germinația semințelor de molid pe substraturi cu diferite ...2)/02_cenusa_155-165.pdf ·...

155

Germinația semințelor de molid pe substraturi cu diferite nivele de fitotoxicitate: un studiu de caz pentru exploatarea Călimani R. Cenușă, E. Leberciuc, M. Teodosiu

Cenușă R., Leberciuc E., Teodosiu M. 2015. Germination of Norway spruce seeds on substrates with different levels of toxicity: a case study for the Călimani dump. Bucov. For. 15(2): 155-165.

Abstract. The knowledge of the particularities of seeds germination on different substrat types is important, especially from the point of vue of eco-logical restoration, e.g. of the dumps. The paper presents the results of the Norway spruce seeds germination on different substrates (10 variants: 9 + Control) from an area of a surface mining sulfur (Călimani) from the North of Eastern Carpathians. The germination tests indicated, in an expected way, that the only substrate which significantly influence the germination (at 7, 10 and 15 days, respectively) was the sulphur, in case of the other the differ-ences being non-significant. The minimum beard length values were recor- ded on sulphur substrate, while the best on the ‘forest soil’ variant. The ger-mination threshold (2 mm) was reached after 3-5 days, and the phytotoxicity effect was observed after 10 days. Regarding the time length of the germi-nation phase, the most favourable (shortest) was the ‘Hummus’ variant. The correlation analysis indicated that if the germination period is short, then the other phases will be prolonged, with larger percent of germination and relative beard length. In an expected way, the fatal effect of the ‘Sulphur’ substrate is different than all the others, starting with the 11th day of ger-mination. Based on the obtained results, for the area were delineated three domains of relative toxicity: A - toxic (without life conditions), B - neutral (inhibition of the physiological processes) and C - favourable (proper for a plant development), which were mapped for further practical use.Keywords phytotoxicity, seeds, germination, Norway spruce, sulphur ex-ploitation

Authors. Radu Cenușă ([email protected]) - „Ştefan cel Mare” University of Suceava, Faculty of Forestry, 13 Universităţii, 720229 Suceava, Romania; Elena Leberciuc - National Park Călimani, Șaru Dornei 54C, commune Șaru Dornei, Suceava, Romania; Marius Teodosiu - National Research-Development Institute in Forestry “Marin Drăcea“, Station Câmpulung Moldovenesc, Calea Bucovinei 73b, 725100 Câmpulung Moldovenesc, Suceava, Romania. Manuscript received August 15, 2015; revised December 20, 2015; accepted December 28, 2015; online first December 28, 2015.

Bucovina Forestieră 15(2): 155-165, 2015 Articole de cercetare

156

Bucov. For. 15(2): 155-165, 2015 Articole de cercetare

Introducere

Fitotoxicitatea substratelor înglobează tota-litatea efectelor toxice pe care acestea le exer-cită asupra dezvoltării plantelor, având ca efect diminuarea posibilităților de instalare și de dezvoltare. Cum germinarea constituie primul pas în instalarea plantelor superioare, cunoaşterea, cuantificarea şi luarea în consi-derare a acestui proces fiziologic, studiat fiind cu o metodă de cercetare tip „ cutie neagră” care să explice diferențierile de recepționare a diverselor diaspore - în caz particular a semin-țelor de către diverse substrate - este una de actualitate. Pentru ca fazele mai frecvent uti-lizate ale germinaţiei seminţelor (de imbibiţie, de germinaţie propriu-zisă sau de stimulare, respectiv de creştere şi diferenţiere - Parascan et al. 2001) să se producă, sămânţa trebuie să aibă aptitudini de germinare, dar şi să i se ofere condiţiile necesare dezvoltării acestui process fiziologic (substrat, umiditate, căldură, oxigen şi lumină). Datorită utilizării tot mai intense a testelor de fitotoxicitate, acestea au fost uniformizate şi standardizate. USEPA (1996) prescrie cu clari-tate procedurile de urmat în cazul testelor de germinaţie, iar OECD (2003) face precizările necesare aplicării metodelor de determinare a efectelor fitotoxice asupra plantelor. Există mai multe metode de determinare a fitotoxicității solurilor contaminate, patru dintre acestea fi-ind incluse în standardele americane de cerce-tare a calităţii composturilor (Wallace 2005): (i) testele de germinaţie (uneori includ şi evaluarea radicelelor), (ii) testele de creştere (evaluarea biomasei supraterane, uneori şi a masei radicelare), (iii) combinaţii dintre testele de germinaţie şi cele de creştere şi (iv) diverse metode biologice. Datorită eficacităţii, rapidităţii şi simplităţii metodelor, testele de germinație reprezintă o cale convenabilă pentru testarea rezultantei reacţiei la diverse substanţe chimice a plante-lor superioare, având totodată și o importanţă decisivă în elaborarea metodelor şi tehnologi-ilor de fitoremediere. Aceste teste au fost utili-

