CC BY
46
24. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь-справочник. / Д.С. Орлов и др., 1991. -303 с.
25. Чукпарова А.У. Оценка состояния и биологическая рекультивация нефтезагрязнен-ных почв. Всероссийский журнал научных публикаций. 2011. Апрель. С. 2425.й
26. Фрид А.С. Экологическое нормирование свойств почв при антропогенных воздействиях. Матер. межд. научн. конф, посвящ. 165-летию В.В. Докучаева. «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности Рос-сии».СПБ. 2011. С. 498-499.
27. Яковлев А.С. , Никулина Ю.Г. Экологическое нормирование допустимого остаточного содержания нефти в почвах земель разного хозяйственного значения. // Почвоведение. 2013. № 2. С. 234-239.
28. Mc Gill W. W. Soil restoration following oil spills: review // J. Can. Petrol. Technol., 1977. Vol. 16, № 2.-p. 60-67.
29. William I. N. An overview of the USERA national oil and hazardous substances pollution contingency plan Subpart I Product Schedule (41 CFR 300/900) Spill Science Technology Bulletin. 2003. V. 8. Iss 5-6. P. 521-527.
А.А. Околелова
профессор кафедры промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности, д.б.н., Волгоградский государственный технический университет
A.A. Oko\e\ova,
рrofessor of the Department industrial ecology and Wfe safety, doctor of biological Sciences, Volgograd state technical University
В.Н. Заикина
аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
V.N.Zaxkxna
postgraduate student of the Department of industrial ecology and life
safety, Volgogr ad state technical University
БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
Аннотация. В работе описаны методы оценки токсичности нефтеза-грязненных почв с помощью фитоиндикатора (редис красный «Мерка-до») и биоиндикатора (черви Lumbricus rubeiius). Оба индикатора токсичности почв оперативны, информативны и просты в применении. Показана эффективность применения хитозана для снижения содержания нефтепродуктов в почвах.
В контрольном образце, целина УНПЦ «Горная поляна» семена проросли на 6 сутки, в светло-каштановых почвах АЗС № 3 и АЗС № 1 - на 8 сутки. В светло-каштановой почве АЗС № 1 с меньшим содержанием НП - 80% всхожесть, что ниже на 17%, чем в контроле (97%), а в почве АЗС № 3 с большим содержанием НП всхожесть составляет 63,3%, это на 33,7% меньше по сравнению с контролем. В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 (НП = 202 мг/кг) высота ростков в 6,33 см на 2,17 см ниже, чем в контроле на целине (8,50 см), а в глинистой почве АЗС №1 (НП = 135 мг/кг) высота ростков в 6,00 см меньше на 2,50 см по
сравнению с контролем. В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 при большей концентрации НП (202 мг/кг) высота ростков выше на 0,33 см, чем при меньшем содержании НП (135). Содержание органического углерода в почве АЗС № 3 составляет 2,7%, а АЗС № 1 - 0,82, что объясняет более высокие показатели высоты ростков в почве АЗС № 3 по сравнению с АЗС № 1. Выявлена тенденция: фитотоксичность почв, определенная по высоте проростков, увеличивается с возрастанием НП в почвах.
В глинистой и песчаной светло-каштановых нефтезагрязненных почвах без хитозана 100% смертность червей Lumbncus rubeUus отмечена на седьмой день. Выживаемость дождевых червей Lumbncus rubeUus не зависит от содержания НП в почвах и ее гранулометрического состава. Хитозан эффективно снижает токсичность нефтезагрязненных почв. С внесением в почву хитозана в обеих почвах черви жили в течение 7 дней. В опыте с глинистой почвой АЗС №1 (135 мг/кг НП) на 31 день погибло 3 червя, с АЗС № 3 (202 мг/кг НП).
Annotation. The paper describes methods for assessing the toxicity of contaminated soils using phytoindicator (radish red "Mercado") and bioindica-tor (worms Lumbncus rubeUus). Both indicators of toxicity of the soil prompt, informative and easy to use. The efficiency of the use of chitosan to reduce the content of oil products in soils.
