CC BY
80
УДК 630*114.53
Г. Г. Ягафарова (д.т.н., проф.), М. И. Маллябаева (к.т.н., доц.), Ч. И. Ибрагимова (маг.), Т. З. Забиров (асп.)
МОНИТОРИНГ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ПЕСТИЦИДАМИ
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра прикладной экологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347)2431737, e-mail: ibragimova_ch@inbox.ru
G. G. Yagafarova, M. I. Mallyabaeva, Ch. I. Ibragimova, T. Z. Zabirov
MONITORING OF AGRICULTURAL GROUNDS AFTER PROCESSING BY PESTICIDES
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431737, e-mail: ibragimova_ch@inbox.ru
Проведен системный анализ образцов почв в пахотном слое сельскохозяйственных угодий ООО «АгроГалс» Аургазинского района Республики Башкортостан (РБ) после длительной обработки пестицидами. Произведена оценка токсичности образцов почв в пахотном слое сельскохозяйственных угодий на тест-объектах: кресс-салат и Paramecium caudatum — инфузория туфелька. Проведен общий анализ микроорганизмов, растущих на мясо-пептонном агаре. Проведена идентификация структуры трансформированных соединений в почве методами и 13C ЯМР спектроскопии, MALDI-TOFF.
Ключевые слова: биоиндикатор; загрязнение почв; 1H и 13C ЯМР спектроскопия; инфузория туфелька; кресс-салат; питательные среды; продукты метаболизма; сельскохозяйственные угодья; системный анализ.
Systematic analysis of soil samples in the topsoil farmland LLC «AgroGals» Aurgazinsky district of Bashkortostan (RB) after prolonged treatment with pesticides. Estimate the toxicity of soil samples in the plow layer of agricultural land on the test objects: watercress and Paramecium caudatum — ciliate shoe. General analysis of microorganisms growing on meat-peptone agar is carried out. Identification of the structure transformed in the soil by 1H and 13C NMR spectroscopy, MALDI-TOFF is made.
Key words: bioindicator; ciliate slipper; farmland; 1H and 13C NMR spectroscopy; nutrient media; products of metabolism; soil pollution; system analysis; watercress.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Состояние почв во многом определяет экологическое равновесие в целом. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органических веществ, различных химических элементов, а также энергии
Состоянию почвы в настоящее время уделяется все больше внимания, поскольку негативные последствия антропогенного загрязнения почв проявляются на региональном и на глобальном уровнях. В настоящее время разработка программ мониторинга за химическим загрязнением почв является наиболее актуальной задачей. Создание таких программ требует
прежде всего правильной оценки современного состояния почв, испытывающих воздействие антропогенных загрязняющих веществ 2, т. е. организации системы наблюдений и оценки их состояния.
Целью работы является системный анализ образцов почвы сельскохозяйственных угодий ООО «АгроГалс» Аургазинского района Республики Башкортостан (РБ) после длительной обработки пестицидами.
Площадь данных сельскохозяйственных угодий, где выращивали различные сельскохозяйственные культуры составляет более 10 тыс. га. С целью борьбы с сорной растительностью и вредителями в течение ряда лет производили обработку данных территорий пестицидами.
Дата поступления 09.06.14
Проанализированы образцы почв под разными сельскохозяйственными культурами: образец №1 — после культивирования кукурузы; образец №2 — подсолнуха; образец №3 — свеклы, в качестве контроля был выбран заведомо чистый субстрат — образец №4.
Материалы и методы исследования
В ходе работы проведена оценка токсичности образцов почв в пахотном слое сельскохозяйственных угодий на тест-объектах: кресс-салате 3 (по следующим критериям: всхожесть семян, ежедневный прирост побегов и длина побегов) и Paramecium caudatum — инфузории туфелька 4, согласно методике 4.
Для проведения общего микробиологического анализа производили посев микроорганизмов на плотной среде — мясо-пептонном агаре (МПА) 5.
С целью идентификации остаточного содержания пестицидов был проведен анализ экстрактов проб почвы спектральными методами анализа (1H и 13C ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии MALDI-TOFF).
Для анализа подготавливалась проба с предварительным разделением на полярные и неполярные соединения почвенной вытяжки. С этой целью было произведено их разделение методом адсорбционной хроматографии, в качестве адсорбента использовали силикагель, имеющий на поверхности активные полярные центры. Использовали следующие растворите-
ли-элюенты: гексан — для неполярных соединений и этилацетат — для полярных соединений. ЯМР (1H, 13C) спектры продуктов реакции записаны в CDCl3 на спектрометре «Bruker Avance 400». Масс-спектры МАЛДИ получены на масс-спектрометре MALDI TOF/ /TOF Autoflex III smartbeam фирмы BRUKER (Германия) в рефлекторном режиме.
Результаты и их обсуждение
Результаты исследований представлены в табл. 1. Опыты с использованием в качестве тест-объекта кресс-салата свидетельствуют о загрязненности образцов почв.
Как видно из результатов анализа, наименьшая всхожесть семян кресс-салата, наблюдается в образце №3 — после культивирования свеклы, в образцах №1 и №2 после выращивания подсолнуха и кукурузы всхожесть семян несколько выше и составляет 90 и 73 % соответственно. При этом длина побегов в исследуемых образцах меньше, чем в контрольном образце.
В табл. 2 представлены результаты исследования токсичности образцов почв на приборе «Биотестер-2», с использованием инфузории туфелька в качестве тест-объекта.
