Влияние техногенной среды на жизнедеятельность сельскохозяйственных растений в промышленном регионе

Influence of the technological environment on lifetime of agricultural plants in the industrial region

Капранова Г.В. Арушанян С.К. Капранов С.В.

04.06.2017 1349

№ 6 (36)

35. Биогеохимия

Цитировать:

Капранова Г.В., Арушанян С.К., Капранов С.В. Влияние техногенной среды на жизнедеятельность сельскохозяйственных растений в промышленном регионе // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2017. № 6 (36). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/4816 (дата обращения: 25.11.2024).

Прочитать статью:

Keywords: technogenic environment, soil, agricultural plants

АННОТАЦИЯ

Изучено влияние техногенной среды на жизнедеятельность сельскохозяйственных растений в промышленном регионе с последующей разработкой рекомендаций по ослаблению вредного воздействия ксенобиотиков на флору.

Значительное влияние на жизнедеятельность различных видов растений оказывает качество почвы, состояние которой зависит от многих природных и техногенных условий. Установлено увеличение содержания вредных техногенных веществ в почве по мере приближения к металлургическому и коксохимическому производствам. Это обусловлено более высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха вредными примесями в районах размещения предприятий.

Рассмотрены вопросы влияния озона на всхожесть и размеры выращиваемых растений.

ABSTRACT

The influence of the technogenic environment on the vital activity of agricultural plants in the industrial region was studied, followed by the development of recommendations on mitigating the harmful effects of xenobiotics on the flora.

A significant influence on the vital activity of various plant species is the quality of the soil, the condition of which depends on many natural and technological conditions. An increase in the content of harmful man-made substances in the soil as it approaches metallurgical and coke-chemical industries is established. This is due to higher levels of air pollution by harmful impurities in the areas where companies are located.

The questions of the effect of ozone on the germination capacity and the size of the grown plants are considered.

В индустриальных регионах промышленные предприятия являются главными источниками техногенного влияния на окружающую среду: атмосферный воздух, водные объекты, почву, что отражается на жизнедеятельности флоры и фауны.

Установлено, что значительное влияние на жизнедеятельность различных видов растений оказывает качество почвы, состояние которой находится в зависимости от многих природных и техногенных условий.

Почва – это верхний рыхлый слой земной коры, образованный в условиях длительного контакта атмосферы, литосферы и гидросферы под воздействием физических, химических и биологических процессов. Особенно велика роль в образовании почвы различных организмов, способствующих развитию основного свойства почвы – плодородия.

Под плодородием следует понимать способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, и на этой основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных культур, а также биологическую продуктивность диких форм растительности. Различают естественное и искусственное плодородие [6, с. ???].

Почва занимает промежуточное положение между неорганической природой и миром живых организмов (флорой и фауной). В то же время, почва является важнейшим звеном миграции химических веществ на планете. При этом в процесс миграции включаются вещества природного и антропогенного (техногенного) происхождения [1].

Загрязнение почвы различными вредными веществами техногенного происхождения отрицательно влияет на жизнедеятельность, произрастающих на почве, растений. Особенно вредное влияние на почву и произрастающие на ней растения оказывают компоненты выбросов предприятий черной металлургии и коксохимии. Установлено увеличение содержания вредных техногенных веществ в почве по мере приближения к металлургическому и коксохимическому производствам, что обусловлено в первую очередь более высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха этими веществами в районах размещения указанных объектов [2].

В результате исследований, проведенных в г. Алчевске, установлено уменьшение размеров (длина и ширина), а, следовательно, и площади листовых пластин древесных пород растений и кустарников по мере приближения к предприятиям черной металлургии и коксохимии, что свидетельствует об отрицательном влиянии ксенобиотиков на жизнедеятельность растений. При этом в наибольшей степени это влияние отражается на деревьях и кустарниках, произрастающих на удалении до 1 км от указанных производств [5].

Также были получены данные о том, что комплекс основных компонентов выбросов предприятий черной металлургии при их совместном присутствии в атмосферном воздухе угнетает жизнедеятельность древесных пород растений, что проявляется в снижении удельного веса зеленых, увеличении процента желтых листовых пластин [3; 4].

В то же время, представляет значительный научный и практический интерес оценка влияния ксенобиотиков металлургического и коксохимического производств на рост и развитие растений, используемых в сельском хозяйстве.

Целью работы явилось изучение влияния техногенной среды на жизнедеятельность сельскохозяйственных растений в регионе с крупными производствами черной металлургии с последующей разработкой рекомендаций по ослаблению вредного влияния ксенобиотиков на флору.

