KRYSTYNA PRZYBULEWSKA
WPŁYW ZANIECZYSZCZENIA GLEBY PESTYCYDAMI
I ZWIĄZKAMI ROPOPOCHODNYMI N A WZROST
I ROZWÓJ SIEWEK JĘCZMIENIA JAREGO
INFLUENCE OF PESTICIDES AND PETROCHEMICALS
PRESENT IN SOIL ON GROWTH AND DEVELOPMENT
OF SPRING BARLEY SEEDLINGS
Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiska, Akademia Rolnicza w Szczecinie
Abstract'. Results o f study on the effect o f soil xenobiotics (pesticides: Lontrel 300 SL, Cham pion 50 WP and petrochem icals: diesel fuel, no-lead petrol) on growth and developm ent o f barley seedlings are presented in the paper. The soil was amended with 0.01; 0.1; 1; 10% (w /w ) o f fuel. Pesticides were added into the soil at follow ing doses: 1; 10; 100 and 1000 m g • kg-1 o f soil. The influence depended on the type o f pollutant, its level and soil type. Pollutants more affected the root system than above ground parts o f plants. H erbicide Lontrel 300 SL acted more strongly than fungicide Champion 50 WP. It was diesel fuel among petrochemicals. N o lead petrol exerted the least effects.
Słow a k lu czo w e : roślina, gleba, zw iązki ropopochodne, pestycydy. K e y w o r d s : plant, soil, petrochem icals, pesticides.
WSTĘP
Zanieczyszczenia ksenobiotyczne gromadzą się w środowisku m.in. w wyniku procesów przemysłowych, ruchu komunikacyjnego, chemizacji rolnictwa, a zwłaszcza nadmiernego wykorzystania paliw kopalnych. Niezależnie od źródła pochodzenia, rodzaju zanieczyszczeń, które trafiają do gleby. Ksenobiotyki stają się częścią łańcucha pokarmowego: gleba - roślina - zwierzę - człowiek [Borecki 1984, Gorlach 1991, Kowalik 2001, Kopcewicz, Lewak 2002, Kucharski i in. 2000, Zieńko 1999, Włos- towska 1993, Zakrzewski 1997]. W przypadku roślin mogą blokować układy enzyma tyczne, w wyniku czego można obserwować zmiany fizjologiczne, co wiąże się często z obumieraniem tkanek i komórek [Starek i in. 1995,Harbome 1997]. Fitotoksyczność polutantów nie zawsze wynika z ich bezpośredniego toksycznego działania, lecz często
z ich właściwości, np. zatykanie por aparatów szparkowych przez substancje oleiste, braku tlenu i mikroelementów w środowisku skażonym węglowodorami [Leśkiewicz
1995, Różański,Włodkowiec 2002].
Celem pracy było określenie wpływu ksenobiotyków (pestycydy oraz związki ropopochodne) obecnych w glebie na wzrost i rozwój ziarniaków jęczmienia.
MATERIAŁ I METODY
Badania laboratoryjne przeprowadzono z użyciem próbek pobranych z poziomu próchniczego z głębokości 0-10 cm, pochodzących z dwóch typów gleb. Pierwsza to czarna ziemia o składzie granulometrycznym gliny lekkiej pylastej. Odczyn gleby wynosił pH w H20 - 7,0. Druga to gleba piaszczysta zaliczona do gleb rdzawych, o składzie granulometrycznym piasku gliniastego lekkiego. Jej odczyn był lekko kwaśny (pH w H20 - 6,5).
Próbki glebowe zanieczyszczono herbicydem Lontrel 300 SL (30% zawartość substancji aktywnej w postaci chlorpyralidu) i fungicydem Champion 50 WP (50% Cu(OH)2 w preparacie). Pestycydy dodawano do prób glebowych (400 g) w przeliczenie na substancję aktywną w następujących dawkach 1, 10, 100 i 1000 mg • kg-1 gleby. W przypadku wprowadzenia większych zanieczyszczeń była to forma proszku lub emulsji w zależności od tego, jaką postać miał preparat. Do zanieczyszczenia próbek glebowych mniejszą ilością ksenobiotyków sporządzono zawiesiny wodne. Oba preparaty są powszechnie stosowane w rolnictwie jako środki ochrony roślin. Inny rodzaj zanieczyszczeń stanowiły związki ropopochodne, tj. benzyna bezołowiowa i olej napędowy. Zanieczyszczenia wprowadzano do gleby w następujących stężeniach 0,01; 0,1; 1; 10% wagowych • kg-1 gleby. Kontrolę stanowiła gleba bez polutantów. Wilgotność gleby doprowadzono do 60% m. p. w. Do poszczególnych kombinacji doświadczalnych wysiano ziarna jęczmienia odmiany Ortega po 8 sztuk. Wszystkie kombinacje doświadczalne wykonano w trzech powtórzeniach, a ich inkubację prowadzono w temp. 25°C. Po wykiełkowaniu przeprowadzono pomiary długości liścieni i systemu korzeniowego. Wyniki poddano ocenie statystycznej wyliczając analizę wariancji. Zastosowano program Statistica.
