«Влияние различных видов азотных удобрений на устойчивость пшеницы к действию тяжелых металлов» - Дипломная работа

Содержание

Введение 4

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6

1.1.Загрязнение почв тяжелыми металлами в сельском хозяйстве 6

1.2.Влияние ТМ на сельскохозяйственные культуры 8

1.3.Азотное питание в условиях загрязнения ТМ 14

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 17

2.1. Объекты исследования 17

2.2. Используемые удобрения 24

2.3. Методы исследования 26

Глава 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ! ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ 33

3.1. Изменение морфометрических показателей у растений пшеницы в зависимости от источника азотного питания в условиях кадмиевого стресса 33

3.2. Изменение морфометрических показателей у растений пшеницы в зависимости от источника азотного питания в условиях цинкового стресса 41

Глава 4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ РЖИ ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ 48

4.1. Изменение морфометрических показателей у растений ржи в зависимости от источника азотного питания в условиях кадмиевого стресса 48

4.2. Изменение морфометрических показателей у растений ржи в зависимости от источника азотного питания в условиях цинкового стресса 55

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ 62

Заключение 65

Список литературы 67

Приложение 75

Введение

Ведение земледелия на загрязненных тяжелыми металлами (ТМ) почвах становится одной из актуальных проблем, так как выявлены сотни тысяч гектаров пахотных почв, загрязненных ТМ, на которых уже сегодня необходимо проводить специальные мероприятия, предотвращающие загрязнение растительной продукции токсическими элементами.

Сельскохозяйственные экосистемы являются основным источником производства продуктов питания животного происхождения. Последствия хозяйственной деятельности сопряжены с поступлением веществ антропогенного происхождения - ксенобиотиков в различные компоненты экосистем, их передвижением и накоплением.

Первое место среди наиболее опасных для здоровья человека токсикантов занимают тяжелые металлы (ТМ). Классическим примером подобных механизмов миграции выступает «пастбищная цепь», которая начинается пастбищными растениями при поедании их сельскохозяйственными животными. Большую роль играет загрязнение поверхности растений в результате оседания из воздуха на листья и стебли металлосодержащих частиц. В питании же человека поверхностное загрязнение ТМ не играет существенной роли, поскольку перед употреблением их очищают и моют. Иначе дело обстоит с животными, которые поедают поверхностно загрязненный подножный корм или заготовленное из него сено. В этом случае ТМ, осевшие в пыли, следует рассматривать как со-ставную часть потока, поступающего в пищевую цепь (Миркин, Наумова 1995).

Представляется возможным и снижение ингибирующего действия тяжелых металлов путем оптимизации минерального питания в частности азотного. Исследования, проведенные с зерновыми культурами, показали эффективность использования азотного питания в стрессовых условиях. Недостаточная изученность действия тяжелых металлов на продуктивность и основные физиологические процессы в растениях и пути снижения их токсического действия требует всестороннего изучения.

Цель и задачи исследований: Целью исследований явилось изучение влияния различных видов азотных удобрений на устойчивость пшеницы и ржи к действию тяжелых металлов с использованием мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (сорт Симбирка) и посевной ржи Secale cereale (сорт Чулпан-7).

Нами были поставлены следующие задачи:

1. Оценить жизнеспособность проростков пшеницы в условиях действия тяжелых металлов;

2. Проанализировать изменения морфометрических показателей мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (сорт Симбирка) и посевной ржи Secale cereale (сорт Чулпан-7) в условиях азотного питания при действии тяжелых металлов;

3. Рассчитать индекс токсичности для каждого варианта опыта;

4. Разработать мероприятия по повышению эффективности использования сельскохозяйственных земель.

Научная новизна исследования: Впервые проведен подбор схемы питания мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (сорт Симбирка) и посевной ржи Secale cereale (сорт Чулпан-7) в условиях влияния

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Загрязнение почв тяжелыми металлами в сельском хозяйстве

В земельном фонде республики земли сельскохозяйственного назначения составляют 54,1 %, лесного фонда — 37,4 %. поселений — 4,3 %, промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, обороны, безопасности и иного специального назначения — 0,8 %, особо охраняемых территорий — 2,7 %, водного фонда — 0,5 % и земель запаса — 0,1 % (Государственный доклад 2009, Государственный доклад 2008).

Сельское хозяйство республики, на сегодняшний день, характеризуется одной особенностью, касающуюся ухудшения общей экологической ситуации. Это обуславливается нарушением целостности и баланса в системе: почва-растения-окружающая природная среда, тем самым ослабляются различные функции почв, в том числе и самоочищение. Одним из главных факторов, влияющих на плодородие и целостность земель является содержание тяжелых металлов в почвенном покрове (Веселова, 2011).

Тяжелые металлы (далее ТМ) - широкая группа загрязняющих веществ, состоящая более чем из 40 металлов периодической системы Д.И.Менделеева. ТМ в последнее время получили широко распространение во многих техногенных циклах, а также в природной среде. ТМ имеют ряд критериев, по которым их можно отличить от другие металлов: атомная масса, плотность, токсичность и пр. Некоторые из ТМ относятся к хрупких металлам, такие как висмут, или же к металлоидам, например, мышьяк. Наиболее распространенные ТМ, и самые опасные имеют атомную массу свыше 50 атомных единиц, это: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.

Наиболее важная характеристика, касающаяся ТМ - высокая токсичность в малейшей концентрации и способность накапливаться в организме животных и человека (Миркин, Наумова, 1995).

