Проведена экотоксикологическая оценка почв г

ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ГОРОДСКИХ ПОЧВ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
Яковишина Татьяна Федоровна
доцент кафедры экологии и охраны окружающей среды, канд. с.-х. наук,
доцент, Государственное высшее учебное заведение
«Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры»,
Украина, г. Днепропетровск
E-mail: [email protected]
ECOTOXICOLOGICAL ESTIMATION
OF THE CITY SOIL BY THE BIOTESTING METHOD
Tatyana Yakovyshyna
Associate Professor of Ecology and Environmental Protection Department,
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor,
State Higher Educational Establishment
“Prydniprovska Statе Academy of Civil Engineering and Architecture”,
Ukraine, Dnipropetrovsk
АННОТАЦИЯ
Проведена экотоксикологическая оценка почв г. Днепропетровска методом
биотестирования с использованием в качестве тест-организма овса посевного,
а тест-реакций — энергии прорастания, длины корешка, высоты проростка
и сухой биомассы. Установлены границы токсичности городской почвы
от низких (зеленые зоны и частный сектор левобережной части) до высокой
(промышленные зоны правобережной части города).
ABSTRACT
The ecotoxicological estimation of Dnepropetrovsk soil has been conducted
by biotesting with using as a test organism oat and test reactions — energy
______________________________
Яковишина Т.Ф. Экотоксикологическая оценка городских почв методом биотестирования //
Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2015. № 8 (16) .
URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2491
of the germination, root length, seedling height and dry biomass. The limits
of the toxicity have been determined for city soil from low (green zoned and private
sector of the left bank) to high (industrial zone of the right bank).
Ключевые слова: биотестирование, почва, токсичность, загрязнение,
трансформация, Avena sativa L.
Keywords: biotesting, soil, toxicity, contamination, transformation, Avena
sativa L.
Введение
В
урбоэкосистеме
состояние
гомеостаза
во
многом
определяется
протекторными свойствами почвы, которая может депонировать различные
загрязнители на достаточно длительное время, тем самым делая их
недоступными для начального звена трофической цепи
— растений,
а следовательно, исключает их дальнейшую миграцию в биосфере. Однако
следует учитывать, что городская почва не всегда подпадает под классические
определение почвы как природно-исторического тела, во-первых, из-за
трансформации
ее
профиля
в
результате
строительной
деятельности
и практически полного уничтожения верхнего плодородного слоя, а во-вторых,
за счет значительной техногенной нагрузки при загрязнении тяжелыми
металлами и нефтепродуктами. Оценка качества почвы путем определения
содержания в ней химических элементов и их соединений физико-химическими
методами дает информацию об их количестве, но не о том токсическом
эффекте, который она может оказывать на живые организмы и, в первую
очередь, на растения. Кроме того, проблематично совместно оценивать целый
ряд показателей, например, гранулометрический состав и содержание тяжелых
металлов, ведь доподлинно известно об ухудшении плодородия почвы
как при диспергации
почвенных
коллоидов
с
последующей
эрозией,
так и при загрязнении Cd, Pb, Zn, Cu, Cr и т. д. Следует также помнить,
что физические и агрохимические свойства почвы, как то: содержание
глинистых минералов, гумуса, полуторных оксидов, карбонатов кальция
и значение
реакции
буферность
—
почвенного
способность
раствора [4, с. 109]
закреплять
катионы
обуславливают
тяжелых
ее
металлов
в недоступные для корневой системы растений соединения и тем самым
снижать их токсичность. И только методы биотестирования дают возможность
получить
комплексный
ответ
почвы
на
загрязнение [1, с. 262; 2, с. 165],
адекватно оценить возможности ее протекторных свойств, следовательно,
безопасности для живых организмов.
Цель работы заключалась в экотоксикологической оценке городских
почв, как природно-исторического тела, которое было подвержено различным
экзогенным влияниям, как то: трансформация в результате строительной
деятельности и загрязнение в процессе функционирования урбоэкосистемы,
методами
биотестирования,
что
и
было
проделано
на
примере
г. Днепропетровска.
