Научная статья на тему 'Оценка влияния железной дороги на состояние растительности по показателям фитотоксичности почв с использованием тест-объекта «Avena sativa L. »'

Оценка влияния железной дороги на состояние растительности по показателям фитотоксичности почв с использованием тест-объекта «Avena sativa L. » Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
180
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЧВА / ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА / ЗАГРЯЗНЕНИЕ / ФИТОТОКСИЧНОСТЬ / ТЕСТ-ОБЪЕКТ / БИОИНДИКАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Гаврилин И. И., Губарь М. А.

В статье приведены некоторые особенности изучения почв, подверженных влиянию железной дороги в городе Братске с использованием биоиндикационных методов оценки качества окружающей среды. Представлены результаты изучения состояния биоиндикатора «Avena Sativa L.» и фитотоксичности почв, с использованием апробированных методик в натурных и камеральных условиях. Особое внимание уделено оценке влияния различной степени загрязнения почвенного покрова на всхожесть, энергию прорастания, и другие анатомо-морфологические признаки вида Avena Sativa L. в системе «почва-растение».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Гаврилин И. И., Губарь М. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка влияния железной дороги на состояние растительности по показателям фитотоксичности почв с использованием тест-объекта «Avena sativa L. »»

VaKm и WaKm может служить подтверждением правильности подхода, а водородное воздействие на сталь в связи с этим можно

рассматривать как метод проведения активационного анализа процессов микропластичности и разрушения.

Литература

1. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. 217 с.

2. Савченков Э.А. Модель микроскола при водородном охрупчивании стали // Изв. АН СССР. Металлы 1990. № 4. С. 148-152.

3. Савченков Э.А. Отклик конструкционной стали на водородное воздействие // Изв. РАН. Металлы. 1992. № 4. С. 202-208.

4. Савченков Э.А. Фрактальный спектр энергий разрушения структур диффузионно-активированной водородом стали // Вест. ОГУ. 2004. №2. С. 158-162.

5. Савченков Э.А. Параметр повреждаемости и кластерный механизм водородной хрупкости стали// Вест. ОГУ. 2006. №2. Т.2. С. 83-86.

6. Светличкин А.Ф. Исследование механизма и кинетики охрупчивания трубных сталей в условиях напряженного состояния и воздействия влажного сероводорода: авт. дисс. ... канд. техн. наук: 05. 17. 14. - М., 1978. 17 с.

7. Савченков Э.А., Светличкин А.Ф., Петров В.А. Кинетика изменения сопротивления отрыву и механизм охрупчивания сталей при наводороживании // Защита металлов. 1978. т. XIV. №3, С. 270 -274.

8. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В 2-х книгах. Книга 2. Механические испытания. Конструкционная прочность. М.: Машиностроение, 1974. 368 с.

9. Пашков П.О. Разрыв металлов.М.: Судпромгиз, 1960. 243 с.

10. Савченков Э.А., Шашкова Л.В., Шашкова В.К. Влияние диффузионного движения водорода на характеристики тонкой структуры и микродеформацию феррита // Изв. РАН. Металлы. 1997. № 4. С. 75-79.

11. Савченков Э.А., Шашкова Л.В. Особенности диссипативных изменений микроструктуры железа и его сплавов при электрохимическом наводороживании // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 6. С. 28-32.

12. Савченков Э.А., Шашкова Л.В. Сверхупругость железа и стали в условиях нестационарной диффузии водорода // Изв. РАН. Металлы, 1995. № 2. С. 118-122.

13. Савченков Э.А., Шашкова Л.В., Манаков Н.А. Синергетическая концепция водородной повреждаемости металлов и сплавов (этапы развития и перспективы) // Вест. ОГУ. 2006. №.1. Т. 2. С. 133-137.

14. Савченков Э.А., Шашкова Л.В., Шашкова В.К. Диссипативные превращения тонкой и микроструктуры стали в условиях диффузионного переноса водорода // Вест. ОГУ. 2005. № 10. С. 178-182.

15. Панин В.Е. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. - Новосибирск: Наука, СО, 1990. 255 с.