zate pentru diferite specii de plante (agricole, forestiere) și categorii de soluri (forestiere, po-luate cu petrol, afectate de activităţi miniere), dar şi pentru determinarea efectului remanent al erbicidelor sau a efectelor alellopatice in-terspecifice. Utilizat ca substrat, compostul de diferite proveniențe are efecte neutre asupra semințelor de soia și grâu (provenit din deșeuri textile - Araujo et al., 2001) sau pozitive asu-pra germinației a patru specii de legume (pro-venit din gunoi de la fermele de porci - Tam et al. 1994). Efectele fitotoxice ale utilizării unui substrat constituit din rumeguşul obţinut din lemnul de Pinus taeda L. a fost testat la germinarea şi dezvoltarea plantelor de salată (Lactuca sativa L.) şi de tomate (Lycopersicum esculentum L.) de Gruda et al. (2009). În cazul unor speciilor forestiere, Castro et al. (2005) au analizat influenţa litierei asupra germinării seminţelor de pin silvestru, la definirea nivelu-lui final al germinaţiei, luând în considerare o lungime a radicelei de 2 mm. Indicatorii germinației au fost folosiți și în cazul poluării solului cu petrol (Millioli et al. 2009) evaluată prin germinația semințelor de Lactuca sativa, în timp ce Marlon et al. (2007) au cercetat fitotoxicitatea elementelor solubile din sol natural şi din sol afectat de minereu de pirită. Testele de germinaţie pot pune în evidenţă efectele remanenţei erbicidelor (Mi-kulka et al. 2003, Wibawa et al. 2009), dar și efectele alelopatice ale plantei Azadirachta in-dica Neem, asupra altor plante (Ashrafi et al. 2008). O altă perspectivă posibilă de aplicare a testelor de germinație este deschisă de haldele rezultate din exploatările miniere (Cenușă 2009). Un astfel de caz îl reprezintă cariera ex-ploatării sulfului la zi din Călimani (activă în perioada 1971-1993) unde, datorită diversităţii geologice, precum şi tehnologiilor de deco-pertare şi de haldare, haldele prezintă o mare varietate a proprietăților chimice și fizice ale substratelor, care poate avea impacte diferite asupra potenţialului de declanşare a procese-lor de succesiune a vegetației. Scopul pre-zentei lucrări îl constituie analiza procesului

157

Cenușă et al. Germinația semințelor de molid ...

de germinație a molidului pe diferite substrate provenind din exploatarea Călimani, cu impli-cații practice asupra posibilităților viitoare de reconstrucție ecologică a zonei.

Material și metodă

Planificarea experimentului

Recoltarea materialului de testat s-a făcut din diversele puncte ale carierei de exploatere la zi a minereului de sulf din jurul vârfului Negoiul Românesc din Masivul Călimani. Locul de recoltare a ținut cont de natura substratului, al-titudinea și panta terenului, distribuția spațială a punctelor de recoltare fiind utilizată apoi la cartarea nivelelor de fitotoxicitate. Pentru testarea fitotoxicităţii haldelor din Călimani s-a conceput un experiment consti-tuit din 10 variante (9 + control), cu 3 repetiţii (figura 1, Material suplimentar și tabelul 1). Variantele experimentului au fost desemnate în raport cu localizarea haldelor în șantierul carierei și cu natura substratului care urma a fi testat. Altitudinea și panta terenului au fost luate în considerare ca variabile privind levi-garea (spălarea) și eroziunea de suprafață (in-stabilitatea substratului). Varianta „Control” s-a constituit din hârtia de filtru umectată cu aceeași cantitate de apă, la fel ca toate varian-

tele. Caracteristicile generale ale experimentului de germinare (tabelul 2) s-au obținut din pres-cripțiile bibliografice existente, fiind ulterior adaptate la condiţiile experimentale. Germi-narea seminţelor de molid a fost monitoriza-tă zilnic, începând din a treia zi de la startul experimentului. La fel ca şi în cazul procen-tului de germinaţie, o altă caracteristică can-titativă urmărită îndeaproape în fiecare zi a fost lungimea radicelelor. Măsurarea acestora s-a efectuat cu ajutorul unei rigle speciale sub formă de pensetă, cu vârful gradat și s-a moni-torizat atingerea pragurilor de 2 mm (germinare), 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, şi 25 mm. Analizele asupra pH-ului, conţinutului de azot şi a conţinutului de humus s-au efectuat în cadrul laboratorului de analiză a solului de la Staţiunea I.C.A.S. Câmpulung Moldovenesc.