In the control sample, virgin UNPTs "Gornaya polyana" seeds germinated on day 6, light-brown soils of filling station number 3 and station number 1-8 on the day. In light-chestnut soil of the petrol station number1 with less content of petroleum products (PP) - 80% germination rate, which is lower by 17% than in controls (97%), and the soil station number 3 with a high content of petroleum products, the germination rate is 63.3%, which is 33.7% less compared to control. In a light brown sandy soil filling station number 3 (PP = 202 mg/kg) height of sprouts 6.33 cm by 2.17 cm lower than in the control virgin (8,50 cm), and clay soil station number 1 (PP = 135 mg/kg) of sprouts height of 6.00 cm less than 2,50 cm compared to control. In a light brown sandy soil filling station number 3 at higher concentrations of PP (202 mg/kg) height of sprouts is higher by 0.33 cm than at lower content of PP (135). The content of organic carbon in the soil station number 3 is 2.7%, and the stations number 1 - 0,82, which explains the higher height of sprouts in the soil station number 3 compared to station number 1. The revealed tendency: the phytotoxicity of soil defined by the height of the seedlings increases with increase of petroleum products in soils. In clayey and sandy, light-brown oil-contaminated soils without chitosan 100% mortality of worms Lumbncus rubeUus observed on the seventh day. The survival of the earthworms Lumbricus rubellus does not depend on the content of NP in soil and its granulometric composition. Chitosan effectively reduces the toxicity of oil-contaminated soils. With the introduction of chitosan in the soil in both soils, the worms lived for 7 days. Experience with clay soil, filling station number 1 (135 mg/kg PP) on the 31 day killed 3 of the worm, from the gas station №number 3 (202 mg/kg PP).
Ключевые слова-, токсичность почв, фитоидикация, биоиндикация редис, дождевые черви, всхожесть, скорость прорастания, высота ростков, фитотоксичность, индекс фитотоксичности, выживаемость, рекультивация, хитозан.
Key words: toxicity of soils, ficoidaceae, bioindication radishes, earthworms, germination, speed of germination, plantlet height, phytotoxicity, index phytotoxicity, survival, reclamation, chitosan.
Введение
Для проведения мониторинга почв и обоснования мероприятий их эффективной рекультивации требуется оценка степени загрязнения почв нефтепродуктами. Для определения токсичности почв возможно применение фитоиндикаторов и биоиндикаторов. В качестве фитоиндикатора токсичности почв был выбран красный нестрелкующийся однолетний японский редис красный «Меркадо» в связи с его простотой применения, доступностью, быстрой всхожестью его семян и информативностью. Оперативным и информационным биоиндикатором для проведения оценки степени загрязнения почв нефтепродуктами являются черви Lumbricus rubellus в связи с тем, что они чувствительны к нефтепродуктам, типичны для светло-каштановых почв и просты в применении.
Объекты и методы исследования
Эксперимент проводили со светло-каштановыми почвами различного гранулометрического состава, загрязненными нефтепродуктами. Объекты: АЗС № 1, г. Волжский, ООО «Росхимторгойл», в 800 м от ОАО «Волжский трубный завод», глинистая почва; АЗС № 3, г. Волжский, ООО «ЛУКОЙЛ», в 300 м от сталеплавильного цеха ОАО «Волжский трубный завод», песчаная почва. В качестве контроля фитоиндикации использовалась светло-каштановая песчаная почва целины, на удалении 25 км от города, учебный научно-производственный центр (УНПЦ) «Горная поляна», контролем для биоиндикации служила светло-каштановая песчаная почва (окрестности с. Береславки Городищенского района).
Методы исследования. До экспериментов в почвах определено содержание нефтепродуктов фотометрическим методом на приборе "Концентратомер КН-2М" согласно ФР.1.31.2010.07434 (ПНД Ф 14.1:2:4.256-09), экстрагент - четырёххлористый углерод (ЧХУ), а содержание органического углерода (Сорг) определяли по И.В. Тюрину в модификации ЦИНАО.
Методика оценка токсичности почв нефтепродуктами с помощью фитоиндикатора редиса. Нами были проведены опыты для определения интенсивности проращивания семян в нефтезагрязненных и в условно незагрязненных (целина) почвах в образцах с наибольшим и наименьшим содержанием нефтепродуктов. Навеску заранее подготовленной средней пробы почвы [2], равную 50 г помещали в горшочки.
