CC BY
12УДК 502.521
Гибадуллина Н.Б., студент, Мурясова А.Р., студент, Фазлутдинова А.И., канд. биол. наук, доцент ФГБОУВПО «БГПУ им. М. Акмуллы» (Уфа, Россия)
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ В РАЙОНЕ ЗАТОНСКОЙ ТЭЦ (Г. УФА) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЕСС-САЛАТА (LEPIDIUMSATIVUML.) В КАЧЕСТВЕ ТЕСТ-ОБЪЕКТА
Аннотация. В статье представлены результаты экотоксикологической оценки почвенного покрова в районе Затонской ТЭЦ (г. Уфа) с использованием тест-объекта Lepidium sativum. Вследствие проведенного исследования выявлено, что почвенный покров на расстоянии 1км от ТЭЦ в южном направлении, отличается высокой токсичностью и оказывает отрицательное влияние на общую всхожесть, длину корня и побега семян кресс-салата.
Ключевые слова: биотестирование, техногенное загрязнение, кресс-салат, биотест, почвенный покров, город Уфа, Затонская ТЭЦ.
Актуальность исследований обусловлена негативным влиянием ТЭЦ на окружающую среду. Почва в городских условиях выступает в роли мощного своеобразного фильтра, поглощающего и до некоторой степени обезвреживающего токсичные выбросы. ТЭЦ выбрасывают много загрязняющих веществ, которые со временем накапливаются в почве. Техногенное загрязнение почвы вызывает тревогу не только потому, что оно может снизить продуктивность растений, качество продуктов сельского хозяйства, нарушить естественно сложившиеся фитоценозы, но и потому, что оно неизбежно ухудшает гигиеническое качество среды обитания человека. Поэтому изучение влияния выбросов ТЭЦ в настоящее время приобрело исключительно важное значение.
Цель: оценить токсичность почвы в районе Затонской ТЭЦ.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:
1. Изучить литературные источники по данной теме.
2. Апробировать методику биотестирования с использованием в качестве тест-объекта семян кресс-салата (Lepidium sativum L.).
3. Провести биотестирование почвенных образцов, взятых с территории Затонской ТЭЦ.
Работа была выполнена на кафедре биоэкологии и биологического образования БГПУ им. М. Акмуллы.
Биотест - организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнений. Методы биотестирования всё чаще используются для определения токсических свойств окружающих нас сред: воздуха, воды, почв, промышленных отходов, материалов и. т.д. Это объясняется рядом обстоятельств. Во-первых, указанные объекты обычно содержат большое количество ингредиентов, токсикологические свойства которых не всегда характеризуются суммой свойств каждого из них с учётом количественного состава, определяемого аналитическими методами. Во-вторых, количество присутствующих в окружающей среде загрязнителей значительно превышает число удовлетворительных физико -химических методов анализа, позволяющих контролировать их содержание на уровне ПДК. Биотестирование даёт возможность получить интегральную токсикологическую характеристику природных сред независимо от качественного и количественного состава загрязняющих веществ [2].
Характеристика тест-объекта. Кресс-салат (Ьвр1ёшт sativum Ь.) - однолетнее или двулетнее растение семейства крестоцветных. Также является быстро созревающим холодостойким растением, но оно требовательно к почвенной влаге. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян). Кресс-салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 7-10 суток [8].
Характеристика места отбора почвы. Затонская ТЭЦ (также Уфимская ТЭЦ-5) - тепловая электростанция расположена в Уфимском районе Республики Башкортостан. Площадка строительства расположена в пригороде Уфы, между сёлами Дмитриевка и Михайловка.
Электростанция введена в эксплуатацию в марте 2018 года. К Затонской ТЭЦ присоединены существующие и перспективные потребители тепловой энергии микрорайона «Затон» [10].
Станция не только одна из самых эффективных с точки зрения экономичности, она еще экологически безопасна. Во-первых, станция компактная - она располагается на площади в 10 га в Уфимском районе рядом с селом Дмитриевкой. Шумовое воздействие на окружающую среду - минимальное. Санитарно-защитная зона станции составляет 300 метров. Жилая застройка в непосредственной близости с ТЭЦ и не планируется, так как здесь проходит масса коммуникаций и трубопроводов. Ближайшие дома, которые будут построены рядом со станцией - это микрорайон Затон-Восточный. Новая ТЭЦ призвана как раз обеспечить эти дома, а также район Затон-Западный тепловой энергией. При подъезде к станции обращают на себя внимание невысокие трубы - они почти в два раза короче, чем трубы котельных в центре города. Как объяснил главный инженер Затонской ТЭЦ Руслан Латыпов, выбросы в атмосферу от Затонской ТЭЦ незначительны и нетоксичны, поэтому нужды в высоких дымовых трубах нет (чем более токсичные выбросы, тем выше трубы).