16. Савченков Э.А., Шашкова В.К., Щербилис И.А. Структурные превращения при взрывной и термической обработке стали // ФХОМ. 1986. № 1. С. 34-39.

17. Савченков Э.А., Шашкова Л.В., Шашкова В.К., Айткулов Р.Р. Повреждаемость и оптимизация субструктурного состояния стали при нестационарной диффузии водорода. М. 2000. 16 с. Деп. в ВИНИТИ № 2319.

18. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984.280 с.

19. Микропластичность / Пер. с англ. под ред. В.Н. Геминова, А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1972. 340 с.

20. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 236 с.

21. San Juan J., Fanfozzi G., No M. L., Esnouf C. Hydrogen Snoek-Koster relaxation in iron // J. Phys. F.: Metal. Phys. 1987. V. 17. P. 837839.

22. Скрябина Н.Е., Спивак Л.В., Волынцев А.Б. Некоторые закономерности проявления синергических эффектов микропластичности при наводороживании железа // Изв. АН СССР. Металлы. 1984. № 1. С. 145-147.

23. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металла. М.: Металлургия, 1979. 221 с.

24. Иванова В.С., Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Пименов В.Н. Мультифрактальный метод тестирования устойчивости структур в материалах. М.: Интерконтакт Наука, 2000. 54 с.

25. Журков С.Н. Физика прочности и пластичности. Л.: Наука, 1986. 152 с.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Гаврилин И.И.1, Губарь М.А.2

Братский Государственный Университет

'к.б.н, заведующий лабораториями кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности;

2магистр кафедры воспроизводство и переработка лесных ресурсов.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕСТ-ОБЪЕКТА «AVENA SATIVA L.»

Аннотация

В статье приведены некоторые особенности изучения почв, подверженных влиянию железной дороги в городе Братске с использованием биоиндикационных методов оценки качества окружающей среды. Представлены результаты изучения состояния биоиндикатора «Avena Sativa L.» и фитотоксичности почв, с использованием апробированных методик в натурных и камеральных условиях. Особое внимание уделено оценке влияния различной степени загрязнения почвенного покрова на всхожесть, энергию прорастания, и другие анатомо-морфологические признаки вида Avena Sativa L. в системе «почва-растение».

Ключевые слова: почва, железная дорога, загрязнение, фитотоксичность, тест-объект, биоиндикационные исследования.

Key words: soil, the railroad, pollution, phytotoxicity, test-object bioindicative study.

В настоящее время нарастающая техногенная интенсификация грузопотоков по железным дорогам способствует загрязнению не только почвы, но и растительности, расположенной в непосредственной близости, и подверженная влиянию железнодорожного транспорта [1]. Достоверно известно, что основная часть загрязняющих веществ поступает систему «почва-растение» при транспортировке грузов (при их рассеивании или утечке), при выбросах тепловозов, при смыве горюче-смазочных материалов, захламлении твердо бытовыми отходами и т.д. Особую опасность для почвенного и растительного покровов представляет загрязнение почв тяжелыми металлами [1,2], ароматическими углеводородами от шпалопропитки, особенно в районе полосы отвода железной

27

дороги. Однако влияние деятельности железной дороги и железнодорожного транспорта на состояние почвы и растений остается практически не изученным.