В качестве индикатора фитотоксичности был выбран красный не-стрелкующийся однолетний японский редис красный «Меркадо» [2]. Во всех вариантах опыта посев произведен одновременно, в соответствии с [3]. В ходе 14 дней модельного опыта нами были определены следующие пока-
затели: скорость прорастания, всхожесть, высота растений редиса, фито-токсичность, индекс фитотоксичности.
Семена редиса предварительно замачивали в водопроводной воде в течение суток. Затем они были пророщены: их раскладывали на увлажненной вате, покрытой фильтровальной бумагой. По 10 штук пророщенных семян было посажено в горшочки. Опыт проводили в трехкратной повторности. После прорастания семян ежедневно делали замеры высоты растения (от ножки проростка до верхнего листа).
Определение фитотоксичности. Для получения сопоставимых результатов по результатам тестирования И. И. Волкова и др. [1] предлагают рассчитывать индекс токсичности оцениваемого фактора для каждого объекта по формуле:
ИТФ= ТФо:ТФк,
где ТФо и ТФк соответственно значения регистрируемой тест системы в опыте и на контроле.
Фитотоксичность (Ф) рассчитывали по формуле Пестова и др. [8]:
Ф = (ёк - 4>) /4*100%, где ёк, ёэ - соответственно высота ростка на контроле и на экспериментальном участке.
Методики оценки токсикации почв нефтепродуктами с помощью дождевых червей ЬишЪпеш гиЪв11ш и их детоксикация хитозаном. Для оценки влияния нефтепродуктов на поведение и выживаемость дождевых червей в почвах использовали 12 прозрачных пластиковых кювет объемом 500 мл в соответствии с методиками [4, 5, 6]. Опыты проводили в двухкратной повторности. Первый вариант опыта. В кюветы помещали 400 г почвы, в каждую вносили 30 мл воды [4, 5, 6]. Второй вариант опыта. В кюветы помещали 400 г почвы, 30 мл воды, 30 г хитозана (дробленные высушенные панцири креветок, обработанные уксусной кислотой) [4, 5, 6]. Контроль - 400 г почвы и 30 мл воды. В каждую кювету на поверхность было внесено по 10 дождевых червей (ЬишЪг1ет гиЪвПш), взятых на контрольной почве. Опыты проводили при температуре 19-21°С. Выживаемость определяли с учетом смертности червей во время опыта.
Результаты и их обсуждение
Определение загрязнения почв нефтепродуктами с помощью фито-индикатораредиса красного «Меркадо»
Показатели определения фитотоксичности светло-каштановых нефтезагрязненных почв представлены в таблице 1.
Таблица 1. Показатели фитотоксичности светло-каштановых почв
№ Объект, характеристика Всхожесть, % Срок прорастания, дни Кол-во ростков Высота, см Сор г, % ИТ Ф Ф,% НП (КН-2м), мг/кг
Светло-каштановые почвы
1 Целина, УНПЦ «Горная поляна», песчаная почва 97,0 6 10 8,50±0 ,29 2,98 - - 48
2 АЗС № 3, г. песчаная почва 63,3 8 6 6,33±1 ,33 2,70 0,74 25,53 202
3 АЗС № 1, г. глинистая почва 80,0 8 8 6,00±1 ,02 0,82 0,71 29,41 135
Примечание ИТФ - индекс токсичности, Ф - фитотоксичность.
Скорость прорастания. Прорастать семена начали на первые сутки опыта. В контрольном образце, целина УНПЦ «Горная поляна» на шестые сутки проросли 10 семян, в светло-каштановых почвах АЗС № 3 на 8 сутки проросло 6 семян, в почве АЗС № 1 на 8 сутки проросло 8 семян (табл. 1).
Всхожесть. В светло-каштановой песчаной почве (целина, контроль) достигнута 97% всхожесть семян редиса (10, 10 и 9 ростков) при содержании НП = 48 мг/кг, в светло-каштановой глинистой почве АЗС № 1 (135 мг/кг НП) - 80,0 (соответственно 9, 10 и 5 ростков), в светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 (202 мг/кг НП) - 63,3 (соответственно 7, 7 и 5).