Объекты и методы исследования.

Исследования выполнены в г. Алчевске с крупными производствами черной металлургии и коксохимии. Главными промышленными предприятиями в городе являются ПАО «Алчевский металлургический комбинат» с полным металлургическим циклом и ПАО «Алчевсккокс».

Основными компонентами выбросов в атмосферу от указанных производств являются 6 загрязнителей: взвешенные вещества (пыль), окись углерода (CO), двуокись азота (NO₂), сернистый ангидрид (SO₂), сероводород (H₂S) и фенол (C₆H₅OH). Кроме того, в составе пыли в атмосферу, а, следовательно, затем и в почву попадают различные тяжелые металлы (ТМ): железо, марганец, магний, хром, никель, кадмий, кобальт, хром и другие.

Изучено влияние депрессивной техногенной экологической среды на всхожесть и развитие трех видов сельскохозяйственных культур: гороха посевного (Pisum sativum), ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare) и салата листового (Lactuca sativa).

С этой целью осуществлен отбор проб почвы на трех участках, расположенных на различных расстояниях от стационарных промышленных источников выбросов вредных веществ в атмосферу: 1-й участок – 300 м, 2-й – 1500 м и 3-й – 5000 м. При этом первый участок находится в санитарно-защитной зоне (СЗЗ) предприятий черной металлургии и коксохимии. Для унификации результатов исследований отобранные породы почвы были одинаковыми на всех участках. Согласно результатам лабораторных исследований атмосферного воздуха, выполненных ГУ «Алчевская городская санитарно-эпидемиологическая станция Луганской области» (СЭС) и Лабораторией наблюдения загрязнения атмосферы (ЛНЗа) Центральной геофизической обсерватории (ЦГО) за многолетний период, уровень загрязнения атмосферного воздуха и почвы вредными веществами уменьшался по мере удаления точек отбора от промышленных предприятий.

В каждой зоне пробы почвы отбирались методом «конверта» в 5 точках с расстоянием 3- 5 м между ними. Пробы, отобранные в каждой точке, тщательно перемешивались для получения однородной общей пробы в пределах каждого участка.

Отобранная на каждом из участков почва была помещена в 18 пластиковых стаканчиков, в которые посажены горох (8 стаканчиков по 3 семени), ячмень (5 стаканчиков по 5 семян) и салат (5 стаканчиков по 5 семян). Посадка всех семян проведена в одно и то же время. Все стаканчики были помещены в беседке и находились при температуре 17-20° С с равным доступом естественного света. Полив растений проводился 1 раз вдвое суток в одно и то же время равным количеством отстоянной водопроводной воды. Ежедневно в 16:00 фиксировали количество взошедших растений. Также за весь период проведения эксперимента трижды (на 10, 15 и 20 дни) выполнялись замеры среднего размера (высоты) растений в каждом стаканчике. На 20 день проведения опыта растения были очищены от почвы и проведено их контрольное взвешивание на аналитических весах в лаборатории Алчевской городской санитарно-эпидемиологической станции.

На заключительном этапе работы выполнена сравнительная оценка жизнедеятельности растений при условии их орошения (полива) водопроводной водой после обработки озоном (озонирования) – опыт и обычной водой – контроль. Для проведения этого эксперимента был использован цифровой многофункциональный озонатор типа LF-V7 компании «Тайда Ишен» (Китай). На указанный озонатор экспертной комиссией государственной санитарно-эпидемиологической службой МОЗ Украины выдано соответствующее заключение, разрешающее применение этого технического средства в нашей стране.

Водопроводную воду (объем 2 л) обрабатывали озоном в течении 10 минут бытовым озонатором. Полив растений из опытной группы озонированной водой и контрольной группы обычной водой осуществлялся 1 раз в 2 дня в 16:00 по 30 мл в каждый стаканчик.

Выполнен расчет средней длины и массы каждого растения отдельно для каждого участка отобранной почвы с вычислением М±m и d. Сравнение результатов исследований проведено с использованием t критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение.

Согласно результатам исследований, среднее количество растений, взошедших в пробах почвы, отобранных на различных расстояниях от промышленных источников загрязнения, не зависит от того, на каком расстоянии от промышленных предприятий были отобраны эти пробы. Таким образом, не доказано влияние находящихся в почве вредных примесей, являющихся компонентами выбросов предприятий черной металлургии и коксохимии, на степень всхожести растений. Полученные данные в табл. 1.

Таблица 1.