Analiza datelor

Determinarea indicelui de germinare ca in-dicator complex permite elaborarea unei co-respondenţe cu nivelul relativ de toxicitate. Acesta a fost calculat ca medie aritmetică între rangurile rezultate din experiment ale următorii parametri: procentul de germinaţie, lungimea relativă, durata relativă de germi-nare, durata relativă de atingere a radicelei de

Varianta Natura substratului Altitudine(m)

Pantă(o) pH Azot

total (%)Humustotal (%) C(org)/N

Control - - - - - - -Ilva1 Steril silicios (RAS) 1850 60 4,3 0,041 1,1 15,56Ilva2 Steril silicios (RAS) 1850 15 4,9 0,033 1,34 23,55Ilva3 Steril silicios (RAS) 1850 5 4,3 0,011 1,3 68,55Ilva4 Amestec neomogen 1850 5 5,3 0,008 0,54 39,15Pinul1 Amestec neomogen 1650 5 3,9 0,009 0,98 62,51Pinul2 Steril silicios (RAS) 1650 5 4,7 0,004 0,50 72,50

Pinul3Amestec de steril silicios cu minereu de fier

1650 5 4,5 0,010 0,67 38,86

Sulf Minereu de sulf 1600 45 2,1 0,003 0,00 0,00Humus Sol forestier 1650 5 3,7 0,698 19,9 16,72

Caracteristicile variantelor testateTabelul 1

158


10 mm, durata relativă medie şi procentul rela-tiv de mortalitate. Valorile relative ale fitotoxi- cităţii au fost corelate, la rândul lor, cu cele ale indicelui de germinaţie. Testarea dependențelor dintre diferitele variabile s-a realizat prin intermediul analizei ANOVA și a regresiei. Testarea diferențe-lor dintre medii s-a realizat cu ajutorul testului Tuckey HSD. În tabelele din text, valorile însoţite de aceleaşi majuscule arată că mediile nu diferă semnificativ între ele pentru p = 0,05).

Rezultate

Germinația seminţelor de molid

La pragul de 7 zile, procentul

de seminţe germinate a fost cuprins între 3% (control) şi 18 % (sol forestier). Uniformitatea germinării, exprimată prin abaterea standard a procentului mediu de germinaţie, a fost di-ferită, cel mai uniform germinând seminţele din variantele Control şi Ilva 3, la cealaltă ex-tremă situându-se solul forestier (figura 1).

Tipul de test Static Germinator Jacobsen Germinator S 180 - RUMEDTemperatură 25 ± 3 oCLumină 16 ore lumină/8 ore întunericSticlărie Vase Petri diam. 12 cm / discuri hârtie filtru Volum testat 80 g substratUmectare 20 ml apă distilată la start + 5ml la fiecare două zileControl Apă distilată

Număr de seminţe 100 seminţe de molid (provenienţa Lunca Bradului)/disc la distanţe egale (8 x 8 mm)

Număr de repetiţii 3/variantă dispuse randomizatDurata testului 15 zileMonitorizare Zilnic (control temperatură, umiditate, numărat, măsurat)Indicator de germinare Lungimea radicelei >2 mmIndicator de necrozare Peste ¼ din radicelă necrozată

Indicatori principali

Indice germinare control (GI ) = 100

Indicatori secundari Procent mortalitate = Procent seminţe necrozateDurata medie a fazelor germinării (zile)

Condiţiile testului de germinareTabelul 2

Procentul mediu de germinaţie în raport cu substratul, la 7 zile (alb), 10 zile (gri deschis) şi 15 zile (gri închis)

Figura 1

159


La 7 zile, testele statistice ANOVA şi Tukey au arătat că nu există diferenţe semnificative în ceea ce privește procentul de germinaţie, o consecință a faptului că seminţele s-au dezvol-tat mai ales pe seama rezervelor proprii, inter-acţiunea cu substratul fiind practic insesizabilă. La 10 zile, valorile procentului de germinaţie s-au situat între 39 % (Pinul1) şi 69% (sol for-estier). Variabilitatea procesului s-a dimi nuat, abaterea standard variind între 4% (Sulf) şi 12% (Control, Ilva1). Rezultatele acelorași teste statistice arată diferenţe semnificative doar între solul forestier şi Pinul1. La 15 zile (la finalizarea testului), procentul de germi-naţie a avut valori cuprinse între 42% (Sulf) şi 91% (Ilva4). Uniformitatea germinării a fost remarcabilă, doar la varianta Control abaterea standard fiind de 8%. Analiza statistică a indi-cat că numai varianta Sulf se deosebeşte sem-nificativ de toate celelalte variante, confirmând astfel efectul fitotoxic al acestui substrat. Aceste rezultate sugerează și faptul că, în ca-zul testelor de germinaţie la care se utilizează seminţe de molid, experimentul trebuie să aibă o durată mai mare de 10 zile, fapt ce reiese şi din analiza graficelor din figura 2: efectele de fito-toxicitate se manifestă după 11 zile, perioadă după care, la seminţele deja germinate, se accentuează eliminarea cauzată de necrozarea radicelelor. Concluzia ar fi că, la seminţe de molid, efectele fitotoxice se manifestă vizibil la 12-13 zile. Analiza curbelor (ultimul seg-ment al sigmoidei) indică faptul că procentul de germinaţie începe să se stabilizeze la trece-rea a 13 zile de la declanşarea experimentului. Deoarece în literatura de specialitate se recomandă ca rezultatele testelor să se rapor- teze la proba de control, în tabelul 3 se prezintă valorile procentuale la 7, 10 şi 15 zile, împre-ună și cu o ierarhizare a variantelor analizate în raport cu proba de control. Astfel, la 7 zile s-au înregistrat diferenţe ale procentului de germinare de peste 5 ori (sol forestier-martor), iar sub nivelul martorului doar proba Ilva1 a prezentat o tendinţă de inhibare. La 10 zile, diferenţele s-au micşorat/omogenizat (153%),