Объект и методика проведения исследований
На территории г. Днепропетровска находятся 27 крупных промышленных
предприятий металлургической, машиностроительной, химической и пищевой
отраслей, а также теплоэнергетики, связанных между собой разветвленной
сетью транспортных артерий. Среднегодовая концентрация загрязняющих
веществ составляет по пыли — 2,0 ПДК, аммиаку — 1,3 ПДК, диоксиду азота —
2,3 ПДК, формальдегиду — 3,7 ПДК, фенолу — 1,3 ПДК, оксиду углерода —
1,0 ПДК. При этом уровень техногенной нагрузки превышает 300 т на 1 км2,
что выше аналогичного показателя по области в 10 раз.
Почвы
г. Днепропетровска
представлены
антропогенно
трансфор-
мированными урбаноземом и хемоземом, которые фрагментарно сохранили
черты зональной почвы — чернозема обыкновенного, однако имеют
нарушенный почвенный профиль зачастую с загрязненным верхним слоем.
Для
экотоксикологической
оценки
почв
урбоэкосистемы
г. Днепропетровска на его территорию была нанесена сетка (2 км × 2 км),
что в свою очередь дало возможность выделить 65 ключевых участков для
отбора проб со следующим распределением: левобережье — 21, правобережье —
44; по районам — Амур-Нижнеднепровский — 13, Бабушкинский — 7,
Жовтневый — 8, Индустриальный — 5, Кировский — 3, Красногвардейский —
9, Ленинский — 12, Самарский — 8; по характеру функционального
назначения — промышленная зона — 9, высотная застройка — 13, частный
сектор — 26, зеленая (рекреационная) зона — 17.
В качестве тест-организма был выбран овес посевной (Avena sativa L.) —
высшее растение, эукариот, автотроф, продуцент, с хорошо изученной биологией
и экологией, который Р.Р. Кабиров (1999) рекомендует использовать, как в одно-,
так и в многокомпонентных системах биотестирования. Для успешного
проведения эксперимента и получения сопоставимых результатов семена брали
из одной партии и проверяли на всхожесть, которая составила 92 % при норме
не менее 70 [5, с. 410]. Тест-функциями выступали энергия прорастания, длина
проростка, высота корешка и сухая биомасса.
Энергию прорастания семян Avena sativa L. изучали по дружности появления
проростков на 4-е сутки после замачивания их в почвенных вытяжках. Почвенную
вытяжку готовили следующим образом: одну часть воздушно-сухой, просеянной
через сито с диаметром отверстий 2 мм почвы взбалтывали с четырьмя частями
дистиллированной воды в течение 15 мин.; полученную смесь отстаивали 2 часа;
затем опять взбалтывали и фильтровали через складчатый бумажный фильтр.
В чашки Петри помещали сложенный в несколько слоев бумажный фильтр,
на который раскладывали семена Avena sativa L. в количестве 50 штук и приливали
почвенную
вытяжку.
В
качестве
контроля
выступала
вытяжка,
приготовленная из зональной почвы Северной Степи Украины — чернозема
обыкновенного малогумусного тяжелосуглинистого. Энергию прорастания (В, %)
рассчитывали по формуле [5, с. 410]:
В = (a/b)×100%,
где: a — число проросших семян,
b — общее число семян, взятых для проращивания.
Следующий биотест проводили непосредственно с почвой согласно
существующим стандартам (ДСТУ ISO 11269-1:2004). Для устранения
систематической ошибки в опыте использовали проклюнувшиеся семена Avena
sativa L., которые высаживали в вегетационные сосуды и выращивали в течение
10 суток при температуре воздуха 22—25 0С, относительной влажности
60—70 %, освещенности 10 клк, длине светового дня 14 ч. По окончании
эксперимента
определяли
индекс
токсичности
фактора
(ИТФ)
по формуле [5, с. 410]:
ИТФ = (ТФо1/ ТФк1 + ТФо2/ ТФк2 + ТФо3/ ТФк3 )/3
где: ТФо — значение регистрируемой функции в опыте,
ТФк — значение регистрируемой функции в контроле.
Экотоксикологическую
оценку
почв
г. Днепропетровска
проводили,
используя шкалу Р.Р. Кабирова (1997), т. к. она в отличие от шкалы
Н.М. Джуры (2006) [3, с. 185] учитывает возможность проявления эффекта
Арнд-Щульца, а именно, стимулирующего действия, которое могут оказывать
малые дозы ксенобиотиков на живые организмы. Повторность биотестов —
пятикратная. Обработку полученных результатов осуществляли при помощи
методов математической статистики.