Город Братск Иркутской области располагается в Среднем Приангарье на Южной окраине Средне - Сибирского плоскогорья на высоте 498 метров над уровнем моря, 56° 07’00’’ с.ш. и 101° 36’00”в.д., особенности растительных условий определяют дерновоподзолистые тяжело-суглинистые остаточно-карбонатные и дерново-карбонатные почвы, которые влияют на питание, рост и развитие растений [2]. Развитие Братска как города началось с 1955 года в ходе строительства Братской ГЭС, которое в свою очередь определило появление алюминиевого и лесопромышленного комплексов, предприятий теплоэнергетики и других производств. Деятельность указанных предприятий привела к тому, что город стали относить к территории с неблагополучной экологической обстановкой [2]. При этом рост производственного потенциала г. Братска обусловил и интенсивное развитие железнодорожного транспорта, что способствовало возникновению ряда экологических проблем. Одной из них является использование при прокладке железнодорожного полотна шпал пропитанных креозотом, креозолом, каменноугольным маслом и другими септиками, которые на 70% состоят из ароматических углеводородов (фенолов, их эфиров, крезолов, нафталинов, антраценов и других), и являются наиболее токсичными для окружающей среды. Ситуация обостряется также тем, что в зоне полосы отвода железной дороги и за ее пределами осуществляется привнесение загрязняющих веществ и не свойственных элементов, как следствие изменяются свойства, состав и структура почвенного покрова, это в свою очередь приводит к образованию так называемых урбаноземов [3]. Наряду с этим наличие насыпи и железной дороги сильно изменяет условия произрастания растений, к которым можно отнести следующие: изменение освещенности; водного и температурного режимов; кислотности почв; переуплотнение почв и другие негативные изменения. Высокой чувствительностью к изменению свойств почв, в частности, их кислотности и уровню загрязнения токсикантами, обладают представители семейства крестоцветных, и злаков, поэтому их рекомендуется применять в качестве биоиндикаторов при определении токсичности почв [1,4].

Однако получение достоверной информации о качестве окружающей среды невозможно без проведения мониторинговых исследований, которые зачастую растянуты во времени и пространстве и не могут полностью отражать всю картину экологического состояния природных компонентов на определенной территории. Поэтому необходимо применение именно биоиндикационных методов, которые позволяют произвести экспресс оценку качества объектов окружающей среды. При проведении биоиндикационных исследований и биотестировании существует такое понятие, как тест - реакция - это критерии токсичности для характеристики отклика тест - объекта на повреждающие действия среды [4].

В связи с совокупностью отмеченных выше обстоятельств и слабой изученностью влияния железнодорожного транспорта на почву и растения, целью исследований стала оценка влияния почв различной степени загрязнения на всхожесть, энергию прорастания, и другие анатомо-морфологические признаки семян вида Avena sativa L. В качестве объекта биоиндикационных исследований использовался тестобъект «Avena sativa L.» (Семейство - Poaceae Barnhart, род - Avena L., вид - Avena sativa L.), предметом исследований являлось выявление степени фитотоксичности почв, расположенных на различном удалении от железной дороги. Актуальность и цель проведенных исследований, предопределили следующие задачи: провести зонирование исследуемой территории; произвести отбор и подготовку почвенных образцов; определить показатель токсичности почв, выявить максимальный прирост стебля и измерить среднюю длину корня; определить всхожесть и энергию прорастания семян вида Avena sativa L.; проанализировать общее развитие и состояние растений.

Полевые и камеральные исследования проводились в период вегетации в 2012 г. с использованием общепринятых методик [4, 5, 6]. Для отбора почвенных образцов проводилось зонирование исследуемой территории [2], с выявлением зон с сильным, средним и слабым уровнем загрязнения, которые находились вблизи железной дороги. Отбор и подготовка почвы осуществлялась в соответствии со стандартными методиками (ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 4.4.02-84). Исследования влияния почв на прорастание и развитие семян вида Avena sativa L., а также подготовка, посадка, полив и измерение анатомо-морфологических признаков проводились по методике Г.С. Фомина и А.Г. Фомина [4]. Метод заключался в быстрой оценки качества почв, где сравнивается скорость роста, как корней растения, так и самого растения в стандартных условиях со скоростью роста в испытуемой почве или почвенной вытяжке. Этот метод применим ко всем типам почв и почвообразующим материалам. Оценка фитотоксичности почв определялась высокой степенью чувствительности тест - объекта (Avena sativa L.), яркой выраженностью и легкостью регистрации его тест - реакции по отношению к воздействию загрязняющих веществ. Расчет количественных значений фитотоксичности почв (Т) производился по формуле, предложенной Л.П. Брагинским (1993):

T =

100 X (N - N )

V всх. пр. /

N_

(1)

где Т - степень токсичности почвы, %; ^сх- число семян, способных к прорастанию с учетом их всхожести; N^. - число проросших семян.