iar proba Pinul1 a înregistrat valori mai reduse decât martorul. Efectul fitotoxic al haldei cu conţinut ridicat de sulf şi cu valori reduse ale indicatorilor chimici apare la 15 zile. Un comportament mai constant al rangu-lui se înregistrează la probele Ilva3 (6-4-6); Ilva4 (2-2-1) și Pinul1 (8-9-8), în timp ce la alte probe diferenţele sunt mai ridicate - Sulf (4-3-9), Ilva1 (9-7-5), Pinul3 (3-8-7). Influenţa favorabilă asupra germinării se constată la probele Ilva4, Pinul2 şi Humus. Considerând drept indicator al acestor condiţii, caracteris-tica cea mai semnificativă - valoarea pH-ului - se constată o creştere semnificativă a valorii coeficientului de corelaţie la 15 zile (0.783)

Dinamica procesului de germinare la seminţe de molid

Figura 2

VariantaGerminare la 7 zile

Germinare la 10 zile

Germinare la 15 zile

% Rang % Rang % RangControl 100 100 100Sulf 278 4 125 3 54 9Ilva1 89 9 116 7 107 5Ilva2 167 7 116 6 109 4Ilva3 172 6 125 4 107 6Ilva4 366 2 134 2 115 1Pinul1 127 8 86 9 105 8Pinul2 225 5 119 5 112 2Pinul3 289 3 104 8 106 7Humus 508 1 153 1 111 3

Dinamica procesului de germinare la seminţe de molid

Tabelul 3

160


faţă de 10 zile (0.0119) (figura 3). Analizând relația dintre procentul relativ de germinaţie (%G) și pH, conţinut de azot (N%), respectiv de humus (H%), s-au identificat con-tribuții semnificative ale pH-ului (p = 0,0029) doar pentru o durată a testului de 15 zile:

%G = 18,53 pH - 164,29 N% + 6,87H% + 20,41

Relaţia de mai sus explică 96% din variabili-tate, iar testele ANOVA/Tukey au arătat că proba Sulf se detaşează de celelalte probe, constituindu-se ca un grup separat, în cadrul căruia nu s-au depistat diferenţe statistice sem-nificative.

Lungimea radicelelor seminţelor de molid

În figura 4 se prezintă lungimea medie a radi-

celelor pentru variantele analizate. După 10 zile, diferenţierea morfologică prin dezvolta-rea radicelei este uniformă, dar foarte redusă (2,36 ± 0,29 mm), doar seminţele germinate pe suport de sol forestier atingând 3,47 mm. La 15 zile, diferenţierea este mult mai accentuată (tabelul 4), lungimea medie fiind de 9,69 ± 2,06 mm. În cazul variantei Sulf se sesizează un nivel minim de 2,72 mm, valoarea maximă înregistrându-se în cazul variantei sol forestier (13,8 mm). Dacă la 10 zile numai substratul de sol forestier se separă de substratul Ilva1, la o durată de 15 zile agregarea variantelor este mult mai accentuată. Nivelul de fitotoxicitate este foarte ridicat pentru varianta sulf, ridicat pentru Pinul 1 şi Pinul 3. Nu sunt surprinse efecte fitotoxice, la variantele Ilva 1, Ilva 3 şi Pinul 2, iar substratele Ilva 2 şi humus au fa-vorizat dezvoltarea radicelei. Analiza curbelor dezvoltării radicelelor (figu ra 5) arată că, practic până în ziua a cin-cea, nu au loc transformări. Saltul la 2 mm (pragul de germinare) se face pe parcursul a încă 3-5 zile, după care se sesizează prezența creşterii active, cu diferenţieri clare între vari-ante. La fel ca în cazul procentului de ger-minaţie, raportarea la proba de control pune în evidenţă efectele de inhibare, respectiv de potenţare a creşterii radicelei şi, indirect, influ-enţele fitotoxice (tabelul 5). La nivelul radicelelor, efectele de fitotoxicitate se observă la 10 zile. Cu excepţia probei