Станция получает магистральный газ из двух независимых источников. Он является и основным, и резервным топливом, в отличие от других ТЭЦ, где наряду с газом еще используется мазут. Парогазовые технологии обуславливают низкий уровень затрат топлива на единицу вырабатываемой энергии. Водоснабжение станции осуществляется из трёх десятков собственных скважин в Уфимском районе. Основной объём воды на ТЭЦ используется для работы оборотной системы водоохлаждения паровых турбин. Вода, прошедшая производственный цикл, охлаждается в градирнях -снаружи кажется, что градирни «дымят» - на самом деле из них выходит пар, не опасный для окружающей среды. Для восполнения потерь пара и конденсата в технологическом цикле производства электрической, тепловой энергии и подпитки
теплосети используется очищенная вода, из которой удаляют минеральные соли,
примеси металлов и другие химически активные вещества. Это дает возможность
избежать образования накипи. Отработанная вода после очистки используется снова.
Кроме того, на станции собирают и производственные стоки, и дождевую воду, и после
очистки вода добавляется в цикл. Шлам, который образуется на стадии
предварительной очистки воды, максимально обезвоживается и передается
специализированным предприятиям в качестве почвогрунта. Его можно применять для
рекультивации полигонов твердых бытовых отходов, засыпки и обустройства
нарушенных производственных и городских территорий. На станции есть своя
лаборатория, где следят за параметрами всего, что ТЭЦ выдает в окружающую среду.
Работает эколог, в задачи которого входит, в том числе, контроль выбросов [11].
Отборы проб. Пробы почв отбирали на однотипно загрязненных участках со
всех сторон света на разном удалении (нулевая точка, 1 км и 4 км) от ТЭЦ. Ниже
приведен список мест отбора проб почв и обозначения. Контрольная проба -
водопроводная вода.
С северной части С западной части
(Михайловка): (Дмитриевка):
На нулевой точке (С0) На нулевой точке (З0)
На расстоянии 1 км от ТЭЦ На расстоянии 1 км от ТЭЦ
(С1) (З1)
На расстоянии 4 км от ТЭЦ На расстоянии 4 км от ТЭЦ
(С4) (З4)
С южной части (Миловка): С восточной части (Затон):
На нулевой точке (Ю0) На нулевой точке (В0)
На расстоянии 1 км от ТЭЦ На расстоянии 1 км от ТЭЦ
(Ю1) (В1)
На расстоянии 4 км от ТЭЦ На расстоянии 4 км от ТЭЦ
(Ю4) (В4)
Методика. Первым этапом является отбор почв. На втором этапе была приготовлена почвенная вытяжка: 1 весовую часть воздушно-просеянной почвы взболтали с 3 частями дистиллированной воды и отфильтровали на складчатом фильтре. Для проведения эксперимента были взяты по 50 штук семян кресс-салата. Семена высевали в чашки Петри с двумя слоями фильтровальной бумаги и увлажняли 5 мл исследуемой почвенной вытяжкой, закрывали крышкой. Однако, вследствие того, что
происходило испарение, на 5 сутки все чашки были дополнительно увлажнены 2 мл вытяжки. Эксперимент проводился в трех повторностях. Результатом считалась всхожесть семян, длина прорастания корня и побега, которые снимались на 7 сутки [7]. Полученные данные занесли в таблицу 1.
В ходе исследования было выявлено, что самая низкая всхожесть семян была отмечена в пробе Ю1, а самая высокая - наблюдалась в образцах Ю4, 30 и В1 (табл. 1).
У проростков семян кресс-салата, выращенных на почвенных вытяжках, отобранных в точке 30 отмечалось увеличение длины корневой системы по сравнению с контролем и остальными пробами почв (табл. 1).
Таблица 1.
Результаты биотестирования
Пр об ы по чв ы Повторность Среднее значени е Всхо жест ь Погрешно сть
1 2 3
П К П К П К П К П К
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ко нтр оль 29 47 28 57 32 44 30 49 94 5,17 16, 91
С0 38 64 37 80 37 65 37 70 92 1,43 22, 3
С1 34 63 35 77 38 85 36 75 94 5,17 27, 66
С4 37 70 36 69 40 61 38 67 94 5,17 12, 25
Ю0 39 60 35 84 35 78 36 74 94 5,74 31, 03
Ю1 36 60 36 79 33 79 35 73 81 4,3 27, 25
Ю4 35 68 40 72 36 80 37 73 95 6,57 15, 18
30 41 86 35 91 39 87 38 88 95 7,59 6,5 7
31 31 63 36 84 37 90 35 79 94 7,99 35, 22
34 30 74 39 77 40 79 36 77 90 13,6 8 6,2 5
В0 33 65 31 85 35 94 33 81 93 4,97 36, 87
В1 34 70 34 85 36 101 35 85 95 2,87 38, 51
В4 50 82 33 84 38 88 40 85 91 21.7 0 7,5 9
Примечание: П- длина побега, мм; К - длина корня, мм.