На основании проведенного зонирования исследуемой территории произведена закладка и отбор проб почв со следующих участков:

1. зона сильного загрязнения - образец №1 (на расстоянии 5 м. от железной дороги);

2. зона среднего загрязнения - образец №2 (на расстоянии 10 м. от железной дороги);

3. зона слабого загрязнения - образец №3 (на расстоянии 15 м. от железной дороги);

4. контроль - образец №4 (почвогрунт «биогумус»).

Результаты исследования фитотоксичности почв по зонам загрязнения представлены в таблице 1.

Таблица 1

Фитотоксичность почвенного покрова (тестирование по прорастанию семян вида Avena sativa L.).

Зона загрязнения Образец почвы Всхожее ть, % Средняя длина корня на последний день опыта, см Появление листа у всхожих семян, % Средняя длина первого листа на 8 день после появления всходов ,мм Ток сичност ь,%

1 №1 20 11,8 100 10,0 80,0

2 №2 85 13,5 100 9,3 15,0

3 №3 85 12,6 100 7,3 15,0

4 №4 (Контроль) 90 10,6 100 11,1 10,0

На основании проведенных полевых и камеральных исследований почв трех участков железной дороги с разным уровнем загрязнения и контроля, можно сделать следующие выводы: определено, что наибольший показатель токсичности почв показал образец почв, взятый с участка сильного влияния железной дороги до 5м. (образец почвы №1); установлено, что наилучшая всхожесть и энергия

28

прорастания семян вида Avena sativa L.6biHa зафиксирована у контрольного образца почвы №4 - «биогумус»; выявлено, что наилучший прирост стебля на один день опыта, показал контрольный образец почвы №4. У остальных образцов показатели были равны; определено, что по средней длине корня, наилучшие ростовые показатели наблюдались у растений, произрастающих в образцах № 3 и № 4. Корневая система четко выражена и более мощная, чему у других образцов; выявлено, что наилучшие показатели морфо-физиологического состояния растений наблюдается у образцов почв со слабым и средним уровнем загрязнения (образцы № 2 и № 3). Растения в образце № 1 имели некоторые отклонения: наименьшую всхожесть и энергию прорастания семян, худшее развитие.

Таким образом, полученные результаты подтверждают значимость биоиндикационных исследований с использованием тест-объекта «Avena sativa L.» при оценке влияния железной дороги на состояние почвенного и растительного покровов, полученные данные обладают теоретической и практической значимостью. Возможным дальнейшим применением полученных результатов является оценка степени влияния неорганических и органических водорастворимых антисептиков, противогололедных реагентов и материалов на состояние растительности, подверженной влиянию транспортного узла урбанизированных территорий в рамках проведения экологического мониторинга с использованием современных методов химического анализа.

Литература

1. Казанцев И.В. Экологическая оценка влияния железнодорожного транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях полосы отвода: дисс.... канд. биологических. наук: 03.00.16 / Казанцев Иван Викторович. - Самара, 2008. - 166 с.: ил.

2. Гаврилин И.И. Устойчивость древесных растений в урбоэкосистемах северных территорий (на примере г. Братска Иркутской области) : дисс.... канд. биологических. наук: 03.02.08 / Гаврилин Игорь Игоревич. - Ульяновск, 2012. - 191 с.: ил.

3. Почва, город, экология / под ред. Г.В. Добровольского.- М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997.- 320 с.

4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. / З. И. Никитина Под редакцией Р. Шуберта, пер. с нем./ М.: Мир, 1988, 348 с.

5. Муха В.Д. Полевое исследование почв / В.Д. Муха, А.Ф. Сулима, М.В. Сергеев. - Курск.: Изд-во КГСХА, 2002. - 32 с.

6. Оценка экологического состояния почвы: Практическое руководство / А.Г. Муравьев [и др.]. - М.: Изд-во Кристмас+, 2000. - 142 с.

Дуденкова Н А.

аспирант кафедры биологии и спортивной медицины ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева»

Шубина О. С.