Данные по светло-каштановым почвам свидетельствуют о том, что на прорастание семян редиса влияет содержание нефтепродуктов в почве: при меньшем содержании НП наблюдается большая всхожесть семян. Ранее нами было обосновано, что «нефтепродукты» в условно незагрязненной почве, на целине - это естественные неспецифические органические соединения самой почвы [7].
По количеству выросших ростков редиса можно составить селективный ряд:
АЗС № 1 НП=135 мг/кг
1
Высота проростков. В светло-каштановой почве на целине (контроль, НП=48 мг/кг) средняя высота редиса 8,50 см, в светло-каштановой глинистой почве АЗС № 1 (НП=135 мг/кг) - 6,00 см, в светло-каштановой
песчаной почве АЗС № 3 (НП =202 мг/кг) - 6,33 см. В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 при большей концентрации НП (202 мг/кг) высота ростков выше на 0,33 см, чем при меньшем содержании НП (135). Нами было определено содержание органического углерода, которое показало, что в почве АЗС № 3 оно составляет 2,7%, а АЗС № 1 - 0,82. Поэтому большее содержание Сорг может быть вызвано высокой концентрацией НП.
В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 (НП = 202 мг/кг) высота ростков в 6,33 см на 2,17 см ниже, чем в контроле на целине (8,50 см), а в глинистой почве АЗС №1 (НП = 135 мг/кг) высота ростков в 6,00 см меньше на 2,50 см по сравнению с контролем.
По высоте выросших ростков редиса можно составить селективный ряд:
Фитотоксичность (Ф) и индекс фитотоксичности (ИТФ). В светло-каштановых почвах фитотоксичность составляет в песчаной почве АЗС № 3 (НП = 202 мг/кг) Ф=25,53%, в глинистой почве АЗС № 1 (НП = 135 мг/кг), Ф= 29,41%. Индекс токсичности ИТФ в светло-каштановых почвах изменяется в ряду: АЗС № 3 (0,74) > АЗС № 1 (0,71). Выявлена тенденция: фито-токсичность почв, определенная по высоте проростков, увеличивается с возрастанием НП в почвах.
Определение загрязнения почв нефтепродуктами с помощью биоиндикатора червей ЬишЪпсш гиЬе11ш. Первые три дня черви были живы во всех кюветах. Опыт без хитозана. На четвертый день погибло 2 из 10 червей в почвах, взятых с АЗС № 1 и АЗС № 3. На пятый день погибло 6 из 10 червей в песчаной почве с АЗС №3, в глинистой почве с АЗС №1-5 из 10 червей. На шестой день погибло 8 червей в почве с АЗС №1, в почве с АЗС №3 - 9 червей. Через неделю погибли все 10 червей в опытах без хитозана.
Опыт с хитозаном. В течение недели все черви были живы. Через 31 день погибло 3 червя в глинистой почве с АЗС № 1, 4 - в песчаной почве с АЗС № 3. В контроле погибших червей не наблюдалось в течение 31 дня. Результаты определения выживаемости червей в нефтезагрязненных светло-каштановых почвах представлены в таблице 2.
Таблица 2. Выживаемость червей в светло-каштановых почвах
Время опыта, дни Количество выживших червей
Контроль Без хитозана С хитозаном
I II Средн. I II Средн. I II Средн.
Глинистая почва, АЗС № 1, НП = 135 мг/кг
1 10 10 10 10 10 10 10 10 10
4 10 10 10 8 9 8 10 10 10
5 10 10 10 4 6 5 10 10 10
6 10 10 10 2 3 2 10 10 10
7 10 10 10 0 0 0 10 10 10
31 10 10 10 0 0 0 7 8 7
П есчаная почва, АЗС № 3, НП = 202 мг/кг
1 10 10 10 10 10 10 10 10 10
4 10 10 10 9 8 8 10 10 10
5 10 10 10 5 4 4 10 10 10
6 10 10 10 2 1 1 10 10 10
7 10 10 10 0 0 0 10 10 10
31 10 10 10 0 0 0 6 7 6
Анализ полученных данных (табл. 2) показал следующее. Содержание в почве нефтепродуктов негативно влияет на тест-организм (ЬишЪпсш гиЪеПш). В глинистой и песчаной светло-каштановых почвах 100% смертность отмечена на седьмой день. Хитозан эффективно снижает токсичность нефтезагрязненных почв. Без внесения хитозана в почву с АЗС №1 и с АЗС №3 черви погибли на седьмой день, а при его внесении в почву с АЗС №1 и АЗС №3 погибло 3-4 червей через 31 день.