В результате исследований выяснено, что индекс токсичности образцов почвы № 2 и №3 — сельскохозяйственные угодья после уборки кукурузы и после уборки свеклы, составляет 0.55 и 0.66 соответственно, что характерно
Таблица 1
Всхожесть семян кресс-салата
Образец № Посевы Название^\^ образца Через 7 сут
Кол-во, шт Длина,см % всхожести
1 Подсолнух 27 5 90
2 Кукуруза 22 4 73.3
3 Свекла 17 4 56.6
4 Контроль 30 6 100
Определение степени токсичности
Таблица 2
№ Название образца Средние показания прибора (1ср) Индекс токсичности (T) Токсичность
1 Подсолнух 24.5 0.3 Допустимая степень токсичности
2 Кукуруза 18 0.55 Умеренная степень токсичности
3 Свекла 12.6 0.66 Умеренная степень токсичности
4 Контроль 29.6 0.18 Допустимая степень токсичности
5 Контроль (инфузории) 36.3 - -
для умеренной степени токсичности. В остальных случаях индекс токсичности почв является допустимым.
Токсичность почв может быть также подтверждена микробиологическими исследованиями 5.
Анализ микроорганизмов исследуемых образцов почвы чашечным методом Коха показал, что образец почвы после культивирования свеклы несколько обеднен разнообразием микроорганизмов. Наблюдается обильный рост микромицетов из рода Pénicillium (рис. 1).
Результаты эксперимента свидетельствуют, что исследуемые сельскохозяйственные угодья, особенно после культивирования свек-
лы, после длительной обработки пестицидами сохраняют токсичность.
Комплексный анализ полученных данных методами и 13С ЯМР спектроскопии (рис.2-4) показал, что органическая фракция в обоих образцах преимущественно состоит из тяжелых алканов (С15—С21-углеводородов). В образце с полярными соединениями обнаружены алкил- и хлорзамещенные ароматические соединения, олефины. По спектрам 1И ЯМР идентифицированы также замещенные диолы общей формулы ИОСИ2(СИ)ОИА1к и органические кислоты А1к-СООИ. Следует отметить, что в полярной фракции №2 был идентифицирован полиэтиленгликоль (ПЭГ) со средним
Рис. 1. Общий микробиологический анализ (слева направо: образец после культивирования подсолнуха, кукурузы и свеклы)
s. ï
I- ù
[ I
h.
У m
Рис. 2. ЯМР - спектр (1Н) вытяжки из образца после культивирования свеклы (неполярная фракция)
А.
■_^яН
I I
М1\
Ч_I
т"*' т!» "" 111 " ¡»"® "'' '?!»' »!» « а*« "к®.....
III 1
Ш V
йй У V V
Рис. 3. ЯМР- спектр (1Н) вытяжки из образца после культивирования свеклы (полярная фракция)
зг у
¿111111
Ч1/Г/
1
*
а. ■
I» *
*Шт4ш
» Л I» I
Рис. 4. ЯМР- спектр (13С) вытяжки из образца после культивирования свеклы (полярная фракция)
количеством звеньев п=15. Идентифицированный методом МЛЬВ1-ТОРР ПЭГ может являться вторичным продуктом после обработки глифосатом 6, либо реагентом при рекультивации почв.
Таким образом, сельскохозяйственные угодья, обрабатываемые длительное время пестицидами, нуждаются в постоянном мониторинге токсичности почв пахотного слоя и при необходимости— в применении современных агрохимических мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую среду.
Литература
1. Ашихмина Т. Я. Экологический мониторинг. Академический проект. Альма Матер.— 2008.— 416 с.
2. Федорец Н. Г, Медведева М. В. Методика исследования почв урбанизированных территорий.— Петрозаводск: Карельский научный центр РАН.- 2009.- 84 с.
3. Федорова А. И., Никольская А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды.— М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.— 288 с.
4. Методика определения токсичности воды по хе-мотоксической реакции инфузорий / Разработчик: АОЗТ «Спектр-М», / ПНД ФТ 14.1:2:3:4.2-98.- С-Петербург.- 1998.
5. 2293-81 Методические указания по санитарно-микробиологическому исследованию почвы. Утв. 19.02.1981
6. Маллябаева М. И., Тюмкина Т. В., Балакирева С. В., Ягафарова Г. Г.// Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт.- 2013.- №3.- С.38.
References
1. Ashihmina T. Ya. Ekologicheskiij monitoring [Environmental monitoring]. Akademicheskii proekt [Academic Project]. Moscow, Al'ma Mater Publ., 2008, 416 p.
2. Fedorets N. G, Medvedeva M. V. Metodika issledovaniya pochv urbanizirovannykh territorii [Technique to study the soil in urban areas]. Petrozavodsk, Karel'skii nauchnyi centr RAN Publ., 2009. 84 p.
3. Fedorova A. I., Nikol'skaya A. N. Praktikum po ekologii i okhrane okruzhayushhei sredy [Workshop on Ecology and the Environment]. Moscow, VLADOS Publ., 2001, 288 p.
4. Metodika opredeleniya toksichnosti vody po hemotaksicheskoj reaktsii infuzorii [Methods of determining the toxicity of water on the chemotactic response of ciliates] Razrabotchik: AOZT «Spektr-M», Saint Petersburg. PND F T 14.1:2:3:4.2-98, 1998.
5. 2293-81 Metodicheskie ukazaniya po sanitarno-mikrobiologicheskomu issledovaniyu pochvy [Methodological guidelines for sanitary-microbiological study of soil]. Utv. 19.02.1981
6. Mallyabaeva M. I., Tyumkina T.V., Balakireva S.V., Yagafarova G.G. Ekologicheski chistyi sposob polucheniya nizkomolekulyarnogo polietilenglikolya [Environmentally friendly method of producing low molecular weight polyethylene glycol]. Neftepererabotka i nefte-khimiya. Nauchno-tehnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt, 2013, no. 3, pp. 38-39.
