CC BY
125
УДК 504.4.054
П. М. Мазуркин, О. Ю. Евдокимова, Р. А. Халитов
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОЙ НЕФТЬЮ РЕЧНОЙ ВОДЫ
Ключевые слова: загрязнение, длина корня, закономерности.
Показаны запатентованные способы по индикации загрязнения нефтью речной воды по росту корней растения. Представлена методика проведения биотестирования по проращиванию семян редиса красного круглого (Raphanus sativa L.). Выявлены закономерности изменения длины корня растения при различной концентрации нефти в речной воде.
Keywords: pollution, root length, regularity.
Patented methods for indicating oil pollution of river water on the growth of plant roots are represented. The methodology of the biotest conducting on seed germination of radish red round (Raphanus sativa L.) is presented. The patterns of relationship between length changes of the plant roots and different oil concentrations in the river water are indicated.
В настоящее время проводятся различные исследования по выявлению и оценке опасных уровней загрязнения нефтью [1, 2, 3].
Существует способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения [4]. Однако в пробе воды рек и водоемов не измеряется до биотестирования концентрация нефти и поэтому неизвестно изменение длины корня тестируемого растения. При этом отсутствуют способы экологического нормирования до испытаний проб речной или иной воды.
При проведении эксперимента по методике [5] на фильтровальную бумагу круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю укладывался шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, которую затем помещали в чашку Петри с ориентацией её метки в северном направлении по компасу. Аналогично поступали по всем повторам чашек Петри, после проводили укладку семян через каждые 30° азимута посадкир (рис.1).
С
Рис. 1 - Схема размещения 12 семян в чашке
На рисунке 1 номерами обозначены места посадки семян редиса красного круглого с белым кончиком, а также приведен угол определения азимута посадки р.
Далее у всех проростков проводили измерение длины корня, причем эту длину корня измеряли у всех семян, включая и непроросшие, у
которых значение длины корня принимали равным нулю.
Выявление методом идентификации биотехнической закономерности изменения длины корня каждого проростка растения в зависимости от азимута посадки проростков за 72 часа проращивания семян выполняют по обобщенной формуле
Ь = ^ + Ь2, (1) L1 = Ь0, Ь2 = А о,о$,(жр/ р + а7),
А = а1 ехр(-а2ра3), р = а4 + а5ра6, где Ь - длина корня каждого проростка растения в чашке Петри, мм; Ь1 - первая составляющая,
учитывающая влияние загрязнения в чистом виде, мм; Ь0 - теоретическое независимое значение
длины корня от азимута посадки семени, мм; Ь2 -
вторая составляющая колебательного возмущения растения по длине корня каждого проростка в чашке Петри за 72 часа, характеризующая влияние стороны света, мм; А - половина амплитуды колебательного возмущения корней проростков, мм; р - половина периода колебательного изменения по азимуту посадки семени, град; р - азимут посадки семени, град; а1...а7 - параметры готовой
статистической модели.
Например, при поливе семян речной водой в одной чашке Петри была получена двухчленная биотехническая закономерность
Ь = и + Ь2, (2)
Ь1 = 25,51866,
Ь2 = 35,83023 ехр(-0,096491 р0’5190 )соа( жр /(55,91559 -- 0,00050888 р1-73960 ) -1,05 9 30).
Первая составляющая показывает стабильное распределение длины корней растений, то есть характеризуется устойчивым законом. Наиболее значимой является вторая составляющая, которая характеризует колебательное возмущение популяции семян редиса красного от азимута посадки семян. Коэффициент корреляции 0,9814 высок, что убеждает в высокой адекватности полученной статистической модели (2) (рис. 2).
Максимум длины корня проростков редиса красного круглого наблюдается при азимутах 0 и 30°, минимум приходится на 180°.
Э = 3.11105215 г = 0.98135998
семян редиса красного в зависимости от азимута посадки семени
Амплитуда колебания для наилучшей особи растения всегда равна нулю, то есть самая сильная особь не волнуется. Большой размах амплитуды показывает рост изменчивости длины корня по отдельным особям, так как речная вода расширяет адаптационные возможности изменчивости в росте корней редиса красного.
Амплитуда принимает высокие значения, когда семена тест-растения расположены в восточной части чашки Петри, здесь семена испытывают сильное волнение. При 180° азимута посадки амплитуда уменьшается, достигает минимума при 330°, при этом семена испытывают меньшее волнение.
Проведено сравнение с показателями статистики по вариации (табл. 1).
Таблица 1 - Описательная статистика
взошедших семян редиса красного круглого
Статистические показатели Значения описательной статистики по месяцам
32.12.09 05.04.10 10.08.10 13.10.10
Размах К, мм 2,00 2,00 5,00 1,00
Минимум хт1П , мм 5,00 5,00 2,00 6,00
Максимум хтах , мм 7,00 7,00 7,00 7,00
Среднее арифметическое х , мм 6,17 6,42 5,00 6,58
Средняя ошибка выборки, мм 0,21 0,23 0,39 0,15
Среднее квадратичное отклонение а , мм 0,72 0,79 1,35 0,51
Дисперсия выборки а2 0,52 0,63 1,82 0,27
Коэффициент вариации Уа , % 11,64 12,36 29,97 7,82
Эксцесс Е -0,69 -0,46 0,92 -2,26
Асимметричность Ах -0,26 -0,99 -0,80 -0,39
Предельная ошибка при Р = 0,95 0,46 0,50 0,86 0,33
Коэффициент вариации Уа составил
меньше 33 %, то есть все совокупности однородны,
колебания длины корня редиса красного круглого незначительны. По полученным результатам Е < 0, то есть данные более равномерно распределены по всей области значений от хтах до хт1П . При этом распределение плосковершинное. Для августа Е > 0, данные сконцентрированы около среднеарифметического значения. Так как Ах < 0, то наблюдается ассиметрия левосторонняя.