Среднее количество сельскохозяйственных растений, взошедших в пробах почвы, отобранных на различных расстояниях от предприятий черной металлургии и коксохимии, шт. (М±m)

Дни*	Среднее количество растений на расстояниях от предприятий (М±m)			t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Дни*	300 м	1500 м	5000 м	t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Горох посевной
5	0,625±0,263	0,125±0,125	0	1,72; > 0,05	2,38; < 0,02	1,00 > 0,05
10	2,375±0,324	1,750±0,366	1,875±0,350	1,28; > 0,05	1,04; > 0,05	3,35; < 0,001
15	2,500±0,189	1,875±0,398	2,125±0,350	1,42; > 0,05	0,94; > 0,05	0,47; > 0,05
Ячмень обыкновенный
5	2,000±0,707	3,400±0,510	1,600±0,400	1,61; > 0,05	0,49; > 0,05	2,77; < 0,01
10	4,600±0,245	4,600±0,245	4,200±0,374	0; > 0,05	0,89; > 0,05	0,89; > 0,05
15	4,600±0,245	4,600±0,245	4,200±0,374	0; > 0,05	0,89; > 0,05	0,89; > 0,05
Салат листовой
5	0	0	0	0; > 0,05	0; > 0,05	0; > 0,05
10	0,400±0,245	1,000±0,548	1,200±0,374	1,00; > 0,05	1,29; > 0,05	0,3; > 0,05
15	0,400±0,245	1,000±0,548	1,200±0,374	1,00; > 0,05	1,29; > 0,05	0,3; > 0,05

Примечание: * - дни указаны с момента посадки растений.

Также выполнена оценка величины растений, выращенных в пробах почвы, отобранных на удалении 300 м, 1500 м и 5000 м от промышленных предприятий. Данные в табл. 2.

Таблица 2.

Средние размеры сельскохозяйственных растений, выращенных в пробах почвы, отобранных на различных расстояниях от предприятий черной металлургии и коксохимии, см (М±m)

Дни*	Средние размеры (см) растений на расстояниях от предприятий (М±m)			t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Дни*	300 м	1500 м	5000 м	t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Горох посевной
10	5,625±0,424	8,525±1,384	4,113±0,947	2; < 0,05	5,83; < 0,001	2,63 < 0,01
15	9,013±0,693	13,913±2,137	13,075±1,317	2,18; < 0,05	5,11; < 0,001	0,33; > 0,05
20	13,6±0,554	19,325±2,883	18,338±1,471	3,39; < 0,001	3,01; < 0,01	0,31; > 0,05
Ячмень обыкновенный
10	9,040±0,304	13,460±0,774	11,860±0,985	5,33; < 0,001	2,74; < 0,01	1,28; > 0,05
15	10,240±0,277	16,140±0,730	14,380±0,911	7,56; < 0,001	4,35; < 0,001	1,51; > 0,05
20	13,140±0,888	18,880±0,892	17,260±1,233	4,56; < 0,001	2,71; < 0,01	1,07; > 0,05
Салат листовой
10	0,340±0,223	0,640±0,191	1,200±0,164	1,02; > 0,05	3,11; < 0,01	2,24; < 0,02
15	0,460±0,286	1,040±0,186	1,820±0,183	1,71; > 0,05	0,98; > 0,05	3; < 0,01
20	0,560±0,344	1,920±0.481	3,100±0,550	2,31; < 0,05	3,92; < 0,001	1,62; > 0,05

Примечание: *– дни указаны с момента посадки растений.

Согласно результатам проведенных исследований, средние размеры гороха посевного, ячменя обыкновенного и салата листового возрастают по мере удаления участков отбора почвы от ПАО «Алчевский металлургический комбинат» и ПАО «Алчевсккокс». Выявленные различия между показателями в различных зонах статистически достоверны (р от < 0,05 до < 0,001). В наибольшей степени эти различия на 10, 15 и 20 дни с момента посадки растений выявлены для салата листового.

Результаты оценки массы растений, выращенных в пробах почвы, отобранных на различном удалении от предприятий приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Средняя масса сельскохозяйственных растений, выращенных в пробах почвы, отобранных на различных на расстояниях от предприятий черной металлургии и коксохимии, мг (М±m)

Дни*	Средняя масса (мг) растений на расстояниях от предприятий (М±m)			t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Дни*	300 м	1500 м	5000 м	t/р_{1, 2}	t/р_{1, 3}	t/р_{2, 3}
Горох посевной
20	109,2±14,6	147,4±15,38	154,1±13,7	1,8; > 0,05	2,25; < 0,05	0,32 > 0,05
Ячмень обыкновенный
20	137,0±15,1	148,4±17,74	176,3±12,5	0,49; > 0,05	2,00; < 0,05	1,29; > 0,05
Салат листовой
20	25,78±5,3	30,4±9,1	42,1±4,2	0,43; > 0,05	2,41; < 0,02	1,17; > 0,05

Примечание: * – дни указаны с момента посадки растений.

