РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ, МЕТОДИ ТА УМОВИ ПРОВЕДЕННЯ
ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Об'єкт дослідження та його характеристика
Об'єктом наших досліджень були процеси фізіологічної адаптації рослин Carex hirta L. до нафтового забруднення та взаємодії рослин і грунту, забрудненого нафтою.
Осока шершава (Carex hirta L.) (рис. 2.1.) - багаторічна рослина з довгими підземними міцними горизонтальними кореневищами 2,1 - 2,6 мм в діаметрі і прямостоячими пагонами, висотою 10 - 80 см. Із зони галуження розвивається 3-4 пагони. Вегетативні пагони подовжені. Корені бурі, розгалужені до 2-3-го порядків, розвиваються як в зоні галуження вертикальних пагонів, так і на деяких вузлах горизонтальних кореневищ. Кореневища утворюються з підземних бруньок, наростаючи плагіотропно.
Рис. 2.1. Осока шершава (Carex hirta L.)
Характерною рисою цього виду є наявність кількох центрів розростання, кожен з яких є окремим фітогенним полем. Такі окремі центри розростання з'єднані між собою потужними кореневищами. Новий центр закріплення починається з виходу ортотропного пагона, на якому розвиваються листки, формується система коренів, зберігаючи зв'язок з материнським кущем. Зріла генеративна особина Carex hirta має кореневи- ще довжиною 16-20 см і товщиною 1,5-2,5 см. Нижні лусковидні листки бурі з червонуватим відтінком. Серединні листки світло-зелені, з опушеною піхвою, шириною 2-5 мм. Плоди - овальні, тригранні горішки, довжиною 2,0-2,2 мм. Цвіте з квітня по червень. Осока шершава росте в субтропічній, помірній і вологій кліматичних зонах Європи. В Україні поширена по всій її території. Росте на вологих і сухих пісках, глинистих субстратах, на луках, пасовищах, в канавах, на придорожніх насипах, в світлих листяних лісах - від низин до гірського поясу. Вид стійкий до посухи і надмірного зволоження [2, 44, 74, 156].
Характерною особливістю ценопопуляцій Carex hirta є перебування їх в клональній стадії. Це один з важливих етапів шляху онтогенезу, в якому самопідтримання здійснюється переважно вегетативним шляхом. Саме різноманітність форм вегетативного розмноження забезпечує проходження додаткових малих циклів, що дає можливість даному виду зберігати головні популяційні параметри в умовах нафтових забруднень. Однак, в умовах сильного забруднення, хід онтогенезу може суттєво змінюватися як за тривалістю, так і черговістю його етапів. Можливе скорочення або повне випадання генеративного періоду. Віргінільні особини (компактний клон, який складається з розеткового куща і 2-3 парціальних) масово переходять у субсенільний стан [2, 74, 218].
Фітоценотичні особини Carex hirta розміщуються в ділянках нафтових забруднень поодиноко, інколи невеликими групами. Основою стійкості є гетерогенність особин, яка виявляється в морфологічній і розмірній мінливості, поліваріантності онтогенезу, здатності до змін способів розмноження, тривалості перебування в тих чи інших вікових станах і онтогенезу в цілому. Завдяки особливостям біоморфологічної структури Carex hirta та адаптації до екстремальних умов, відбувається успішне проникнення особин цього виду на забруднені території. Саме в цьому і полягає велике значення Carex hirta для первинного заселення та фітоочищення нафтозабруднених грунтів, оскільки проростання насіння будь-яких видів (у тому числі і Carex hirta ) в умовах високої щільності та токсичності грунту неможливе [182, 215, 218].
2.2. Підготовка матеріалу для досліджень
У природних умовах Ботанічного саду Львівського національного університету імені Івана Франка на дослідній ділянці розміром 30 м2 закладали модельні польові досліди (червень 2004 р.). У посудини розмі-ром 1?0,5?0,3 м вносили по 80 кг грунту (вологість грунту на час зважування становила 15%). Ґрунт глинистий (середньосуглинковий), характеризується низьким вмістом рухомого калію (15,7 мг К2О/100 г ґрунту) і середнім вмістом рухомих фосфатів (2,3 мг/100 г ґрунту). Вміст гумусу у грунті становить 3,4%, а вміст азоту у гумусі - 0,17%. Реакція ґрунтового розчину слабокисла (рН водної витяжки 5,9).
Для досліджень використовували сиру нафту густиною 0,96 г/мл, яка характеризується таким груповим хімічним складом: метанові вуглеводні (до 150 оС) становлять 50%; нафтенові (до 150 оС) - 39,5%; ароматичні (до 150 оС) - 10,6%; смоли - 30%; парафіни - 9,2%; вміст сірки - 0,17% [78].
Нафту вносили у посудини з грунтом (червень 2004 р.) у такій кількості: 50 мл нафти на 1 кг ґрунту, що відповідає 48 г/кг, і 100 мл нафти на 1 кг ґрунту, що відповідає 96 г/кг. Контролем був ґрунт без нафти. Через три тижні після внесення нафти у ґрунт (необхідний термін для вивітрювання летких токсичних нафтопродуктів) [102, 164] висаджували вегетативні особини Carex hirta, попередньо викопані з екологічно чистої території. Рослини були однакові за віком і розмірами: довжина підземних кореневищ - 23±1,3 см, висота надземної частини вегетативного пагону -62,5±0,5см. Рослини всіх варіантів поливали однаковою кількістю води.
З метою виявлення реакції рослин C. hirta на кількість і тривалість нафтового забруднення грунту, ми аналізували ювенільні рослини, які відростали від кореневищ материнських особин за додатковими малими циклами: після трьох місяців внесення нафти у грунт (вересень 2004 р.), через рік після внесення нафти (червень 2005 р.), ювенільні рослини, які наросли за літо (вересень 2005 р.) і через два роки після внесення нафти (червень 2006 р.). У ювенільних рослинах C. hirta аналізували морфологіч- ні та фізіолого-біохімічні показники: висоту надземної частини і довжину кореневищ, ширину листкової пластинки, масову частку сухої речовини, інтенсивність пероксидного окиснення ліпідів, вміст аскорбінової кислоти, пігментний комплекс, вміст макро- та мікроелементів.
У грунті, забрудненому нафтою 48 г/кг, на якому росли рослини Carex hirta, визначали елементний склад, чисельність основних фізіологіч- них груп мікроорганізмів і вміст нафтопродуктів. Зразки грунту без рослин з вищенаведеною конц