приводит к снижению генетического разнообразия доминирующего в растительных сообществах вида P. pratensis.
Научная новизна полученных результатов
Впервые в условиях нефтяного загрязнения почв изучен механизі восстановления растительного покрова на площадках разных сроков загрязнени (от 1-го до 20-ти лет). Впервые для выявления влияния загрязнения почв нефты на растения использован анализ флуктуирующей асимметрии тройчато сложног листа модельного вида Т. pratense из семейства Fabaceae. На площадках разны сроков загрязнения определены основные морфологические параметрі доминирующих в луговых сообществах видов растений. Впервые на пример модельного вида растений, доминирующего в травянистом ярусе P.pratensis і семейства Роасеае, показано, что длительное нефтяное загрязнение приводит снижению генетического разнообразия. Впервые анализ формирован! растительного покрова нефтезагрязненных площадок проведен в комплексе
определением морфологических особенностей и генетического разнообразия доминирующих в луговых сообществах видов растений.
Практическая значимость и реализация результатов исследований
Результаты исследования вносят существенный вклад в изучение влияния нефтяных загрязнений на растительные сообщества. Научные выводы работы и рекомендации могут быть использованы для мониторинга нефтезагрязненных экосистем. Анализ флуктуирующей асимметрии рекомендуется для оценки стабильности развития растений при антропогенных воздействиях. Молекулярно-генетический анализ может быть использован для выявления генетической компоненты биоразнообразия, механизмов функционирования и поддержания устойчивости экосистем. Разработанная и апробированная методика комплексной оценки формирования растительного покрова, морфологических особенностей и генетического разнообразия растений на нефтезагрязненных площадках рекомендуется в дальнейшем для выявления влияния на растения нефтяных загрязнений разной длительности и в разных регионах страны. Результаты исследований используются при преподавании учебных дисциплин и специальных курсов студентам на кафедре почвоведения ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет» и на кафедре экологии ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет», что подтверждено актами внедрения результатов исследований в учебный процесс.
Связь работы с научными программами
Диссертационная работа выполнялась в ходе подготовки и реализации ПГУ приоритетного инновационного национального проекта «Образование». Исследования проводились в связи с тематикой гранта РФФИр_урал_а № 07-04-96016 «Влияние нефтяных загрязнений почв на популяции микроорганизмов и растений Пермского края» (2007-2009 гг.), а также гранта РФФИр_урал_а № 07-04-96032 «Динамика генетического разнообразия и структуры популяционных систем ресурсных растений Пермского края при антропогенных воздействиях» (2007-2009 гг.).
Личный вклад автора состоит в выборе объектов, разработке программы, проведении полевых и лабораторных исследований, а также в обработке, анализе и обобщении результатов, подготовке публикаций. Автор лично провел геоботанические описания, определение морфометрических показателей растений, их молекулярно-генетический анализ, дал комплексную оценку формирования растительного покрова, морфологических и генетических особенностей растений
на нефтезагрязненных и контрольных площадках, а также написал и оформил текст диссертации и автореферата.
Апробация работы
Материалы исследований представлены на Всероссийском молодежном научном симпозиуме «Безопасность биосферы - 2005» (Екатеринбург, 2005), на Первой Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2005), на Шестой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Пермь, 2007), на Первой Международной телеконференции «Фундаментальные медико-биологические науки и практическое здравоохранение» (Томск, 2010), на Общероссийской научной конференции «Актуальные проблемы науки и образования» (Красноярск, 2010), на III Всероссийской научно-практической конференции «Биологические системы: устойчивость, принципы и механизмы функционирования» (Нижний Тагил, 2010).
Публикации
Диссертантом по теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в их числе три статьи в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАК, три статьи в материалах сборников и четыре научных работы в материалах конференций.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав - обзор проблемы, материалы и методы исследований, четырех глав результатов и их обсуждения, выводов. Список литературы включает 147 источников, в том числе 104 публикации отечественных авторов и 43 публикации иностранных авторов. Диссертационная работа изложена на 118 машинописных страницах, из которых 98 страниц основного текста и 20 страниц приложений, содержит 25 таблиц, 20 рисунков, приложения.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю к.б.н., с.н.с. Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, доценту ПГУ Назарову А.В.; зав. НИЛ «Молекулярной биологии и генетики» ЕНИ ПГУ д.б.н., проф. ПГУ Боронниковой СВ.; д.б.н., проф. ПП Мандрице С.А., н.с. НИЛ «Молекулярной биологии и генетики» ЕНИ ПП Светлаковой Т.Н. и всем соавторам по публикациям.
