CC BY
5104
научно-практический журнал
УДК 631.147:631.4(470.630)
Костенко Е. А., Лысенко И. О.
Kostenko E. A., Lysenko I. O.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ
ДАЧНО-САДОВОДЧЕСКИХ ТОВАРИЩЕСТВ Г. СТАВРОПОЛЯ
APPLICATION OF BIOTESTING METHODS FOR THE ASSESSMENT OF THE SOIL CONDITION OF DACHA AND GARDENING ASSOCIATIONS OF STAVROPOL
На основе применения метода биотестирования проведена оценка загрязнения агротехногенной зоны г. Ставрополя тяжелыми металлами. В качестве тест-объекта использовалась Sinapis alba (горчица белая), биологическими преимуществами которой является быстрый рост и высокая степень прорастания.
Ключевые слова: биотестирование почв, тяжелые металлы, функциональные зоны города, загрязнение почв, агротехногенные территории, тест-объект.
Костенко Елена Александровна -
ассистент кафедры экологии и ландшафтного строительства Ставропольский государственный аграрный университет Тел. (8652) 71-72-50 E-mail: stgau@stgau.ru
Лысенко Изольда Олеговна -
доктор биологических наук, доцент кафедры экологии и ландшафтного строительства Ставропольский государственный аграрный университет Тел. (8652) 71-72-50 E-mail: eco-agro@mail.ru
В настоящее время одной из наиболее важных экологических проблем является загрязнение почв урбанизированных территорий тяжелыми металлами. Поступление тяжелых металлов в биосферу в результате техногенного рассеивания осуществляется различными путями. Важнейшим из них являются выбросы черной и цветной металлургии, при обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива [1]. Кроме того, источником загрязнения биоценозов могут служить орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы в качестве удобрения. Вторичное загрязнение происходит также вследствие выноса тяжелых металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или воздушными потоками, поступления больших количеств тяжелых металлов при постоянном внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов, содержащих тяжелые металлы [2].
The assessment of pollution of agrotechnogenic zone of Stavropol with heavy metals was carried out on the basis of biotesting method. Sinapis alba (white mustard) which biological advantages are rapid growth and high extent of germination was used as the test object.
Keywords: biotesting of soils, heavy metals, functional zones of the city, soil pollution, agrotechnogenic areas, test-object.
Kostenko Elena Alexandrovna -
Assistant of Department of Ecology and Landscape
Construction
Stavropol State
Agrarian University
Tel. (8652) 71-72-50
E-mail: stgau@stgau.ru
Lysenko Izolda Olegovna -
Doctor in Biology, Docent
of Department of Ecology and Landscape Construction
Stavropol State
Agrarian University
Tel. (8652) 71-72-50
E-mail: eco-agro@mail.ru
Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмосферу в виде аэрозолей, переносится на значительное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения [3]. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии.
Растения могут поглощать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи «почва - растение - животное - человек» [4]. Поэтому изучение особенностей пространственного распределения тяжелых металлов в городских и агротехногенных почвах является чрезвычайно актуальной и практически важной задачей.
Для эффективного управления почвенными ресурсами необходима информация о степени их
в
естник АПК
Ставрополья
№ 3(7), 2012
Экология
105
загрязненности. Комплексную оценку их загрязненности позволяют провести биологические методы, при этом они являются более простыми и менее дорогостоящими [5]. К числу биологических относятся методы биотестирования.
Целью наших исследований стала оценка загрязнения агротехногенных зон г. Ставрополя тяжелыми металлами с применением метода биотестирования.
Географическое расположение города Ставрополя (45° с. ш. 42о в. д.) обусловливает его расположение на юго-западном склоне Ставропольской возвышенности в лесостепной зоне умеренного пояса.
Площадь Ставрополя 118 км2, из которых 44,4 км2 находятся под постройками, 27,7 км2 занимают зеленые массивы и насаждения общего пользования, 25,5 км2 занимают пахотные земли. Территория города вытянута с юго-запада на северо-восток на 30,5 км и с юга на север на 16,5 км. Перепады высот составляют 425 м; в застроенной части города преобладают перепады высот более 50 м на 1 км. В восточной части города абсолютные отметки поверхности снижаются до 325 м, в западной - поднимаются до 660 м [1].
Климат города Ставрополя умеренно континентальный с жарким, временами засушливым летом и умеренно холодной зимой с сильными ветрами. В целом Ставрополь обладает благоприятными климатическими условиями.
Город расположен в пределах черноземной почвенной зоны. Б. П. Антыков (1970) указывает, что в районе Ставрополя и его окрестностях основное место занимают два типа почв: выщелоченные -глубокомицелярно-карбонатные черноземы и серые лесные почвы, частично подзоленные [6].
Современный этап промышленно-урбанизированного освоения территории города характеризуется резким возрастанием антропогенной нагрузки на природный комплекс и связанным с этим обострением экологических проблем. Ставрополь занимает 44-е место среди городов с наиболее высоким уровнем загрязнения.
В городе и его окрестностях можно выделить несколько крупных типов антропогенного воздействия на окружающую среду: селитебный, промышленный, транспортный, сельскохозяйственный, лесотехнический, водохозяйственный, рекреационный. Объекты указанного воздействия либо концентрируются в более или менее четко выраженные зоны, либо рассредоточены по городской территории. Специфичен и экологический каркас города [5].