По итогам проведенного исследования рассчитали индекс токсичности оцениваемого фактора (ИТФ) по формуле ИТФ = ТФо/ТФк , где ИТФ - индекс токсичности оцениваемого фактора; ТФо - значение регистрируемой тест-функции в опыте; ТФк - значение регистрируемой тест-функции в контроле [7].
По результатам эксперимента составили таблицу величин ИТФ (табл. 3) почвенных проб на территории Затонской ТЭЦ. Также по шкале токсичности (табл. 2) было выявлено к какому классу относятся пробы почв. ИТФ длины побега и корня кресс-салата показал, что пробы почв относятся к VI классу (стимуляция), т.е. фактор оказывает стимулирующее воздействие на тест-объект, величина тест-функции в опыте превышает контрольные значения. ИТФ по всхожести - V класс (норма), фактор не оказывает существенного влияния на развитие тест-объекта, величина тест-функции находится на уровне контроля, кроме пробы Ю1, которая соответствует IV классу (низкая токсичность), происходит снижение величины тест-функции в опыте по сравнению с контролем.
Таблица 2.
Шкала токсичности
Класс токсичности Величина токсичности (ИТФ) Пояснения
VI класс Стимуляция >1,1 Фактор оказывает стимулирующее воздействие на тест-объект, величина тест-функции в опыте превышает контрольные значения.
V класс Норма 0,91-1,1 Фактор не оказывает существенного влияния на развитие тест-объекта, величина тест-функции находится на уровне контроля.
IV класс Низкая токсичность 0,71-0,9 Происходит снижение величины тест-функции в опыте по сравнению с контролем
III класс Средняя токсичность 0,5-0,7 То же
II класс Высокая токсичность <0,5 То же
I класс токсичности Сверхвысокая токсичность Наблюдается обесцвечивание клеток тест-организма, их полная гибель
Пробы почвы ИТФ
П К Всхожесть
1 2 3 4
С0 1,26 1,41 0,98
С1 1,20 1,52 1
С4 1,27 1,35 1
Ю0 1,22 1,50 1
Ю1 1,18 1,47 0,86
Ю4 1,25 1,49 1,01
З0 1,29 1,78 1,01
З1 1,17 1,60 1
1 2 3 4
З4 1,22 1,55 0,96
В0 1,11 1,65 0,99
В1 1,17 1,73 1,01
В4 1,36 1,72 0,97
Таблица 3.
Значения ИТФ по показателям всхожести, длины корня и побега кресс-салата
(Lepidium sativum L.)
Примечание: П- длина побега, мм; К - длина корня, мм.
Стимуляция _Норма__Низкая токсичность
В ходе проведенного исследования было отмечено, что уровень техногенного загрязнения почв на территории Затонской ТЭЦ оказывает негативное влияние на всхожесть семян и морфологические показатели проростков.
Техногенное загрязнение выступает в качестве экстремального фактора, нарушающего внутренние регуляторные механизмы, отвечающие за стабильность развития организма. В ходе нашего эксперимента было отмечено увеличение длины корневой системы. Можно предположить, что этот факт, является неким адаптивным механизмом, обеспечивающим выживание растительных организмов в техногенно загрязненных почвах.
Выводы:
1. Были изучены литературные источники по данной теме.
2. Апробирована методика биотестирования с использованием в качестве тест-объекта семена кресс-салата (Lepidium sativum L.).
3. Исследования показали, что самая загрязненная почва отмечена в точке Ю1. Менее токсичны образцы почвы, отобранные на юге - в точке Ю4, на западе - З0, на востоке - В1. Выявлено, что наличие загрязняющих веществ в почве может провоцировать стимулирование роста корневой системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биоиндикация и биотестирование городских почв. Мынбаева, Бахыт / Бахыт Мынбаева. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2012. - 252c.
2. Биоиндикация и антропогенные стрессоры. М., 2006. - 354c.
3. Биологическая диагностика и индикация почв методология и методы исследований. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Ростов н/Д., 2003. - 378c.
4. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотсстирование: учеб.-метод, пособие / ред. О. П. Мелехова, Е. И. Егорова. М., 2007. -279c.
5. Биотестирование техногенных загрязнителей окружающей среды. Розалия Гарипова. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2011. - 316c.
6. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем: учеб, пособие / под ред. В. В. Куриленко. СПб., 2004. - 400c.
7. Оценка качества окружающей среды. Кабиров Р.Р., Сугачкова Е.В. Учебно-методическое пособие. - Уфа: Вагант, 2005. - 128с.
8. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городских территорий. Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. // Экология, 1997. №6. С. 408-411.
9. Экологическая токсикология и биотестирование водных экосистем. Котелевцев, С.В. Учебное пособие / С.В. Котелевцев. - М.: ИНФРА-М, 2018. - 998 c.
10. https://bgkrb. ru/activities/business/155.pl
11. https://zen.yandex.ru/media/e_strannik/zatonskaia-tec-5abe1a35f031731b9711a18c
