книги / Растения как средство очистки олиготрофных сточных и природных вод

101

Мятлик был выбран в результате проведения предварительных исследований как растение с относительно хорошей способностью развивать корневую систему в водной среде (рис.3.11). Растения, указанные на рис.3.11, выкапывали с корнем из естественного места обитания. Корни полностью отмывали от почвы и обрезали на длину 5-10 мм от корневой шейки или узла кущения. После этого растения разме­ щали в стеклянных банках так, чтобы узел кущения или корневая шейка на 1-2 см были ниже уровня воды. Банки устанавливали на естественном освещении, на подо­ коннике и ежедневно измеряли длину корней.

В дальнейших экспериментах использовали только растения мятлика. По воз­ можности одинаковые по возрасту и внешнему виду растения после отмывки и об­ резки корней вегетировали в 5-9 кратной повторности в 3 вариантах:

1)-водопроводная вода («0,25 г/дм3 солей); 2) - богатая питательная среда (2 г/дм3 солей 14, Р и К); 3) - ежесуточная смена бедной и богатой питательных сред.

Результаты (рис.3.12) показали, что во всех случаях вариант 1) характеризует­ ся существенно более высокой скоростью роста корней по сравнению с вариантом

2). Кривая роста корней варианта 3) всегда занимает промежуточное положение, иногда достоверно не отличаясь от варианта 2) (рис.3.12).

Резонно предположить, что представленные результаты роста корней в длину не в полной мере отражают интенсивность развития всей корневой системы в це­ лом, так как корневые системы варианта 1 при большой длине корней могут иметь меньшее их число и меньший диаметр, в то время как корни вариантов 2 и 3 могут быть более многочисленными и более толстыми. Для проверки такой гипотезы в опыте, результаты которого показаны на рис.3.12,в. после 11 суток вегетации все вновь выросшие корни были срезаны и определена их абсолютно сухая масса, кото­

рая составила в соответствии с вариантами: 28,3±7,1; 18,4+5,1 и 17,7±7,1. Таким образом, следует заключить, что бедная питательная среда стимулирует как ускоре­ ние роста корней в длину, так и увеличение их общей массы. Однако при длитель­ ном культивировании на бедной питательной среде следует ожидать нарушение по­ ложительной корреляции между длиной корней и их массой, так как большая масса при большой скорости роста требует постоянного притока питательных элементов, которые в бедной среде отсутствуют. В частности данные, представленные в табл.3.5, показывают, что корреляция между такими параметрами, как длина корня, скорость роста и адгезионная способность, во всех случаях практически равна нулю. Следует лишь отметить, что наиболее быстро растущие корни тополя (141) и куку­ рузы (64) имеют самую низкую адгезионную способность, что вполне объясняется известной физиологической закономерностью, в соответствии с которой ростовые корни характеризуются относительно низкой способностью ветвиться й имеют сла­ бое развитие корневых волосков, то есть имеют малую удельную поверхность [226].

3.3.3. Динамика изменения адгезионной способностей корней

Изменение адгезионной способности корней во времени показано на рис.3.13. Пунктирные участки кривых соответствуют периодам питания богатой питательной средой, сплошные линии питанию водопроводной водой. Скорость возрастания адгезионной способности была примерно такой же, как и в предыдущей серии экс­ периментов (п.3.2), несмотря на увеличение объёмов сосудов в 3 раза. Высокая ско­ рость определяется использованием в начальном периоде вегетации питательных растворов.

Время, сутки

Рис.3.11. Кривые роста корней мятлика лугового (1), вейника наземного (2), подорожника большого (3), подорожника среднего (4), подорожника ланцетолистного (5), кульбабы осенней (6), одуванчика лекарственного (7), поповника обыкновенного (8) и земляники обыкновенной (9).