Заключение
1. Содержание в почве нефтепродуктов оказывает негативное воздействие на культуру для фитоиндикации почв (редис красный «Мерка-до») и тест-организм для (черви ЬишЪпсш гиЪеПш) для биоиндикации почв.
2. На контрольном участке, целина УНПЦ «Горная поляна» на шестые сутки проросли 10 семян, светло-каштановых почвах АЗС № 1 и АЗС № 3 - на восьмые сутки. В светло-каштановых почвах АЗС № 3 на 6 сутки проросло 6 семян и больше не появилось, в почве АЗС 1 на 8 сутки проросло 8 семян. В светло-каштановой почве АЗС № 1 с меньшим содержанием НП - 80% всхожесть, что ниже на 17% , чем в контроле (97%). В почве АЗС № 3 с большим содержанием НП всхожесть составляет 63,3%, это на 33,7% меньше по сравнению с контролем.
3. В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 (НП = 202 мг/кг) высота ростков в 6,33 см на 2,17 см ниже, чем в контроле на целине (8,50 см), а в глинистой почве АЗС №1 (НП = 135 мг/кг) высота ростков в 6,00 см меньше на 2,50 см по сравнению с контролем. В светло-каштановой песчаной почве АЗС № 3 при большей концентрации НП (202 мг/кг) высота ростков выше на 0,33 см, чем при меньшем содержании НП (135).
4. Содержание органического углерода в почве АЗС № 3 составляет 2,7%, а АЗС № 1 - 0,82, что объясняет более высокие показатели высоты ростков в почве АЗС № 3 по сравнению с АЗС № 1.
5. В светло-каштановых почвах фитотоксичность изменяется незакономерно: в песчаной почве АЗС № 3 (НП 202 мг/кг), Ф=25,53%), в глинистой почве АЗС № 1 (НП = 135 мг/кг, Ф= 29,41%). Выявлена тенденция: фитотоксичность почв, определенная по высоте проростков, увеличивается с возрастанием НП в почвах. Индекс токсичности ИТФ в светло-каштановых почвах изменяется в ряду: АЗС № 3 - 0,74 > АЗС № 1 0,71.
6. В глинистой и песчаной светло-каштановых нефтезагрязнен-ных почвах без хитозана 100% смертность червей ЬишЪпсш гиЪеПш отмечена на седьмой день.
7. Выживаемость дождевых червей ЬишЪпсш гиЪе11ш не зависит от содержания НП в почвах и ее гранулометрического состава.
8. Хитозан эффективно снижает токсичность нефтезагрязненных почв. С внесением в почву хитозана в обеих почвах черви жили в течение 7 дней. В опыте с глинистой почвой АЗС №1 (135 мг/кг НП) на 31 день погибло 3 червя, с АЗС № 4 (202 мг/кг НП).
Источники:
1. Волкова И.Н., Кондакова Г.В. Экологическое почвоведение. Лабораторные занятия для студентов-экологов (бакалавров): методические указания. Ярославский государственный университет. Ярославль. 2002. 35 с.
2. ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природной почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, биологического, гельминтологического анализа. - М.: Стандартинформ, 2008. 12 с.
3. ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 30 с.
4. ГОСТ Р ИСО 22030-2009 Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений. М.: Стандартинформ, 2010. 20 с.
5. Козлов К.С. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на дождевых червей: автореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Томск, 2003.
6. Козлов К.С. Мониторинг загрязнения почв на основе биоиндикационных методов // Материалы региональной конференции молодых ученых и специалистов «Современные подходы к управлению охраной окружающей средой». Томск, 2003. С.47-53.
7. Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Егорова Г.С., Рахимова Н.А., Кастерина Н.Г., Заикина В.Н., Щербакова Л.Ф. Применение гидрогеля в почвах. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2016. 104 с.
8. Пестов Л.Ф., Сурикова Т.И. Физико-химические свойства почв и их улучшение. Учебное пособие. М.: МГУП. 2004. 64 с.
