CC BY
92
58 Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области №3(10) 2015
УДК 504.064:57.084.5 ББК26.23-28.080.1
ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СНЕГОВОГО ПОКРОВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАЙОНА г. ЧЕЛЯБИНСКА
Ю.Ю. БАХАРЕВА, ФГБОУВПО ЧелГУ, г. Челябинск, Россия Д.Ю. НОХРИН, Уральский филиал ФГБНУ "ВНИИВСГЭ", г. Челябинск, Россия
e-mail: nokhrin8@mail.ru
Аннотация
С использованием прибора "Биотестер-2" и культуры инфузорий Paramecium caudatum проведена экспресс-оценка токсичности 17 проб снегового покрова, сформировавшегося в зимний период 2010-2011 гг на территории Металлургического р-на г. Челябинска. Среднее значение индекса токсичности Itox составило 0,16 (95% ДИ:-0,03 - 0,35), что соответствует категории "нетоксично". Результаты сравниваются с данными исследования 2006 г; построены карты распределения Itox.
Ключевые слова: снеговой покров, биотестирование, инфузории, токсичность.
Актуальность. В последние годы методы биотестирования стали неотъемлемой частью работ по оценке степени антропогенного загрязнения экосистем и его последствий. Причины этого заключаются, во-первых, в сложном характере взаимодействий загрязнителей между собой и компонентами окружающей среды, носящими часто непредсказуемый характер, а во-вторых - в высокой чувствительности биосистем к действию токсикантов. Именно
биотестирование позволяет оценить интегральное воздействие комплекса
токсикантов на живые организмы, включая человека.
Из всех объектов экологического
мониторинга особое место занимает снеговой покров. Он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения атмосферного воздуха,
атмосферных осадков, а также последующего загрязнения вод и почв. При образовании и выпадении снега концентрация
загрязняющих веществ в нём оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе, что позволяет определять их достаточно простыми методами и с высокой степенью надёжности [1]. Также проба снегового покрова усредняет все загрязнения, как по направлению сноса, так и по времени, а потому наиболее близка к среднему уровню загрязнения атмосферы в данном районе за
период от начала формирования снегового покрова до времени отбора пробы [4].
Экологическая обстановка в
Металлургическом районе г. Челябинска формируется под влиянием выбросов ряда промышленных предприятий, крупнейшим из которых является ОАО "Челябинский металлургический комбинат" (ЧМК), а также выбросов автотранспорта. Для селитебной части района неблагоприятными являются относительно редкие ветры северовосточного (5%) и восточного (3%) направлений, при которых усиливается влияние ЧМК. Основными поллютантами рассматриваемой территории являются: бенз (а) пирен, формальдегид, плавиковая кислота, а также фенол, сероводород и взвешенные вещества [2].
Цель данной работы заключалась в оценке токсичности снегового покрова,
сформировавшегося на территории Металлургического р-на города Челябинска, примыкающей к крупному
металлургическому предприятию. Поскольку в нашем распоряжении имелись данные аналогичного исследования, проведённого в 2006 г. на территории всего г. Челябинска, также была поставлена задача сопоставить результаты биотестирования, проведённого с интервалом в 5 лет.
Материал и методы исследования.
Отбор проб снега на территории
58
Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области №3(10) 2015 59
Металлургического р-на г. Челябинска был проведён 30 марта - 1 апреля 2011 г на 17 участках. Пробы отбирали вдоль основных магистралей (с отступлением от полотна дороги не менее 50 м) и внутри жилых массивов с помощью цилиндра 0 4" на всю глубину снегового покрова. На каждом участке снег собирали в 3 точках, удаленных друг от друга на расстояние 20-50 м, и ссыпали в одну емкость, из которой после перемешивания в пластиковую тару отбирали фиксированный объем (2,35 л) смешанной пробы. Пробы фасовали в полиэтиленовые мешки и транспортировали в лабораторию, где снег растапливали при комнатной температуре, а талую воду разливали в пластиковые бутыли для последующего анализа.
Оценка токсичности талой воды была проведена на фотометре "Биотестер-2" (ЦНТТМ "Квант", Санкт-Петербург, Россия) с использованием в качестве тест-объекта культуры инфузории-туфельки P. caudatum согласно методике [3]. Пробы анализировали в случайном порядке; для каждой пробы снимали по 10 показаний прибора. В качестве контроля использовалась отстоянная и прокипяченная водопроводная вода. Величину индекса токсичности рассчитывали по формуле:
Лох = (К-О) /К, где К - величина тестреакции контрольной пробы, О - величина тест-реакции опытной пробы [3].
Для сравнения результатов
биотестирования разных лет из данных 2006 г. были отобраны только те значения Itox, которые попадали в исследованную в 2011 зону Металлургического р-на г. Челябинска. В ходе статистической обработки данных использовали: показатели описательной
статистики, однофакторный дисперсионный анализ и критерий Манна - Уитни. Интерполяцию пространственных данных проводили методом минимального искривления (minimum curvature). Расчёты и графические построения выполнены в пакетах KyPlot (v. 2.0 beta 15; [6] ) и 3DField (v. 3.3.8.0; [5] ).
Результаты и обсуждение. Высота снегового покрова варьировала на станциях отбора проб от 24 до 49 см и составила в среднем 35,9+1,84 см. Плотность снега варьировала от 300 до 390 г/дм3 и составила в
о
среднем 347+6,8 г/дм .
Биотестированию проб предшествовало построение калибровочной кривой зависимости показаний прибора "Биотестер-2" от концентрации культуры инфузорий. Как видно из рис. 1, в области рабочей концентрации (158 ед. по шкале прибора) зависимость была близка к линейной, а сама рабочая концентрация составила чуть более 300 кл./мл. Как показывает наш опыт в области приборного биотестирования, данная концентрация близка к оптимальной для получения устойчивых и интерпретируемых оценок токсического воздействия.