Установлено, что средняя масса использованных в работе сельскохозяйственных растений возрастает по мере удаления участков отбора почвы от предприятий черной металлургии и коксохимии. Выявленные различия между показателями в первой ( 300 м) и третьей ( 5000 м) зонах статистически достоверны и составляют для гороха посевного и ячменя обыкновенного – р < 0,05, а для салата листового, соответственно, – р < 0,02.

Полученные данные указывают на то, что содержащиеся в почве водорастворимые фракции промышленных ксенобиотиков металлургического и коксохимического производств приводят к снижению размеров, а следовательно, урожайности сельскохозяйственных культур.

С целью ослабления вредного влияния на растения загрязнителей окружающей среды специалистами разработаны рекомендации, предусматривающие: внедрение на предприятиях черной металлургии и коксохимии комплекса мероприятий, обеспечивающих существенное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу (что приведет к уменьшению содержания в почве определенных ксенобиотиков); организацию санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятий с озеленением ее газоустойчивыми зелеными насаждениями соответствующей высоты и ажурности с целью обеспечения улавливания части вредных веществ, выбрасываемых в воздух стационарными источниками; исключение выращивания сельскохозяйственных растений на расстоянии до 3 км от металлургического и коксохимического производств и т. д.

Нами выполнена оценка влияния на функционирование растений водопроводной воды после обработки ее озоном с целью решения вопроса о возможности использования указанного средства для повышения жизнедеятельности флоры в условиях высокой техногенной нагрузки. Полученные данные в табл. 4–5.

Таблица 4.

Среднее количество сельскохозяйственных растений, взошедших в пробах почвы, орошаемых водой, обработанной озоном (опыт) и обычной водой (контроль), шт. (М±m)

Время с момента посадки	Среднее количество растений, орошаемых водой:				t/p
	без озонирования		После озонирования
	М±m	d	М±m	d
Горох посевной
5	0,00±0,000	0	0,250±0,250	0,707	1.00; > 0,05
10	0,625±0,263	0,744	1,750±0,412	1,165	2,3; < 0,05
Ячмень обыкновенный
5	1,380±0,756	1,76	1,400±0,748	1,673	0,02; > 0,05
10	4,400±0,400	0,894	4,600±0,245	0,548	0,19; > 0,05
Салат листовой
5	0,000±0,000	0,000	0,600±0,245	0,548	2,45; < 0,02
10	1,800±0,663	1,483	3,200±0,490	1,095	1,71; > 0,05

Установлено, что среднее количество растений, взошедших в пробах почвы, орошаемых озонированной водой, выше по сравнению с количеством этих видов растений, для полива которых использовали обычную водопроводную воду. Указанные различия статистически достоверны для гороха посевного – р < 0,05 и салата листового – р < 0,02.

Таблица 5.

Средние размеры сельскохозяйственных растений, выращенных в пробах почвы, орошаемых водой, обработанной озоном (опыт) и обычной водой (контроль), см (М±m)

Время с момента посадки	Средние размеры (см) растений, орошаемых водой:				t/p
	без озонирования		после озонирования
	М±m	d	М±m	d
Горох посевной
10	2,300±1,152	3,257	6,413±1,398	3,954	2,27; < 0,05
15	4,834±2,502	7,078	13,825±3,196	9,039	2,22; < 0,05
20	5,325±2,790	7,891	16,163±3,697	10,456	2,34; < 0,02
Ячмень обыкновенный
10	14,120±0,588	1,314	13,900±0,518	1,158	0,28; > 0,05
15	17,960±0,650	1,454	19,340±0,336	0,750	1,89; > 0,05
20	21,860±1,078	2,411	20,360±2,028	4,534	0,65; > 0,05
Салат листовой
10	0,940±0,294	0,658	1,640±0,258	0,577	1,79; > 0,05
15	1,800±0,534	1,194	3,220±0,332	0,743	2,29; < 0,05
20	3,900±1,213	2,712	4,660±0,258	0,577	0,61; > 0,05

Согласно полученным данным, средние размеры растений, выращенных в пробах почвы, которые орошали озонированной водой, выше, чем аналогичных видов растений, выращенных на почве, орошаемой обычной водопроводной водой. Указанные различия статистически достоверны для гороха посевного – р от < 0,05 до < 0,02 и салата листового – р < 0,05.