Relaţia dintre procentul de germinaţie şi valorile pH-ului la 10 şi la 15 zile

Figura 3

Lungimea medie a radicelelor în raport cu sub-stratul la 10 şi 15 zile

Figura 4 Dinamica dezvoltării radicelelor Figura 5

161


Ilva1, celelalte variante care au înregistrat lungimi relative sub 100% la 10 zile se menţin pe acelaşi palier valoric şi la 15 zile (Sulf – fig. 2a și Pinul1- fig. 2b Material suplimentar). În cazul substratului cu sulf diferenţele sunt mai mari, probând nivelul ridicat al toxicităţii. Indiferent de perioada luată în considerare, parametrii chimici prezintă o influenţă im-portantă în dezvoltarea radicelei. La 10 zile, relația are forma:

Lr10[mm] = 1,437 pH + 140,569 N% - 2,052H%+ 93,32

Atât în acest caz, cât și pentru durata de 15 zile, varianța explicată de model este mare (R2

= 0,962, respectiv R2 = 0,950, în ultimul caz pH-ul fiind semnificativ la p < 0,001):

Lr15[mm]= 29,022 pH + 135,20 N% - 1,507 H% - 28,081

Relaţia dintre procentul de germinaţie şi lungimea radicelelor, în valori relative faţă de control (figura 6) indică faptul că efectele de fitotoxicitate se produc simultan, inhibând sau favorizând dezvoltarea generală a seminţei.

Durata fazelor de germinare

Similar cum - în mod conventional - pentru germinare s-a considerat un prag de 2 mm pentru lungimea radicelei, în vederea marcării nivelelor şi a ritmului dezvoltării au fost alese praguri de 5 mm, 10 mm, 15 mm, respectiv 20 mm. Duratele medii ale interfazelor au înre- gistrat următoarele valori: umflarea seminţe-lor 6.9 ± 0,3 zile, crăparea tegumentului 2,7 ± 0,2 zile, germinarea 3,1 ± 0,4 zile, atingerea lungimii de 5 mm 1,7 ± 0,3 zile (Rad. 5), atin-gerea lungimii de 10 mm 1,6 ± 0,1 zile (Rad. 10), atingerea lungimii de 15 mm 1,2 ± 0,1 zile (Rad. 15) și atingerea lungimii de 20 mm: 1,4 ± 0,1 zile (Rad. 20). Duratele medii pe variante şi faze sunt pre- zentate în tabelul 6. Deşi valorile medii sunt apropiate, au fost observate diferenţe sem-nificative între variante, în ordinea favorabi- lităţii, proba de humus distanțându-se de toate celelalte; urmează apoi probele Ilva2, Ilva3 şi Ilva4, iar probele Pinul2, Pinul3, Ilva1 şi Con-trol constituie grupul variantelor cu durata cea mai mare. Abaterile faţă de proba de Control (figura 7) arată că aproape toate variantele s-au manifes-

Relaţia dintre procentul relativ de geminaţie şi lungimea medie relativă a radicelelor

Figura 6

Varianta Umflare Crăpare Germinare Rad. 5 Rad. 10 Rad. 15 Rad. 20 Durata medie totală a fazelor

Control 7,79 ± 1,9 2,26 ± 1,3 2,79 ± 1,7 1,87 ± 0,9 1,66 ± 0,7 1,38 ± 0,6 1,23 ± 0,6 14,81A

Sulf 6,90 ± 1,7 2,67 ± 1,6 4,00 ± 1,9 2,05 ± 1,1Ilva1 6,98 ± 1,7 2,53 ± 1,4 2,80 ± 1,8 2,40 ± 1,5 1,70 ± 0,7 1,21 ± 0,5 1,66 ± 0,7 14,66ABC

Ilva2 6,93 ± 1,7 2,76 ± 1,6 2,97 ± 1,8 1,46 ± 0,6 1,51 ± 0,7 1,24 ± 0,5 1,46 ± 0,7 14,19D

Ilva3 6,99 ± 1,8 2,56 ± 1,5 3,06 ± 1,8 1,85 ± 0,8 1,61 ± 0,7 1,29 ± 0,5 1,27 ± 0,5 14,36BCD

Ilva4 6,54 ± 1,4 2,81 ± 1,4 3,38 ± 2,1 1,42 ± 0,6 1,55 ± 0,7 1,18 ± 0,4 1,34 ± 0,6 14,10D

Pinul1 7,18 ± 2,0 3,12 ± 1,8 3,15 ± 1,9 1,54 ± 0,6 1,63 ± 0,7 1,27 ± 0,6 1,33 ± 0,5 14.99A

Pinul2 6,66 ± 1,7 2,99 ± 1,6 3,15 ± 1,8 1,59 ± 0,9 1,52 ± 0,7 1,29 ± 0,5 1,44 ± 0,6 14,34CD