ТМ поступают в окружающую среду повсеместно, и виной этому человек. Основные источники ТМ - промышленность, транспорт, различные мусоросжигательные и котельные установки, сельское хозяйство и пр. Основные отрасли промышленности, выбрасывающие в природную среду ТМ - металлургия, абсолютно все разновидности, добыча топливных ресурсов, горно-обогатительная и горно-перерабатывающая промышленность, стекольное, керамическое и пр. производства, и др. Наиболее популярным ТМ является свинец. Он используется повсеместно, в производстве аккумуляторных батарей, электрических кабелей, медицинской техники, хрусталя, различного рода стекла, красок, многочисленных сплавах, и самое важное - непосредственное получение его из руд.

Сельскому хозяйству не обойтись без применения удобрений, так как гумусовый слой, который образуется самостоятельно, не способен выдержать такие нагрузки со стороны человека. Поэтому, применение различных удобрений направлено на поддержание баланса минеральных элементов, которые помогают растениям, расти, что способствует повышению урожайности. Но, удобрения оказывают не только положительный эффект, вместе с ними в почву поступает большое количество ТМ, которые могут оказывать токсическое действие на растения и организмы, которые обитают в почве. Это объясняется несовершенством технологии по производству удобрений, так как не удается удалить все вредные компоненты на стадиях разработки удобрений.

В среднем, производится около 200 млн. тыс. в год минеральных удобрений, и эта цифра с каждым годом увеличивается, так как все больше земель деградирует, и с каждым новым использованием удобрений требуется все большее его количество, что губительно для естественной экосистемы.

ТМ попадают в грунт не только с минеральными удобрениями, но и со сточными водами от промышленных предприятий и коммунально-бытового хозяйства, здесь концентрация ТМ наиболее высокая, так как они поступают в воду прямым путем, без какого-либо разбавления.

Человек пытается бороться с загрязнением ТМ с помощью агротехнических приемов, таких как: известкование (вносятся удобрения, которые вступают в щелочную реакцию), глубокая вспашка почвы (перенос незагрязненной почвы на поверхностные слои), выращивание слабовосприимчивых к ТМ растений и пр.

Заключение

Нами было проведено изучение влияния условий азотного питания на устойчивость растений пшеницы и ржи к тяжелым металлам кадмию и цинку.

Тяжелые металлы влияют на все живые организмы, так как являются микроэлементами и участвуют в важнейших процессах жизнедеятельности организмов. Однако высокие концентрации этих элементов могут вызвать гибель живых существ, в том числе человека. Изучение влияния тяжелых металлов на организмы рассматривалось в многочисленной литературе.

Мы проанализировали воздействие различных источников азота на индекс токсичности оцениваемого фактора, морфометрические признаки мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (сорт Симбирка) и посевной ржи Secale cereale (сорт Чулпан-7). Таким образом, нами было показано, что интенсификация ростовых процессов проростков при нитратном и аммонийном питании, сопровождается изменением.

В присутствии ТМ у растений пшеницы, выращенных на аммонийной питательной среде снижался рост, длина стебля и корней. В то же время наблюдался высокий ИТФ.

Схожую ситуацию мы наблюдаем в экспериментах с рожью. Индекс токсичности факторов показывает высокую токсичность при аммонийном удобрении, а при нитратном происходит стимуляция роста.

Таким образом, нами было показано, что нитратное питание является оптимальным для использования в сельском хозяйстве.

В ходе проведенной работы по изучению влияния солей тяжелых металлов на пшеницу и рожь нами были сделаны следующие выводы:

- жизнеспособность проростков пшеницы в условиях действия тяжелых металлов с применением удобрений составляла около 70%;

- степень негативного воздействия солей кадмия и цинка на рост и развитие растений, в основном, усиливается по мере увеличения концентрации использованных металлов;

- при азотном питании, наблюдалось снижение ингибирующего действия сульфата кадмия и сульфата цинка на все исследованные морфологические показатели растения пшеницы;

- индекс токсичности фактора показал высокую стимуляцию и низкую токсичность солей ТМ в условиях нитратного питания и среднюю токсичность в условиях аммонийного питания;

- по результатам исследования нами были разработаны рекомендации по повышению эффективности использования сельскохозяйственных земель.

Список литературы

1. Fang W.-C., Kao С. Н. Enhanced peroxidase activity in rice leaves in response to excess iron, copper, and zinc // Plant Science. - 2000. - V. 158. - P. 71-76.

2. Minibayeva F., Kolesnikov O., Chasov A. Wound-induced apoplastic peroxidase activities: their roles in the production and detoxification of reactive oxygen species // Plant Cell Environ. - 2009. - V. 32. - P. 497508.

3. Pietrini F., Iannelli M.A., Pasqualini S., Massacci A. Interaction of cadmium with glutathione and photosynthesis in developing leaves and chloroplasts of Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel // Plant Physiol. 2003. V. 133. P. 829-937.

4. Yamane Y., Kashino Y., Koike H., Satoh K. Effect of high temperatures on the photosynthetic systems in spinach: Oxygenevolution activity, fluorescence characteristics and the denaturation process // Photosynthesis Research. - 1998. - V. 57. - P. 51-59

5. Абдуллина О.А. Общность и поливариантность морфофизиологических и биохимических параметров при адаптации растений к изменяющимся условиям минерального питания: Автореф. дисс. на соискание учен. степ. канд. биол. наук. Тольятти, 2006.- 21 с.

+ еще 56 источников

Примечания

Оригинал в pdf