Биотестирование почв на проростках семян кресс-салата



В городе выращивание цветов происходит на клумбах, куда специально завозят плодородную почву, так как она лучше подходит для выращивания различных цветочно-декоративных культур. В связи с этим возник вопрос: насколько почва городских территорий хуже почвы с клумбы и как она отличается по свойствам от специальным образом приготовленных почвогрунтов? Целью данного исследования являлось проведение биотестирования выбранных почв на проростках кресс-салата с установлением закономерностей прорастания семян. В качестве объекта настоящего исследования были выбраны почвы пришкольной территории (ГБОУ СОШ № 302 г. Санкт-Петербурга), а также почва около станции метро «Купчино» и универсальный почвогрунт «Добрый помощник». Предметисследования — кресс-салат (Lepidium sativum) сорт «Ажур».

Приготовление водных вытяжек почв.

Среднюю пробу почвы растирали в фарфоровой ступке и просеивали через сито с величиной отверстий в 1 мм. Для приготовления водной вытяжки брали навеску воздушно-сухой почвы в 20 г и помещали в коническую колбу на 250 см³. В колбу наливали 100 мл дистиллированной воды (соотношение почвы и воды 1:5), лишенной СО₂ (30 мин. кипячением). Содержимое колбы размешивали с помощью магнитной мешалки 5 мин. Затем водную вытяжку отстаивали 5 мин и фильтровали через беззольный бумажный фильтр в небольшой химический стакан [1].

Биотестирования водных вытяжек почв на проростках тест-растений.

В чашки Петри помещали фильтровальную бумагу. На поверхность фильтров укладываются по 30 семян тест-растений кресс-салата. Расстояние между соседними семенами должно быть по возможности одинаковым. Проращивание всех семян проводили в одинаковых условиях по всем остальным факторам. Содержимое чашек Петри увлажняли водной вытяжкой исследуемой почвы. Одна чашка служила в качестве контроля по отношению к остальным, фильтровальную бумагу в ней увлажняли дистиллированной водой. В течение 4 дней наблюдали за прорастанием семян, поддерживая влажность на одном уровне. По истечении 4-х дней проростки вынимали и измеряли линейкой с точностью до 1 мм длину корешков, затем взвешивали проростки на аналитических весах, определяя биомассу [1].

Таблица 1

Результаты биотестирования на проростках кресс-салата

Исследуемая почва	Средняя биомасса проростков, г	Ср. длина корешков, см	Всхожесть,%
Почва со школьного газона	0,5358	4,9	84
Почва со школьной клумбы	0,6077	5,4	96
Почва около станции метро «Купчино»	0,5652	6,1	81
Контрольный образец	0,5328	5,2	92
Универсальный почвогрунт	0,7157	4,3	97

Влияние водных вытяжек почв на биомассу проростков кресс-салата.

Биомасса — это наиболее важный показатель жизнедеятельности организма. Негативное воздействие окружающей среды снижает биомассу. Биомасса наиболее чувствительный параметр для выявления стрессовых воздействий среды, но по большой части неспецифичный, при выполнении данного исследования он применялся для биотестирования, так как позволяет непосредственно определить снижение продуктивности растения.

Наибольшая биомасса зафиксирована у проростков, выращенных на водных вытяжках универсального почвогрунта. Наименьшая биомасса — у контрольного образца (семена проращивались на дистиллированной воде), а из почвенных вытяжек — почва со школьного газона и почва около станции метро «Купчино» (таблица 1). Для объяснения данной закономерности было определено общее содержание гумуса по методу Тюрина [2]. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

В органическом веществе почвы содержится значительное количество элементов питания, растительное сообщество потребляет их после преобразования почвенными микроорганизмами в минеральную форму. Именно в минеральной форме питательные вещества поступают в растительную биомассу. Гумусовые вещества являются аккумуляторами органического вещества почвы — аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина.