WYNIKI I DYSKUSJA
Rośliny reagują w różny sposób na obecność czynników stresowych w środowisku. Najczęściej działa równocześnie wiele szkodliwych czynników, np. pestycydy, substancje ropopochodne i inne. Dzięki zdolnościom adaptacyjnym oraz mechanizmom detoksy kacji, które są obecne wewnątrz komórki, niektóre rośliny są zdolne jednak przetrwać nawet w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Co więcej mogą też metabo lizować związki toksyczne [Stroiński 2002, Harbome 1997].
Wpływ badanych ksenobiotyków na wzrost roślin zależał od rodzaju użytego polutanta, zastosowanej dawki i rodzaju gleby.
Fungicyd Champion 50 WP wprowadzony do badanych gleb w dawkach 1,10 i 100 mg • kg-1 nie spowodował istotnych zmian we wzroście liścieni. Potwierdza to zdanie wielu autorów [Borecki 1984, Harbome 1997], że fungicydy nie wywierająna rośliny,
poza działaniem ochronnym, żadnego innego wpływu. Związane jest to ze zbyt małymi dawkami substancji czynnych nanoszonych podczas opryskiwania. W niniejszych badaniach jedynie w glebie gliniastej pod wpływem fungicydu nastąpiło kilkunastoprocentowe wydłużenie części nadziemnej. W przypadku systemu korzeniowego wymienione powyżej wielkości zanieczyszczenia, spowodowały w glebie piaszczystej ich skrócenie średnio o 20% w porównaniu z kontrolą, podczas gdy w glinie obserwowano kilkunastoprocentową stymulację wzrostu ich długości. Z kolei zanieczyszczenie gleby piaszczystej dawką największą (1000 m g -k g 1) ograniczyło wzrost liścieni o połowę w stosunku do kontroli i zahamowało rozwój korzeni. Natomiast w przypadku gleby gliniastej siewki miały o 20% krótsze liścienie i o ponad 60% krótsze korzenie (rys. 1).
Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że herbicyd Lontrel 300 SL dodany do gleby lekkiej w dawkach 1,10 i 100 mg- kg-1 nie spowodował istotnych zmian jedynie w długości liścieni. Wraz ze wzrostem stężenia tego związku w glebie, skróceniu ulegał system korzeniowy, odpowiednio od 10 do 65% w stosunku do roślin kontrolnych. W glebie ciężkiej zanieczyszczonej herbicydem, dawki 1-100 mg • kg"1 spowodowały ponad 25% stymulację wzrostu liścieni, podczas gdy korzenie były krótsze średnio od 10 do 20%. Największa dawka pestycydu niezależnie od rodzaju gleby istotnie ograniczyła wzrost liścieni, średnio o 75% w stosunku do kontroli, natomiast w przypadku korzeni zahamowała prawie całkowicie ich wzrost (rys. 2). Herbicydy, pomimo korzyści gospodarczych są niepożądanym, a nawet szkodliwym czynnikiem w środowisku [Banaszkiewicz, Adamos 1996]. Rośliny są zdolne do przeprowadzania detoksykacji
gleba piaszczysta - sandy soil gleba gliniasta - clay soil
RYSUNEK 1. Wpływ fungicydu Champion 50 WP [mg • kg*1 gleby] na wzrost i rozwój siewek jęczmienia wyrażony w % kontroli
FIGURE 1. Influence o f fungicide Champion 50 WP [mg • kg'1 soil] on growth o f barley expressed in % o f the control
% kontroli 1604 °*contro1
liścienie - cotyledon
Ęggj
k orzeń - rootgleba piaszczysta - sandy soil 9leba 9liniasta - clay soil
RYSUNEK. 2. Wpływ herbicydu Lontrel 300 SL (mg • kg'1 gleby) na wzrost i rozwój siewek jęczmienia wyrażony w % kontroli
FIGURE 2. Influence o f herbicide Lontrel 300 SL (mg • kg'1 soil) on growth o f barley expressed in % o f the control
pestycydów, np. przez degradację, blokowanie biosyntezy m.in. aminokwasów, hamowanie transportu i przepływu elektronów [Harbome 1997, Adamczewski, Banaszek 2000]. Fungicydy systemiczne stosowane jako zaprawy do nasion ulegają wewnątrzkomórkowym mody fikacj om, a mimo to rośliny są nadal oporne na patogeny. W przypadku herbicydów do selektywnego zwalczania chwastów w roślinach uprawnych, jakimi są zboża, substancje są szybko metabolizowane, podczas gdy chwasty nie mają takiej zdolności i giną. Zdaniem Kopcewicza i Lewaka [2002] odporność roślin na herbicyd jest wynikiem słabego przemieszczania się takich związków w roślinie.