Указан относительный объём корней в % от объёма корней мятлика

Рис.3.12. Кривые роста корней мятлика лугового в водопроводной воде (1), питательной среде (2) и при ежесуточной смене водопроводной воды

ипитательной среды (3), в половинной дозе питательной среды (4). Повторности: 7-кратная (а), 5-кратная (б), 9-кратная (в)

Рис.3.13. Адгезионная способность корней в сосудах глубиной 1,5 м

(— ) - рост в питательной среде, (---- ) - рост в водопроводной воде, х - начало цветения, -0- -созревание семян, -(- -гибель растения,

"л~ - сбрасывание листьев,

у- распускание листьев,

наводопроводную воду,

““V — - замена водопроводной

воды на питательную среду с указанием дозировки в долях от номинала. Номера растений даны в соответствии с табл.3.1

105

Положительная роль питания хорошо видна на примере циперуса (162), кото­ рый, в отличие от остальных, не получал богатого питания. Величина А «70 % была достигнута циперусом в сосуде 0,5 дм3 за 8-10 месяцев (рис.3.7), а в сосуде 1,5 дм3 - примерно за 30 мес., что можно было ожидать в соответствии с увеличением объё­ ма. Этой же причиной объясняется и наличие у Некоторых растений начального пе­ риода от 1-2 до 5-6 месяцев, в течение которого адгезионная способность никак не проявляется (А=0) несмотря на рост корневых систем.

Как и следовало ожидать, часть растений, имевших в сосудах 0,5 дм3 хорошие показатели А, в сосудах 1,5 дм3 не показали высоких значений, так как не способны развивать корни большой длины. Из 43 видов только 10-15 дали удовлетворитель­ ные результаты. Это можно рассматривать как подтверждение того, что тестирова­ ние в сосудах небольшой глубины не достаточно для выявления растения с требуе­ мыми адаптационными свойствами. В то же время наиболее высокие результаты в сосудах большой глубины продемонстрировали те же растения, что и в сосудах ма­ лой глубины. Причём кривые роста их адгезионной способности сохранили даже относительный порядок своего расположения на графике (рис.3.7 и 3.13).

Наилучшие результаты показали представители сем. комелиновых: калисия (36) и рэо (120). Через 6 месяцев их адгезионная, способность превышала 95% и в дальнейшем стабильно удерживалась в интервале 95-100 %. Через 1-2 года опыты с этими растениями приходилось прекращать из-за трудностей заполнения сосудов водой в результате закупорки верхней части сосудов разросшимися корнями. Рэо отличалось практически непрерывным цветением начиная с 4-го мес. культивирова­ ния. Зебрина висячая (40), относящаяся к этому же семейству, также показала не­ плохой результат, близкий к результату родственного растения традесканции бело­ цветковой (142) в предыдущей серии.

Также хорошо проявили себя и фикусы сем. тутовых. Причём в отличие от предыдущей серии экспериментов, в данной серии был испытан новый вид фикуса вишневидного (150), достигший через 2 года А=85 %. У инжира (151) отсутствие видимого увеличения длины корневой системы с 4-го по 8-й месяцы культивирова­ ния не означало прекращения роста корней вообще. Во второй половине этого пе­ риода был виден рост новых корней, берущих начало от корневой шейки и отли­ чающихся большей толщиной. Эти корни в дальнейшем и определили быстрое уве­ личение длины корневой системы (фото рис.3.14). Во время развития новых корней наблюдалось и бурное развитие стебля и листьев. Задержка развития корневой сис­ темы явилась причиной достаточно позднего проявления их адгезионной способно­ сти, которая, однако, очень быстро превысила 85 % к концу первого года. Сбрасы­ вание листьев у инжира в этих условиях не наблюдалось.

