Дипломная работа на тему "Продукционный процесс и фиторемедиационный потенциал сортов ярового и озимого рапса на загрязненных тяжелыми металлами почвах"
Здравствуйте уважаемый председатель и члены аттестационной комиссии!
Позвольте представить вам свою ВКР на тему: «Продукционный процесс и фиторемедиационный потенциал сортов ярового и озимого рапса на загрязненных ТМ почвах».
Согласно Агроэкологической характеристики пахотных почв РФ, загрязнение почв ТМ наблюдается в ряде субъектов РФ. В связи с чем остро встает вопрос об их очищении.
В последнее время все большее внимание привлекает фиторемедиация - комплекс мероприятий, направленных на очистку окружающей среды от различных токсикантов с помощью растений. Фиторемедиация отличается высокой экономической выгодой в сравнении с иными способами очистки загрязненных территорий, своей «экологичностью» и эстетичностью.
Также проблема дефицита нефти требует поиска новых источников энергии. При этом особую значимость имеют альтернативные топлива из возобновляемых источников энергии – растительные масла. Топливо, полученное из биомассы легко разрушается биологическим путем.
Цель работы – изучение накопления кадмия, свинца и цинка при различных уровнях загрязнения почвы в надземных органах растений рапса для оценки его устойчивости и возможности использования в качестве фиторемедианта.
Основные задачи исследования:
- Изучить накопление тяжелых металлов в надземных органах.
- Изучить действие тяжелых металлов на продуктивность, растений рапса.
- Изучить влияние тяжелых металлов на фертильность пыльцы, содержание хлорофилла в листьях.
Рапс – растение семейства капустные, сочетает в себе высокую потенциальную урожайность семян – до 30-40 ц/га с высоким (43—48%) содержанием масла и белка (21—26%). Среди возделываемых в настоящее время сортов можно выделить высокоэруковые сорта, безэруковые (со следовыми ее количествами), а также «00» и «000» сорта. Зеленая масса рапса используется как зеленый корм и сидерат, из семян высокоэруковых сортов получают масло для технических, а из двунулевых (безэруковых, низкогликозинолатных) – для пищевых целей.
Все изучаемые металлы относятся к 1 классу опасности, их фоновое содержание ниже ПДК, а в опытных вариантах валовое содержание ТМ возрастает от небольших концентраций, находящихся на уровне ПДК до 13-ти (Pb) превышения ПДК. Валовое содержание тяжелых металлов определяли атомно-адсорбционным методом.
В эксперименте 2008 года уже при минимальных концентрациях ТМ в почве происходило угнетение растений. Но в 2009 году Cd оказал большее, а Pb и Zn – меньшее токсическое действие на растения, а при низких дозах ТМ происходила стимуляция ростовых процессов.
Изменение массы семян в целом имеет ту же тенденцию что и изменение вегетативной массы, как по годам исследования, так и в условиях одного года. Снижение семенной продуктивности на 50% и более наблюдалось при дозе Pb 400, Zn 500 мг/кг. Как было отмечено, 2009 год был более благоприятным, и снижение семенной продуктивность на 50% наблюдалось только в варианте Cd20.
Для сопоставления семенной продуктивности с накопленной надземной биомассой используется коэффициент хозяйственной эффективности. В 2008 году Кхоз при увеличении содержания Pb и Zn в семенах имеет тенденцию к снижению, а действие Cd практически не меняет этот показатель. Несмотря на стимулирующее действие низких концентраций ТМ в 2009 году, увеличение Кхоз не происходило.
Продуктивность одного растения зависит от массы 1000 семян и их количества на растении. Выяснилось, что наибольшая масса 1000 семян характерна для контроля, а увеличение дозы ТМ в почве снижает этот показатель. Это снижение особенно заметно при действии Pb и Cd а действие Zn значительно уменьшает массу 1000 семян только при высоких дозах.
Изменение числа семян с растения имеет в целом ту же тенденцию, что и масса 1000 семян. Масса 1000 семян являлась более стабильным показателем, чем число семян с растения.
Известно, что масса 1000 семян во многом определяет их жизнеспособность, и можно сделать вывод о том, что при ограниченных ресурсах пластических веществ, растению рапса выгоднее уменьшение числа семян при сохранении их высокой жизнеспособности.
В опыте 2009 года даже при максимальных концентрациях ТМ снижение фертильности пыльцы не наблюдалось. Тем не менее, гипервысокие концентрации ТМ могут привести к снижению фертильности пыльцы выше 10%. Известно также, что рапс формирует большое число цветков, и в течение онтогенеза даже при оптимальных условиях большая часть завязей опадает.
Число завязей определяет число стручков на растении. Действительно, действие ТМ приводит к снижению этого показателя, но в опыте 2009 года при невысоких концентрациях их сохранилось на растении больше, чем на контроле.
Число семяпочек в завязи определяет число семян на стручок. Последний показатель сильно коррелирует с числом стручков и семян на растении.
Вынос ТМ надземной биомассой и семенами – интегральный показатель, учитывающий как их концентрацию, так и массу соответствующих органов. Вынос исследуемых элементов с надземной биомассой сильно коррелировал с их концентрацией в побеге и дозой металла.
Во время эксперимента выяснилось, что эффективность выноса Cd и Pb при возрастающих дозах падает, а Zn – наоборот, увеличивается.
Zn хорошо выносится рапсом (до 3,3-4,5% от его содержания в почве), Cd выносится хуже (0,7%), а Pb – практически не выносится (0,017%).
Pb незначительно, а Cd и Zn – сильно подавлял биосинтез хлорофилла, о чем можно судить по варьированию его содержания. Однако одним лишь снижением содержания хлорофилла снижение продуктивности объяснить нельзя. Соотношение хлорофилл а / хлорофилл б отличалось высокой стабильностью при всех дозах ТМ.
Выводы:
- В условиях загрязнения изучаемыми ТМ почвы установлено снижение накопления биомассы и семенной продуктивности. Масса 1000 семян оказалась более стабильным показателем, чем число семян с растения.
- Выявлена высокая линейная корреляция между степенью загрязнения почвы ТМ и их выносом с надземными органами растений рапса. Максимальный вынос ТМ наблюдался при их высоких концентрациях в почве.
- Был установлен высокий потенциал рапса при извлечении из почвы цинка – до 4,5% от его содержания. Ожидаемый период очистки почвы на 50% составляет 16 лет.
- Выявлено снижение Кхоз при увеличении дозы ТМ, в оба года эксперимента, несмотря на стимулирующее действие низких концентраций, наблюдавшееся в 2009 году.
- Снижение фертильности пыльцы не наблюдалось даже при максимальных дозах ТМ. Были отмечены единичные стерильные пыльцевые зерна.
Спасибо за внимание!