Obecność w glebie piaszczystej oleju napędowego w stężeniach 0,01-1% spowodo wało stymulację wzrostu liścieni siewek jęczmienia średnio o 20%, podczas gdy długość korzeni uległa skróceniu średnio o 15% w stosunku do roślin kontrolnych. Najwyższe zanieczyszczenie gleby (10%) olejem napędowym doprowadziło do całkowitego zahamowania kiełkowania ziarniaków. W glebie gliniastej dodatek dawki 1 i 10% oleju napędowego wstrzymał również inicjację kiełkowania (rys. 3). Fitotoksyczne działanie węglowodorów w glebie jest jeszcze stosunkowo słabo poznane. Wiadomo, że oleje mogą zatykać aparaty szparkowe i hamować proces fotosyntezy. Jak podaje Leśkiewicz [1995], szkodliwość węglowodorów nie wynika bezpośrednio z toksyczności substancji ropopochodnych, lecz raczej braku tlenu i makroelementów niezbędnych do wzrostu roślin (azot i fosfor). Te ostatnie mogą być związane ze zużyciem dostępnych zapasów
gleba gliniasta - clay soil
RYSUNEK 3. Wpływ oleju napędowego (% wagowy • kg'1 gleby ) na wzrost i rozwój siewek jęczmienia wyrażony w % kontroli
FIGURE 3. Influence o f diesel fuel (% o f the scale • kg'1 soil) on growth o f barley expressed in % o f the control
tych pierwiastków przez bakterie bytujące w glebie zawierającej dużą ilość węglowo dorów z powodu przewagi dostępnej ilości materii organicznej w stosunku do ilości azotu w glebie). Zdaniem Różańskiego i Włodkowca [2002] rośliny rosnące na terenach skażonych węglowodorami ropopochodnymi mają trudności z pobieraniem wody i soli mineralnych z podłoża, a także upośledzone oddychanie korzeniowe.
Benzyna bezołowiowa wywierała znacznie mniejszy wpływ na siewki jęczmienia niż olej napędowy. Być może takie oddziaływanie jest spowodowane szybkim parowa niem [Zwierzycki 1997] tej substancji z gleby. Nawet przy najwyższych zanieczysz czeniach, niezależnie od rodzaju gleby, wyrosłe siewki nie różniły się znacznie od roślin kontrolnych. Roślina jest w stanie [Różański, Włodkowiec 2002] wydzielać związki fenolowe, saponiny i inne tworząc barierę uniemożliwiającą rozprzestrzenianie tego rodzaju trucizn. Niektóre rośliny, np. Carex hirta L., Linaria vulgaris L., mogą się przystosować do życia w środowisku zanieczyszczonym substancjami ropopochodnymi. W niniejszych badaniach pod wpływem zanieczyszczenia benzyną następowało często wydłużenie siewek jęczmienia. Było to widoczne zwłaszcza na przykładzie roślin rosnących na glebie gliniastej. Ograniczenie wzrostu od kilkunastu do blisko 40% pod wpływem benzyny stwierdzono tylko w przypadku sytemu korzeniowego siewek wyhodowanych na glebie piaszczystej (rys. 4).