указанием рабочей концентрации тестобъекта
Результаты биотестирования сведены в таблице 1. Среднее значение индекса токсичности составило 0,16, что соответствует категории "нетоксично". Количество токсичных проб (Itox>0,35) составило 3 шт., или 17,6%.
59
60 Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области №3(10) 2015
Таблица 1
Сравнительная характеристика токсичности снегового покрова Металлургического района г. Челябинска в разные годы______________________________________________________________
Показатели Период формирования снегового покрова
2005-2006 гг. 2010-2011 гг.
Количество проб 21 17
Минимум; максимум -0,71; 0,74 -0,52; 0,94
Среднее (95%-ный доверит. интервал) 0,22 (0,06 - 0,37) 0,16 (-0,03 - 0,35)
Медиана 0,23 0,10
(квартили) (0,09 - 0,40) (-0,01 - 0,23)
Критерий Манна - Уитни U [21;17] =138,5; р=0,246
В ходе однофакторного дисперсионного анализа было установлено, что по токсичности пробы снега различались статистически значимо: F [16; 153] =37,13; Р<0,001. Поэтому далее имело смысл искать
источник (и), определяющие обнаруженные неслучайные различия. Для этого полученные данные были обработаны с использованием методов пространственной интерполяции.
Рисунок 2. Контуры распределения индексов токсичности проб снега в Металлургическом районе г. Челябинска (интерполяция методом минимального искривления): А - 2006 г., Б - 2011 г.
60
Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области №3(10) 2015 61
Рисунок 3. Изолинии распределения индексов токсичности проб снега на карте Металлургического района г. Челябинска (интерполяция методом минимального искривления): А - 2006 г., Б - 2011 г.
Как видно из рис. 2-Б и 3-Б, максимальные значения Itox в 2011 г. были сконцентрированы в южной части исследованной территории города и доходила примерно до середины пос. Першино. Именно с юга к этой территории примыкает крупная промышленная зона, включающая цинковый, электрометаллургический и лакокрасочный заводы и ряд мелких предприятий. Наибольшая часть территории, характеризовалась значениями Itox в интервале от 0 до 0,25, что соответствует категории "нетоксично". Минимальные значения Itox наблюдались на "островке" посреди Металлургического р-на и в районе пос. Каштак.
В ходе сравнения результатов биотестирования снегового покрова в 2011 г. с результатами аналогичного исследования 2006 г. было обнаружено, что пробы снега, собранные в разные годы обладали сходными границами и размахом изменчивости Itox и не различались статистически значимо по среднему значению этого показателя. Это указывает на устойчивость результатов биотестирования во времени и/или сходный уровень токсической нагрузки на рассматриваемую территорию.
При графическом сопоставлении карт распределения индекса токсичности обнаруживается главное их несоответствие: более высокие значения Itox в селитебной
части Металлургического р-на в 2006 г. Учитывая, что уровень загрязнения от автотранспорта за 5 лет не уменьшился, представляется логичным искать объяснения данному несоответствию в уровнях поступлении токсикантов с территории ЧМК в изученные годы с учётом различий в розе ветров. Вместе с тем, характер распределения токсикантов в снеговом покрове 2005-2006 гг. и 2010-2011 гг. имеет также ряд общих черт: зона высокой токсичности в южной части, зона низкой токсичности в северо-западной части и "островок" минимальных значений в юго-западном направлении от центра исследованной территории.
Заключение. Результаты биотестирования снегового покрова, сформировавшего на территории Металлургического р-на г. Челябинска в зимний период 2010-2011 гг, указывают, на отсутствие токсического воздействия на инфузорий большинства проб. Токсичными были 3 пробы, собранные в южной части района. Сопоставление результатов биотестирования за разные годы выявило близость оценок показателей токсичности и различия в пространственном распределении токсикантов. Стабильно низкие значения токсичности снегового покрова отмечаются в северо-западной части города (пос. Каштак и его окрестности).
61
62 Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области №3(10) 2015
Список литературы
1. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Методические указания: мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 185 с.
2. Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 2006 году / Под ред. Г.Н. Подтесова. Челябинск: Мин-во по радиац. и экол. безоп. Челяб. обл., 2007. 222 с.
3. Методика экспресс-оценки степеней токсического загрязнения водных проб с помощью прибора "Биотестер". Москва, 1991. 26 с.
4. Сонин Г.В. Кондуктометрический метод анализа атмосферных осадков и природных вод. Казань, 1997. 69 с.
5. Galouchko V. Contour Maps and Digitize Image Program 3DField. URL: http://field.hypermart.net (дата обращения 20.06.2011).
6. Yoshioka K. KyPlot - a user-oriented tool for statistical data analysis and visualization // Computational Statistics. 2002. V.17, №3. P. 425-437.
EXPRESS ESTIMATION OF SNOW COVER’S TOXICITY IN CHELYABINSK
METALLURGICAL AREA
YU.YU. BAKHAREVA, Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia D.YU. NOKHRIN, Ural Branch of All-Russia Research Institute of Veterinary Sanitary, Hygiene, and
Ecology, Chelyabinsk, Russia e-mail: nokhrin8@mail.ru
Abstract
With the use of the device "Biotester-2" and culture of infusorians Paramecium caudatum, was made an express estimation of toxicity of 17 samples of snow cover, formed during the winter period 2010-2011 on the territory of Metallurgical area in Chelyabinsk. Average value of the toxicity index Itox was 0,16 (95% CI:-0,03 - 0,35) that falls into category "nontoxic". Results are compared to the research of 2006; maps of distribution of an Itox were made.
Keywords: snow cover, biological testing, infusorians, toxicity.
62