Pinul3 7,12 ± 1,9 2,76 ± 1,5 3,54 ± 2,1 1,58 ± 0,7 1,47 ± 0,6 1,04 ± 0,2 1,33 ± 0,5 14,74AB

Humus 6,63 ± 1,6 2,71 ± 1,6 2,74 ± 1,7 1,43 ± 0,6 1,52 ± 0,7 1,25 ± 0,6 1,60 ± 0,7 13,68E

Valorile medii şi abaterea standard pentru duratele interfazelor germinării (zile)Tabelul 6

162


tat mai timpuriu, nesemnalându-se efecte toxi-ce care să întârzie dezvoltarea, cu o singură excepţie (Ilva1). Coeficienţii de corelaţie dintre diferite faze (tabelul 7) arată că primele dintre acestea nu manifestă nici un fel de condiţionare, faza de germinare fiind corelată negativ cu dezvoltarea radicelelor şi cu lungimea relativă, ceea

ce însemană că, dacă perioada de germinare este mai scurtă, celelalte faze vor fi mai lung i, procentul de germinaţie va fi mai ridicat şi lungimea relativă finală va fi mai mare.

Efecte letale ale substratului

Manifestarea evidentă a fitotoxicităţii prin vătămarea radicelelor se produce numai pe substratul cu un conţinut ridicat de sulf, dacă luăm în considerare creşterea importantă a numărului de seminţe germinate care pre-zentau necroze ale radicelelor, la varianta Sulf începând cu ziua a 11-a. La celelalte variante, procentul seminţelor afectate are o uşoară creştere dar, chiar și după 15 zile, rămâne sub 10%, putând fi considerat ca normal (figura 8).

Dinamica dezvoltării radicelelor Figura 8Durata fazelor germinării pe tipuri de sub-strate, comparativ cu proba de control

Figura 7

Matricea semnificaţiei coeficienţilor de corelaţie între fazele germinării şi indicatorii de bază ai testului de germinare

Tabelul 7

CaracteristicaDurata de … %

germ. rel.

L. rel.Umfla-

reCră-pare

Germi-nare Rad. 5 Rad. 10 Rad. 15 Rad. 20

Umflare 1Crăpare n.s. 1Germinare n.s. n.s. 1Rad. 5 n.s. n.s. oo 1Rad. 10 n.s. n.s. oo n.s. 1Rad. 15 n.s. n.s. oo n.s. *** 1Rad. 20 n.s. n.s. oo n.s. *** *** 1% germ. rel. n.s. n.s. oo n.s. ** ** *** 1L. rel. n.s. n.s. o n.s. *** *** *** *** 1

Notă. S-a marcat cu o, corelaţia negativă şi cu *, corelatia pozitivă. Nivelele de semnificaţie: *** - p < 0.001, ** - p < 0.01, * - p < 0.05.

163


Testul ANOVA arată că există diferenţe foarte semnificative între varianta Sulf şi celelalte variante. Valorile indicelui de germinaţie pentru cate-goriile de substrat (tabelul 8) indică diferenţe semnificative între proba Sulf, probele Ilva3, Pinul1 şi Pinul3, care sunt diferite de proba de sol forestier (Humus), în timp ce probele Ilva1, Ilva2, Ilva4 şi Pinul2 nu se deosebesc semni-ficativ de aceasta, ceea ce evidențiază existența a trei domenii distincte de fitotoxicitate. Relaţia dintre indicele de germinaţie și acidi-tatea substratului, conţinutul în azot şi conţinu-tul de humus are forma (R2 = 0.965, cu pH semnificativ la p < 0,001):

IG(%) = 37,879 pH + 174,14 N% - 2,136H% - 59,608

Toxicitatea relativă TR raportată la indicele de germinare, pe baza informaţiilor din tabelul 9 utilizarea, are forma:

TR= -0,0002 IG2 - 0,0069 IG + 8,762

Considerând că un anumit efect de inhibare se poate manifesta la valori ale IG de 100 ± 15%, domeniile de variaţie ale toxicităţii rela-tive pentru condiţiile din Călimani sunt pre-

zentate în figura 9. Au fost delimitate trei do-menii de toxicitate: A - toxic, care nu permite dezvoltarea vieţii, cu nivelul de toxicitate mai mare de 6,7 (IG sub 85%), B - neutru, în care se pot manifesta fenomene de inhibare a proce-selor fiziologice, cu nivelul toxicităţii cuprins între 5,6 şi 6,7 şi C - favorabil, în care plantele se dezvoltă normal, cu nivelul toxicităţii sub 5,6. Din rațiuni practice, s-a întocmit și o hartă a distribuţiei spaţială a domeniilor de toxici-tate pentru zona studiată (fig. 3 Mat. supl.); ca urmare este relativ facilă corespondența între indicele de germinație și toxicitatea relativă (figura 9).