доктор биол. наук, профессор кафедры биологии и спортивной медицины ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева»

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОК ЛЕЙДИГА В УСЛОВИЯХ ОСТРОЙ ИНТОКСИКАЦИИ АЦЕТАТОМ

СВИНЦА

Аннотация

Проведено морфологическое и морфометрическое исследование влияния ацетата свинца на клетки Лейдига семенных желез самцов белых крыс, употреблявших перорально ацетат свинца в период постнатального онтогенеза. Проведена статистическая обработка результатов морфометрических исследований. Все полученные данные достоверны. Полученные данные свидетельствуют о токсическом воздействии свинца на интерстициальные клетки Лейдига, продуцирующие мужские половые гормоны. Обнаруженные изменения касаются строения, а также морфометрических параметров данных клеток. Отмечено также увеличение площади интерстициальной ткани между канальцами семенных желез. Предположительно это связано с возрастанием дегенеративных процессов, происходящих в клетках Лейдига и их ядрах, а также окружающей их интерстициальной ткани под влиянием ацетата свинца.

Ключевые слова: семенные железы, клетка Лейдига, интерстиций, свинец

Key words: seed gland, cage of Leydiga, interstition, lead

Среди токсических элементов, загрязняющих окружающую среду, всё более пристальное внимание привлекают тяжёлые металлы, и в первую очередь свинец, по данным ВОЗ, отнесённый к группе токсических металлов I класса опасности. Свинец является вредным производственным и неблагоприятным экологическим фактором, отличается высокой токсичностью, способностью поражать жизненно важные органы и системы. Воздействие свинца нарушает мужскую репродуктивную систему [1].

Целью настоящего исследования явилось изучение влияния ацетата свинца на морфофункциональное состояние клеток Лейдига.

Материалы и методы исследования

В работе использовали половозрелых белых беспородных крыс-самцов массой 200-250 г. Эксперимент произведен на 50 животных. В соответствии с поставленными задачами животные разбивались на две группы. Контрольную группу составили 25 самцов, содержащихся на общем режиме вивария. Опытную группу составили 25 самцов, получавших в течение 7 дней перорально ацетат свинца Pb(CH3COO)2 X 3H2O в дозе 45 мг/кг/сутки.

Животные забивались путем декапитации под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, и в соответствии с требованиями правил проведения работ с использованием экспериментальных животных.

Для гистологического исследования образцы тканей (семенных желез) фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина. Зафиксированные образцы после промывки в проточной воде подвергали обезвоживанию путем помещения исследуемого материала в спирты возрастающей концентрации и заливали в парафин по общепринятой методике. Готовили гистологические срезы толщиной 10-15 мкм, окрашивали их гематоксилин-эозином и исследовали с помощью микроскопа MT 4000 SeriesBiologicalMicroscope с программным обеспечением для анализа изображений BioVisionVersion 4.0.

При обзорной микроскопии оценивали морфологические особенности клеток Лейдига, после чего изучали следующие морфометрические параметры данных клеток: среднюю площадь ядра, клетки и цитоплазмы, а также ядерно-цитоплазматическое отношение. Также нами была изучена площадь интерстиция между канальцами (рыхлая соединительная ткань, содержащая помимо обычных элементов интерстициальные клетки Лейдига, продуцирующие мужские половые гормоны). Измерения производили при увеличении 40 X 10. Разрешение полученных изображений - 1280 X 1024 пикселей.

Статистическая обработка цифровых данных проводилась с помощью программ FStat и Excel. Проверка статистических гипотез осуществлялась по t-критерию Стьюдента. При оценке статистических гипотез принимались следующие уровни значимости: p<0,05.

Математическая обработка результатов морфометрических исследований проводилась с использованием метода корреляционного анализа.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате гистологических исследований, было выяснено, что в контрольной группе в интерстициальной ткани семенных желез присутствуют немногочисленные гландулоциты - клетки Лейдига, залегающие группами по 5-7 клеток, преимущественно вокруг сосудов. Изредка встречаются и одиночные клетки. Общее количество клеток Лейдига в поле зрения достигало 10-12. Они округлой,

29

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.