Таблица 2

Общее содержание гумуса впочве (по Тюрину)

Исследуемая почва	Содержание гумуса,%
Почва со школьного газона	11,7
Почва со школьной клумбы	13,6
Почва около станции метро «Купчино»	11,3
Универсальный почвогрунт	91,5

Органические вещества повышают активность всех клеток растения. В результате возрастает энергия клетки, улучшаются физико-химические свойства протоплазмы, интенсифицируется обмен веществ, фотосинтез и дыхание растений. Как следствие, ускоряется деление клеток, а значит, происходит улучшение общего роста растения. Увеличение биомассы растения и активизация обмена веществ ведёт к усилению фотосинтеза и накоплению растениями углеводов [3]. Разница между биомассой проростков семян варьирует до 34 %, что подтверждает достоверное снижение биомассы, обусловленное различным содержанием питательных компонентов водной почвенной вытяжки.

Влияние водных вытяжек почв на длину корешков проростков кресс-салата.

Как видно из результатов биотестирования, которое представлено в таблице 1, наименьшая длина корешков характерна для универсального почвогрунта, наибольшая — у почвы около станции метро «Купчино». Известно, что фосфор влияет на развитие корневой системы растений, в связи с этим было выполнено определение общего содержания фосфора по методу Чирикова [2], а также определена кислотность среды водной почвенной вытяжки с помощью рН-метра [1]. Результаты представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3

Определение содержания подвижного фосфора

Исследуемая почва	С(Р2О5), мг/мл	Содержание фосфора (в мг/100 гпочвы)
Почва со школьного газона	0,093	23,48
Почва со школьной клумбы	0,103	26,76
Почва около станции метро «Купчино»	0,128	32,32
Универсальный почвогрунт	0,235	90,21

Разница в длине корешков между максимальным и минимальным значением достигает 30 %, что свидетельствует о достоверном снижении длины корешков проростков обусловленного, во-первых, различным содержанием питательных компонентов водных вытяжек почв. Высокое содержание фосфора ускоряет развитие растений, особенно рост корневой системы (длинные прямые корни для почвы около станции метро «Купчино»). Высокое содержание гумуса улучшает развитие корневой системы, усиливается закрепление растений в почве, то есть растения становятся более устойчивыми к сильным ветрам, смыву в результате обильного выпадения осадков и эрозионным процессам [3], в связи с этим проростки кресс-салата, выращенные на водных вытяжках универсального почвогрунта «Добрый помощник» имеют небольшой и изогнутый корень. Во-вторых, разность в длине корешков связана с различной реакцией среды почвенного раствора.

Таблица 4

Сравнительный анализ водных вытяжек (актуальная кислотность)

Исследуемая почва	рНН2О
Почва со школьного газона	7,68
Почва со школьной клумбы	7,40
Почва около станции метро «Купчино»	6,72
Универсальный почвогрунт	5,68

Для кресс-салата наиболее пригодны легкие плодородные почвы (рН 6,5–6,8) [4]. Этому интервалу рН соответствует только водная вытяжка с почвы, отобранной около станции метро «Купчино» (рН = 6,72), этим можно объяснить наибольшую длину корня выращенных проростков. Значения рН выше и ниже этого интервала не способствуют развитию длины корня.

Выводы. Биотестирование водных вытяжек почв подтверждает, что высокое содержание гумуса благоприятно влияет на биомассу растений, высокое содержание фосфора ускоряет развитие корневой системы растений, также величина pH влияет на длину корня. Показано также, что разность в длине корешков кресс-салата связана с различной реакцией среды почвенного раствора. Полученные экспериментальные данные показывают, что почвы городских территорий заметно отличаются по своему химическому составу от специальным образом приготовленных почвогрунтов.

Литература:

1. Федорова А. И., Никольская А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды [Текст] / А. И. Федорова, А. Н. Никольская. — М.: ВЛАДОС, 2001. — 288 с.
2. Мамонтов В. Г., Гладков А. А. Практикум по химии почв [Текст]: учебное пособие / В. Г. Мамонтов, А. А. Гладков. — М.: Инфра-М, Форум, 2014. — 272 с.
3. Минеев В. Г. Агрохимия [Текст]: учебник / В. Г. Минеев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: МГУ, Издательство «КолосС», 2004. — 720 с.
4. Кубрина Л. В. Анализ токсической активности снеговых проб в серии первичного скрининга на растительной клетке (кресс-салата (Lepidium sativum) // ОНВ. 2011. № 1–104. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/analiz-toksicheskoy-aktivnosti-snegovyh-prob-v-serii-pervichnogo-skrininga-na-rastitelnoy-kletke-kress-salata-lepidium-sativum (дата обращения: 14.07.2016).