Таким образом, применение для орошения сельскохозяйственных культур воды, предварительно обработанной озоном, способствует увеличению всхожести и размеров выращиваемых растений. По нашему мнению, это обусловлено фактом обогащения воды кислородом, что стимулирует жизнедеятельность растений. В то же время, различные виды растений неодинаково чувствительны к воздействию озона, растворенного в воде. С теоретической и практической точек зрения целесообразно продолжить исследования влияния озонированной воды на жизнедеятельность сельскохозяйственных, а также декоративных культур.

Выводы:

Средние размеры и масса гороха посевного, ячменя обыкновенного и салата листового возрастают по мере удаления участков отбора почвы от крупных предприятий черной металлургии и коксохимии. Это свидетельствует о том, что содержащиеся в почве водорастворимые фракции промышленных ксенобиотиков металлургического и коксохимического производств снижают размеры, а следовательно, урожайность сельскохозяйственных культур.
Количество растений, взошедших в пробах почвы, орошаемых озонированной водой, выше, чем этих же видов растений, для полива которых использовали обычную водопроводную воду. Средние размеры растений, выращенных в пробах почвы, которые орошали озонированной водой, также достоверно выше, чем аналогичных видов растений, орошаемых обычной водопроводной водой. Это свидетельствует о стимулирующем действии растворенного в воде озона на жизнедеятельность сельскохозяйственных растений.

Рекомендации

Обеспечить внедрение на промышленных предприятиях (особенно, черной металлургии и коксохимии) комплекса мероприятий, предусматривающих существенное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, что приведет к уменьшению содержания в почве ксенобиотиков и предотвращению их влияния на жизнедеятельность растений.
Исключить выращивание сельскохозяйственных растений на расстоянии до 3 км (но особенно до 1 км) от металлургического и коксохимического производств.
Осуществить организацию санитарно-защитной зон (СЗЗ) предпри–ятий, особенно черной металлургии и коксохимии с озеленением их газоустойчивыми зелеными насаждениями соответствующей высоты и ажурности с целью обеспечения улавливания части вредных веществ, выбрасываемых в воздух стационарными источниками.
Для успешного озеленения территорий промышленных предприятий, а также СЗЗ и прилегающих к ним районов, использовать почву, привезенную из более экологически благополучных мест.
С целью ослабления вредного влияния ксенобиотиков на флору для сохранения декоративных растений в промышленных регионах и повышения урожайности сельскохозяйственных культур использовать орошение почвы водой, предварительно обработанной озоном. Путем проведения необходимых исследований разработать рекомендации по применению озонированной воды с целью повышения жизнедеятельности различных растений.

Список литературы:

1. Капранов С.В. Почва, отходы и здоровье человека / С. В. Капранов, В.М. Шулика. – Луганск: Янтарь, 2010. – 488 с.
2. Капранов С.В. Растения в ноосфере и здоровье населения / С.В. Капранов, Г.В. Капранова, Л.А. Пенская. – Луганск: Янтарь, 2008. –256 с.
3. Капранов С. В. Влияние атмосферных загрязнений на физиологические свойства растений в городе с металлургической и коксохимической промышленностью // Актуальные проблемы гигиены и эпидемиологии в Луганской области: Материалы 40-й юбилейной объединенной научно-практической конференции гигиенистов и эпидемиологов: Сб. научн. тр. – Луганск, 1998. – С. 76 –79.
4. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. – М.: Мысль, 1990. – 637 с.
5. Висновок державної санітарно-епідеміологічної експертизи від 01.08.2008 р. №05.03.02.03/48945, затв. Заступником головного державного санітарного лікаря України М.А. Ситенко.
6. Гончарук С.Г. Комунальна гігієна / Гончарук С.Г., Бардов В.Г., Гаркавий С.Г. та ін.. – К. Здоров'я, 2003. – 728 с.
7. Капранова Г.В., Капранов С.В. Вплив забруднювачів атмосферного повітря на життєдіяльність деревних порід рослин у місті з великим виробництвом чорної металургії та коксохімії // «Зелена» економіка: перспективи впровадження в Україні: матеріали Міжнародної конференції (Київ, 24-25 квітня 2012 р.); Формування національної політики збалансованого виробництва і споживання: спільні дії влади, бізнесу і громадськості: Матеріали Бізнес-форуму (Київ, 26 квітня 2012 р.): у 3 т. – К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2012. – Т. 2. – С. 175-179.

Информация об авторах