Valorile medii ale indicelui de germinaţie (IG)Tabelul 8Caract./Varianta Sulf Ilva1 Ilva2 Ilva3 Ilva4 Pinul1 Pinul2 Pinul3 Humus

Media 15,16C 119,35AB 130,41AB 105,18B 131,57AB 94,23B 124,03AB 100,11B 159,04A

Abaterea standard 3,98 11,99 8,09 9,21 7,38 8,73 9,24 5,62 8,32

Clasa-ment 9 5 3 6 2 8 4 7 1

Câmpul de variaţie al indicelui de germi-naţie şi al fitotoxicităţii relative

Figura 9

Caract./Varianta Sulf Ilva1 Ilva2 Ilva3 Ilva4 Pinul1 Pinul2 Pinul3 Humus

Tip de substrat Sulf RAS RAS RAS Mixt Mixt RAS RAS+Fe Sol forestierToxicitate relativă 8,71 5,19 4,57 5,92 4,49 6,43 4,93 6,17 2,71Domeniul de toxicitate toxic favorabil favorabil neutru favorabil neutru favorabil neutru favorabil

Nivelul de toxicitate relativă pentru suprafeţele luate în studiuTabelul 9

Notă. Abrevieri: Sulf - minereu cu conținut ridicat de sulf, RAS - steril silicios, Mixt - amestec tehnologic neomogen, Fe- minereu cu conținut ridicat de oxizi de fier.

164


Discuție și concluzii

Efectul fitotoxic al haldelor apare în testele de germinaţie la o durată mai mare de 11 zile, în timp ce procentul de germinaţie se stabilizează după 13 zile. Acesta din urmă este redus sem-nificativ numai pe substratele cu un conţinut ridicat de sulf. Relaţia dintre procentul de ger-minaţie şi valorile pH-ului, respectiv conţinu-tul de azot şi humus este distinct semnificativă, confirmând influenţa maximă a acidităţii și in-direct a conţinutului de sulf. Efectul fitotoxic al radicelelor apare evident la trecerea unei perioade de peste 10 zile, în timp ce influenţa pH-ului asupra lungimii radi-celelor a fost dovedită la un nivel foarte sem-nificativ. Diferenţierea influenței substratelor cu ajutorul parametrului “lungimea medie a radicelelor” a fost mai eficientă decât în cazul procentului de germinaţie. De asemenea, du-rata medie de atingere a unor praguri dimen- sionale a lungimii radicelelor poate contribui la stabilirea mai precisă a nivelelor de toxi-citate. S-a constatat că primele două faze s-au desfăşurat sub influenţa directă a factorilor endogeni, influenţa substratului începând a se manifesta o dată cu declanşarea germinaţiei. Efectele letale asupra plantulelor au fost sur-prinse numai la substratul bogat în sulf , cele-lalte substrate nu prezintă diferenţe semnifica-tive, așezându-se într-un grup separat. Indicele de germinaţie ca indicator sintetic prezintă valori diferite în raport cu tipul de substrat, de la 15.16 (varianta Sulf), la 159.04 (varianta humus) și a permis elaborarea unei corespondenţe cu nivelele relative de fitotoxi-citate, fiind determinate trei domenii de fito-toxicitate, a căror importanță practică princială o reprezintă cartarea spaţială a fitotoxicităţii şi, legat de aceasta, explicarea strategiilor de con-stituire a stadiilor pioniere pe halde. Informațiile din literatura de specialitate conferă valenţe ridicate indicelui de germi-nare, un produs al procentului relativ de ger-minaţie şi al lungimii relative a radicelei. Indi-catorii obținuți din experiment sunt parametri

numerici esențiali în calculul indicelui de ger-minare, ca indicator compozit care s-a dovedit a fi foarte flexibil la valorile de fitotoxicitate, datorită sensibilităţii radicelelor în primele zile ale dezvoltării. Corespondenţa dintre tipul substratului şi fitotoxicitatea relativă nu este una univocă, dată fiind diversitatea tehnologiilor de haldare şi de variabilitatea naturii substratelor. Totuşi, tendinţele generale pot fi sesizate, acestea prezentând o utilitate certă în managementul măsurilor de (fito)remediere sau de conducere a succesiunilor. Practic, instalarea vegetației este posibilă pe toate tipurile de substrat, atât pe cale artificială, cât și prin declanșarea suc-cesiunilor secundare, a stadiilor de graminee sau arbuști, urmate de stadiul pionier constitu-it din specii forestiere. Substratul va influența ritmul creșterii și al colonizării, cele care pre- zintă un conținut ridicat de concentrat de sulf fiind extrem de toxice, caz în care care vor fi necesare măsuri specifice de decontaminare și de amendare.

Bibliografie

Araujo, A.S.F., Sahyoun, F.C., Monteiro, R.T.R., 2001. Evaluation of toxicity of textile sludge compost on seed germination and root elongation of soybean and wheat . Rev. Ecosistema 26(2): 117-119.