Основные эксперименты по проращиванию семян редиса красного круглого с белым кончиком были проведены в количестве 12 штук при четырех повторах.
Нами проведено (табл. 2) тестирование содержания в воде нефти разной объемной концентрации. Пробу воды отбирали из реки М. Кокшага перед городским водозабором г. Йошкар-Ола.
Таблица 2 - Длина корней редиса красного круглого после полива водным раствором нефти разной объемной концентрации
Азимут посадки <р, град Объемная концентрация нефти С, %
0 2 4 6 8 12 16 20
30 26 28 0 0 5 8 13 0
60 0 26 5 11 9 15 14 0
90 13 19 17 25 0 12 9 12
120 26 16 15 6 7 10 9 14
150 16 10 17 19 7 23 0 5
180 27 23 8 11 15 14 10 0
210 29 13 10 20 12 12 10 0
240 23 20 12 4 18 5 23 0
270 16 10 24 4 26 21 8 6
300 32 24 9 0 14 14 10 8
330 21 26 20 21 13 8 9 4
0 14 26 8 12 10 13 9 0
Из таблицы 2 видно, что чем больше концентрация нефти, тем меньше длина корня. При снижении объемной концентрации нефти в речной воде длина корня возрастает.
Для наглядности на рисунке 3 показан пространственный график зависимости длины корня. Длина корня принимает наибольшие значения при объемной концентрации нефти от 0 до 8 %. При этом максимум приходится на азимут посадки семени в 0 и 330°. При объемной концентрации 2 % нефть оказывает малое влияние на рост корня редиса красного круглого.
Как пример, при концентрации нефти 2 % была получена двухчленная биотехническая закономерность
Ь = Ьх + Ь2, (3)
Ь1 = 18,78545,
Ь2 = 9,62713 ехр(-0,0028760 р) со$,(яр /(127,02248 --0,16494 р) - 0,92425).
График распределения максимальной длины корня в каждой чашке Петри при поливе водным раствором разной концентрации нефти также показывает снижении длины корня при увеличении
концентрации и имеет закономерность в виде обобщенного закона гибели Ьтах = 31,00617 ехр(-0,04506 С0 83481 ). (4)
где Ьтах - максимальная длина корня редиса красного круглого, мм; С - объемная концентрация нефти, %.
Рис. 3 - Двухфакторный график динамики длины корня редиса красного круглого
Максимальное количество непроросших семян приходится на большую концентрацию нефти. При объемной концентрации нефти 20 % количество непроросших семян редиса красного круглого составило 50 %. Поэтому дальнейшее увеличение концентрации нефти не проводилось и количество испытуемых чашек Петри с учетом контрольной при проведении биотестирования редисом красным круглым приняли равным восьми.
Идентификацией биотехнического закона была получена закономерность, представленная в виде следующей модели всхожести ппр = 10,33736 ехр(0,03182С )со8(яС / 51,71648), (5)
где ппр - количество проросших семян редиса
красного круглого, шт.; С - объемная концентрация нефти, %.
Полученная модель (5) показывает волновое возмущение семян редиса красного круглого к содержанию нефти.
Из графика распределения проросших семян редиса красного круглого от концентрации нефти (рис. 4) видно, что небольшие концентрации нефти не значительно влияют на всхожесть семян, но увеличение концентрации приводит их к гибели.
S = 1.26945667 г = 0.83071792
Рис. 4 - График распределения количества проросших семян от концентрации нефти
Проведенные испытания показали, что предлагаемый новый по сравнению с [4] способ с высокой точностью учитывает влияние азимута на распределение длины корня проростка при определении загрязнения речной воды нефтью.
Способ прост и значительно повышает точность тестирования загрязненной нефтью речной воды.
Литература
1. Балымова, Е.С. Биомониторинг активного ила -перспективный путь решения проблемы экспресс контроля процесса биологической очистки нефтесодержащих сточных вод / Е.С. Балымова, Р.К. Закиров, Р.Р. Гайнетдинова, Ф.Ю. Ахмадуллина // Вестник Казанского технологического университета. -2012. - .№2. - С.50-53.
2. Вершинин, А.А. Влияние нефтяного загрязнения на эколого-биологическое состояние различных типов почв / А.А. Вершинин, А.М. Петров, Л.К. Каримуллин, Ю.А. Игнатьев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - .№8. - С.207-211.
3. Евдокимова, О.Ю. Влияние концентрации нефти на рост корней растений / О. Ю. Евдокимова // Казанская наука. - 2011. - №2. - С.46-48.
4. Пат. 2402765 Российская Федерация, МПК G 01 N 33/18 (2006.01). Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения / Мазуркин П. М., Евдокимова О.Ю.; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. тех. ун-т. - №2009133898/04; заявл. 09.09.2009; опубл. 27.10.10, Бюл. №30.
5. Евдокимова, О.Ю. Методика биотестирования речной воды / О. Ю. Евдокимова, П. М. Мазуркин // Казанская наука. - 2011. - №1. - С.18-20.
6. Евдокимова, О. Ю. Способ испытания загрязнения речной воды по показателю времени роста корней растения / О.Ю. Евдокимова // Успехи современного естествознания. - 2011. - №1. - С.27-35.
© П. М. Мазуркин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. природообустройства Поволжского госуд. технол. ун-та, г.Йошкар-Ола, ка£_ро@та11.т; О. Ю. Евдокимова - асп. той же кафедры; Р. А. Халитов - д-р техн. наук, проф. каф. оборудования химических заводов КНИТУ.