% kontroli
160°4 contro1
140
I liścienie - cotyledon
Ш Ж
korzeń - root
120 100
gleba piaszczysta - sandy soil
gleba gliniasta - clay soil
RYSUNEK 4. Wpływ benzyny bezołowiowej (% wagowy • kg*1 gleby) na wzrost i rozwój siewek jęczmienia wyrażony w % kontroli
FIGURE 4. Influence o f no-lead petrol (% o f the scale • kg*1 soil) on growth o f barley expressed in % o f the control
WNIOSKI
1. Oddziaływanie fungicydu Champion 50 WP i herbicydu Lontrel 300 SL oraz związ ków ropopochodnych na wzrost siewek jęczmienia zależało w znacznym stopniu od rodzaju substancji, jej dawki i rodzaju gleby.
2. Silniejsze działanie na wzrost siewek wywierały pestycydy (Lontrel 300 SL > Cham pion 50 WP). Mniejsze efekty obserwowano po zanieczyszczeniu związkami ropo pochodnymi, przy czym działanie oleju napędowego było większe niż benzyny bez ołowiowej.
3. Działanie pestycydów i związków ropopochodnych bardziej niekorzystnie wpływa ło na system korzeniowy niż na część nadziemną roślin.
LITERATURA
ADAM CZEW SK I K., B A N A SZ E K K. 2000: M echanizm zachowania się herbicydów w glebie. Ochrona Roślin 11: 5 -8 .
BANASZK IEW ICZ T., A D A M O S B. 1996: Środki ochrony roślin i ich stosowanie. Wydawn. ART. Olsztyn: 6 3 -6 5 .
BORECKI Z. 1984: Fungicydy stosowane w ochronie roślin. PW N, Warszawa. GORLACH E. 1991: M etale ciężkie w glebie i roślinach. Aura 11: 9 -1 3 .
H A R BO RNE J. B.1997: M echanizm y detoksykacji. Ekologia biochem iczna. PW N, Warszawa. KOPCEWICZ J., LEWAK S. 2002: Fizjologia roślin. PW N, Warszawa.
KOWALIK P. 2001: Pestycydy jako źródło zanieczyszczeń. PW N, Waraszawa.
K UCHARSK I J., JASTRZĘBSKA E., W Y SZKOW SK A J., HŁASKO A. 2000: W pływ zanie czyszczenia gleby olejem napędowym i benzyną ołow iow ą na jej w łaściw ości biologiczne. Zesz. P r o b i Post. N auk Roln. 472: 465^472.
LEŚKIEWICZ J. 1995: Skażenie gruntu i wód produktami ropopochodnymi. A ura 11: 6 -9 . RÓŻAŃSKI H., WŁODKOWIEC D. 2002: Skutki oddziaływania zanieczyszczeń ropopochod
nych na środowisko przyrodnicze. W szechświat 103: 0 7 -0 9 , 2 2 2 -2 2 5 .
STARCK Z., CHOŁUJ D., N IEM YSK A B. 1995: Fizjologiczna reakcja roślin na niekorzystne czynniki środow iskowe. Wydawn. SGGW, Warszawa.
STROIŃSKI A. 2002: Odporność roślin na stres wywierany przez metale ciężkie. Biotechnolo- g ia 3 (5 8 ): 124-135.
W ŁOSTOW SKA E 1993: Oleje a środowisko. Ekologia 7 (9): 4 -6 .
ZAKRZEW SKI S. F. 1997: N aw ozy mineralne i pestycydy. Podstawy Toksykologii Środowiska. PW N, Warszawa.
ZIEŃKO J. 1999: Substancje ropopochodne w środowisku przyrodniczym. C zęść I. Kryteria i ocena stopnia zanieczyszczenia. Ekologia i Technika 4 (1): 18-23.
ZW IERZYCKI W. 1997: Paliwa silnikow e i oleje opałowe. Wydawn. i Zakład Poligrafii Instytutu Eksploatacji, Radom: 4 3 -5 3 .
Praca wpłynęła do redakcji w marcu 2004 r.
D r inż. K ry sty n a P rzy b u le w s k a
K a te d r a M ik ro b io lo g ii i B io te c h n o lo g ii Środow iska, AR, ul. S ło w a c k ie g o 17, 7 1 -4 3 4 S zczecin