Результаты исследований
Энергия прорастания семян овса посевного была достаточно низкой,
только на контрольном варианте по истечении 4 сут. были получены дружные
всходы. Обращает на себя внимание тот факт, что на вариантах, отобранных
в районе юго-западной группы заводов, этот показатель вообще составил
8—12 % и наблюдалась частичная гибель тест-объекта, что в свою очередь
свидетельствовало о сверхвысокой токсичности.
При сравнении морфометрических показателей в наибольшей степени
токсический эффект проявлялся по отношению к ингибированию роста корня,
ведь он непосредственно контактирует с загрязненной средой. По окончании
эксперимента были обнаружены признаки краевого некроза на проростках
вариантов с почвой, отобранной на ул. Маршала Малиновского и Валентина
Ларионова (промышленные зоны). При достаточно небольших линейных
размерах значения сухой биомассы тест-объекта были достаточно высокими,
что опосредованно указывало на накопление тяжелых металлов организмом
растения.
В целом по значению ИТФ морфометрические показатели Avena sativa L.
свидетельствовали о разной степени проявления токсического эффекта
от низкой — на периферии левобережья до высокой с единичными участками
сверхвысокой — в Ленинском районе. Почвы промышленных зон левого берега
(Амур-Нижнеднепровский, Индустриальный районы) были менее токсичны,
чем правого берега и жилого массива «Приднепровск», расположенного
в излучине
рек
Днепр
и
Самара.
На
данной
территории
находится
Приднепровская ТЭС, зона активного загрязнения которой накрывает весь
город.
Селитебная
застройка
характеризовалась
низкой
токсичностью
с локальными пятнами средней и в некоторых случаях высокой токсичности,
что
было
более
характерно
для
частного
сектора,
непосредственно
примыкающего к промышленным зонам. Следует отметить, что санитарнозащитные зоны вокруг промышленных предприятий практически полностью
отсутствуют: как правило, их окружает стихийная застройка послевоенного
периода.
Почвы
зеленых
зон,
расположенные
на
окраинах
Амур-
Нижнеднепровского, Самарского, Жовтневого и Ленинского районов можно
отнести к условно нетоксичным, значения ИТФ (0,91—0,97) приближались
к границам нормы, однако в центре города (парк им. Т.Г. Шевченко) они
отличались низкой токсичностью. Стимулирующего действия не наблюдалось
ни на одном из вариантов, что свидетельствует о достаточно высоком уровне
загрязнения и значительных потерях почвенного плодородия. Ошибка опытов
не превышала 1,5 %.
Выводы:
1. Методы биотестирования дают возможность провести всестороннюю
экотоксикологическую оценку городских почв с учетом нарушения их свойств
в результате строительной деятельности с наложением существующего уровня
загрязнения.
2. Из изученных в опыте тест-функций, наиболее чувствительной
оказалась энергия прорастания, однако для полноты получения информации ее
следует рассматривать в совокупности с морфометрическим показателями.
3. Установлены границы токсичности городской почвы от низких (зеленые
зоны и частный сектор Жовтневого, Ленинского Амур-Нижнеднепровского
и Самарского районов) до высокой (промышленные зоны правобережной
части города, Ленинский район).
Список литературы:
1.
Валерко Р.А.
Особливості
біотестування
антропогенно
забруднених
ґрунтів з метою їх екотоксичної оцінки // Вісник ХНАУ. — 2013. —№ 2. —
С. 262—266.
2.
Губачов О. І. Особливості використання рослин для біотестування ґрунтів
з метою визначення рівня екологічної безпеки промислових територій //
Науковий вісник КУЕІТУ. — 2010. — № 3. — С. 164—170.
3.
Джура Н.М.
Можливості
використання
рослинних
тест-систем
для біомоніторингу нафтозабруднених ґрунтів // Біологічні студії. — 2011. —
Т. 5, № 3. — С. 181—188.
4.
Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам //
Агрохимия. — 1995. — № 10. — С. 109—113.
5.
Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование
многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного
покрова городской территории // Экология. — 1997. — № 6. — С. 408—411.