Ещё более длительная задержка роста корневой системы и адгезионной способно­ сти происходила у бальзамина Ваплера (11) сем. бальзаминовых. Но, как и в случае с инжиром, в результате быстрого последующего развития адгезионная способность к концу первого года достигла 95 %. В период задержки роста корней бальзамин на­ чал цвести и цвёл практически непрерывно, снижая интенсивность цветения в пе­ риоды питания водопроводной водой. Опыты с бальзамином также пришлось пре­ кратить в результате полной закупорки верхней части сосуда разросшимися основанием стебля и корнями.

Крапива, относящаяся так же, как и фикус, к порядку крапивных и показавшая в предыдущих исследованиях хорошие результаты, в данном варианте погибала че­ рез 2-3 месяца как при развитии из состояния черенка, так и при посадке молодым растением с корнем. Пилея Кадиера (101), также из сем. Крапивных, к концу 10-го месяца достигла А=75% с некоторым последующим снижением этого показателя.

107

Не очень высокая адгезионная способность обусловлена короткой корневой систе­ мой. Пилея значительно хуже, чем инжир и бальзамин, отзывалась на богатое мине­ ральное питание.

Заметно более эффективно, чем в предыдущих исследованиях, проявила себя переския шиповатая (97) сем. кактусовых. Она хорошо отзывалась на питатель­ ную среду, имела существенно более толстый стебель, более крупные и мясистые листья, чем горшечная культура. По скорости развития и максимальной величине А = 90 % в первые полгода она уступала только дихоризандре (36) и рэо(120), несмот­ ря на сравнительно короткую корневую систему.

Следующий результат по величине адгезионной способности (80 %) имела ма­ хорка (77), которая в данном случае как представитель сем. паслёновых являлась эквивалентом табака предыдущей серии экспериментов. Махорка зацвела на 5-м, отплодоносила с образованием всхожих семян на 6-м месяце и погибла к концу 8-го месяца вегетации. После гибели адгезионная способность сохранялась на хорошем уровне, затем начала быстро снижаться.

Достаточно быстро развивалась адгезионная способность у гинуры (28) сем. сложноцветных с достижением максимальной величины 75 % к 6-му месяцу. Гинура цвела и плодоносила с образованием не всхожих семян. Вероятной причиной гибе­ ли на 11-м месяце явилось ошибочное нарушение состава питательной сре­ ды на 8-м месяце культивирования. После гибели адгезионная способность кор­ ней сохранялась ещё в течение 8 месяцев на уровне не ниже 60 %.

Сравнительно медленно развивалась адгезионная способность у двух видов древесных растений: гибискуса китайского (26) сем. мальвовых и клёна ясенелист­ ного (54) сем. кленовых, но в конечном итоге достигла высоких значений У гиби­ скуса к концу второго года значение А приблизилось к 100 % и сохранялось таким неопределённо долго при полном прекращении применения питательной среды. При этом объём корней достиг величины 200 см3, что составляет 14 % от объёма сосуда. На втором году вегетации гибискус обильно цвёл. В дальнейшем при куль­ тивировании только на водопроводной воде цветение не возобновлялось, сильно уменьшились количество и размеры листьев.

Максимальное значение А=80 % у клёна было достигнуто к концу второго года. В этом же году, в феврале-марте, наблюдалось сбрасывание и появление новой листвы. Вероятной причиной гибели клёна был перегрев воды выше 30°С. Внешний вид клёна и его корневой системы показан на фото (рис.3.15 и 3.16).

Все виды, способные развивать высокую адгезионную способность, являются эффективным средством очистки воды от дисперсных примесей. На рис.3.17 пока­ зано, как снижается концентрация взвешенных веществ в присутствии корней наи­ более эффективных видов растений. Двухчасовая эффективность очистки воды при определённом возрасте корневых систем находится в пределах 95-100 %. Причём у комелиновых (калисия, рэо) при возрасте корней 5-8 месяцев эффект очистки, прак­ тически равный 100 %, достигается при продолжительности обработки воды 30-60 мин.

Физические параметры корневых систем некоторых растений представлены в табл.3.7.

а:

|зоо

о.

х200

Ф

1 ю о