Castro, J., Zamora R., Hodar J. A., Gomez J.M., 2005. Ecology of seed germination of Pinus sylvestris L. at its southern Mediteranean distribution range. Invest. Agrar: Sist. Recur. For. 14(2): 143- 152.

Cenuşă, E., 2009. Mapping the favorability zones for the reinstallation of natural vegetation in Negoiu Româ-nesc- Pietricelul area, Călimani Mountains. 9th Inter-national Multidisciplinary Scientific GeoConference, Bulgary, Ecology and Environmental Protection, Con-ferece Proceedings II, pp. 571-578.

Gruda, N., Rau, B.J., Wright, R.D., 2009. Laboratory bio-essay and greenhouse evaluation of a Pine tree substrate used as a container substrate. Europ. J. Hort. Sci. 74 (2): 73–78.

Hosseini, R., H., Khanlarian, M., Ghorbanli, M., 2007. Effect of lead on germination, growth and activity of Catalase and Peroxidase Enzyme in root and shoot of two cultivars of Brassica napus L. Journal of Biological Science 7(4): 592-598.

Justice, O.L., Reece, M.H., 1954. A rewiew of literature

165


and investigation on the effects of hidrogen-ion concen-trations on the germination of seeds. J. Assoc. of Seed Anal. 34: 144-149.

Marlon, E. V., García J.F., Peinad, F.M., 2007. Deter-mination of phytotoxicity of soluble elements in soils, based on a bioassay with lettuce (Lactuca sativa L.). Science of The Total Environment 378(1-2): 63-66.

Mikulka, J., Chodova, D., 2003. Germination and emer-gence of prickly lettuce (Lactuca seriola L.) and its susceptibility to selected herbicides. Plant Soil Environ. 49(2): 89-94.

Nagda, G.K., Diwan, A.M., Ghole, V.S., 2006. Seed ger-mination bioassays to asses toxicityof molasses fer-mentation based bulk drug industry efluent. Electron. J. Agric. Food Chem. 5(6): 1598-1603.

OECD, 2003. Guideline for the testing of chemicals, Ter-estrial plant test; Vegetative vigour test. OECD, Paris.

Parascan, D., Danciu, M., 2001. Fiziologia plantelor lem-noase. Editura „Pentru Viață”, Brașov, 301 p.

Sharifi, M., Sadeghi, Y., Akpapour, M., 2007. Germination and groWth of six plant specie son contaminated soil with spent oil. Int. J. Environ. Sci. Tech. 4(4): 463-470.

Tam, N.F.Y., Tiquia, S., 1994. Assessing toxicity of spent pig litter using a seed germination technique. Resourc-es, Conservation and Recycling 11: 261-274.

USEPA, 1996. Seed germination/root elongation toxicity test – Office of Prevention, Pesticides and Toxic Sub-

stances, U.S.Environmental Protection Agency, Wash-ington, D.C.

Wallace, P., 2005 – Assesment of options and require-ment for stability and maturity testing of composts. The Waste and Resurces Action Programme, 2, March 2005, 22-29.

Wibawa, W., Mohamad, R.B., Puteh, A.B., Omar, D., Ju-rami A.P., Abdullah, S.A., 2009: Residual phytotoxic-ity effects of paraquat, glyphosate and glufosinate-amo-nium herbicide in soil from field-treated plots , Int. J. Biol., 11, 214-216.

Material suplimentar

Versiunea online a articolului include material su-plimentar.

Fig. 1 Variantele de substrat utilizate pentru testele de fitotoxicitate

Fig. 2 Lungimea radicelelor în cazul variantei Sulf, respectiv Pinul1

Figura 3 Harta domeniilor de toxicitate

Material suplimentar Cenușă R., Leberciuc E., Teodosiu M., 2015. Germinația semințelor de molid pe substraturi cu diferite nivele de fitotoxicitate: un studiu de caz pentru exploatarea Călimani. Bucov. For. 15(2): 155-165.

MS1

Figura 1 Variantele de substrat utilizate pentru testele de fitotoxicitate: 1-Humus

forestier, 2-Ilva1, 3- Ilva2, 4- Ilva3, 5- Ilva4, 6- Pinul1, 7- Pinul2, 8- Pinul3, 9- Sulf

1 2 3 4 5 6 7 8 9


MS2

Figura 2 Lungimea radicelelor la repetiţiile Sulf (stânga) și Pinul 1 (dreapta)


MS3

Figura 3 Harta domeniilor de toxicitate

Notă. Harta s-a realizat prin interpolare (metoda kriging) în aplicația Arcgis Desktop

(ESRI - Environmental Systems Research Institute, Redlands California, SUA)

germinația semințelor de molid pe substraturi cu diferite ...2)/02_cenusa_155-165.pdf ·...

Documents