Исследования проводились на территории семи дачно-садоводческих товариществ, находящихся в пределах сельскохозяйственной и садово-огородной зон г. Ставрополя, которые в настоящее время занимают в общей сложности 4,6 тыс. га (сельскохозяйственная - 3,6; садовоогородная - 1,9 тыс. га). Сельскохозяйственная зона, в основном, расположена на северной и восточной окраинах города. Здесь имеются мелиорируемые земли с зерновыми, овощными
и кормовыми культурами; животноводческие и птицеводческие фермы; сады и огороды, выделенные в особую зону. Как правило, отведение земель под сады-огороды производилось без учета их состояния, земли расположены на склонах балок, поражены оползнями, подтоплены, не контролируется загрязнение грунтов тяжелыми металлами.
Оценку загрязнения агротехногенных зон г. Ставрополя тяжелыми металлами проводили методом биотестирования. Проращивание растений и обработку данных проводили на базе лаборатории «Экологического мониторинга» СтГАУ в 2011 г. В качестве тест-объекта была выбрана горчица белая (Sinapis alba) сорта Радуга. Выбор тест-объекта обусловлен тем, что Sinapis alba отличается быстрым ростом и почти стопроцентным прорастанием и считается одним из наиболее эффективных тест-объектов для определения загрязнений почв тяжелыми металлами.
Как уже было отмечено, пробы почв брались на территории семи дачно-садоводческих товариществ г. Ставрополя. Контроль закладывался на почвах, отобранных на территории х. Грушевого, земли которого лежат в пределах городской черты, но не подвергаются интенсивному техногенному и транспортному воздействию.
Применяемый нами метод биотестирования предполагает изучение всхожести семян и энергии прорастания тест-объекта. С этой целью семена горчицы белой (сорта Радуга) проращивались на исследуемых образцах почвы, отобранной на территории различных сельскохозяйственных районов г. Ставрополя (табл. 1). Всхожесть и энергию прорастания определяли по общепринятым методикам.
Таблица 1 - Пункты взятия проб почвы на территории садоводческих товариществ г Ставрополя
№ пункта взятия проб Название кооператива Возможные источники загрязнения почвы Физико- геогра- фическое райониро- вание города Ставрополя
1 «Спутник» Молочный комбинат, заводы ОАО Ставропольский радиозавод «Сигнал» и др. Юго- западная зона
2 «Дружба» Молочный комбинат, заводы ОАО Ставропольский радиозавод «Сигнал» и др. Юго- западная зона
3 «Биолог» ГУП «Ставропольская биофабрика», ГУП ЗАО «Кинотехника», ЗАО «Металлист», ОАО «Ставропольский инструментальный завод», ООО СП «Стеклотара», ОАО мясокомбинат «Ставропольский» и др. Юго- восточная зона
4 «Арония» ОАО «Оптрон», АООТ «Нептун», ОАО электроматериалов и приборов «Аналог», ОАО «Автоприцеп-КАМАЗ» и др. Северо- западная зона
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
естник АПК
Ставрополья
Продолжение
№ пункта взятия проб Название кооператива Возможные источники загрязнения почвы Физико-геогра-фичес кое районирование города Ставрополя
5 «Колос» ОАО «Оптрон», АООТ «Нептун», ОАО электроматериалов и приборов «Аналог», ОАО «Автоприцеп-КАМАЗ» и др. Северо- западная зона
6 «Садовод» Фабрика «Восход», ОАО завод «Ставбытхим», ОАО«СТАПРИ»и ООО КПК «Автокрансервис» Северо- восточная зона
7 «Фиалка» «Сажевый завод», ТСП «Стройматериалы», завод «Стеновых материалов и керамзита» и др. Северо- восточная зона
8 Контроль Автотранспорт х. Грушевый
Результаты, полученные по данным определения энергии прорастания на 3-и сутки, представлены на рисунке 1.
□ Биолог (юго-восточная зона) ■ Садовод (северо-восточная зона)
□ Фиалка (северо-восточная зона) □ Арония (северо-западная зона)
■ Колос (северо-западная зона) □ Спутник (юго-западная зона)
■ Дружба (юго-западная зона) □ Контроль (х. Грушевый)
Рисунок 1 - Результаты всхожести тест-объекта (горчица белая сорт Радуга) на 3-и сутки после высева семян
Как видно из рисунка 1, наиболее высокими показателями отличалась энергия прорастания
семян горчицы белой на почвах, отобранных с территории кооператива «Арония» (северозападная зона). На наш взгляд, это обусловлено тем, что территория данного кооператива расположена на больших высотах, чем, например, кооперативы «Садовод» (северо-восточная зона) и «Фиалка» (северо-восточная зона), имеющие самые низкие показатели всхожести. На 5-е сутки в соответствии с общепринятыми методиками были проведены измерения длины стеблей и корней проростков тест-растений, а также определена их масса. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Из таблицы 2 следует, что максимальная масса надземной части, а также максимальные длина корневой системы растений и масса подземной части коррелируют с высокой энергией прорастания семян. Самые низкие показатели по всем исследуемым параметрам наблюдали на территории дачно-садоводческих кооперативов «Садовод» (северо-восточная зона) и «Фиалка» (северо-восточная зона).
Анализ динамики соотношения групп проростков Sinapis alba (горчица белая) сорта Радуга свидетельствует о вариабельности доли этих групп в различных частях агротехногенной зоны города (рис. 2).
Для контрольного образца (х. Грушевый) характерно равномерное распределение проростков с длиной стебля более 5 см (54 %), проростки 1 и 2 групп распределены практически равномерно - 22 % и 21 % соответственно. Доля проростков с дефектами составляет всего 3 % от общего числа групп.
В дачно-садоводческом товариществе «Дружба», расположенном в юго-западном районе города, соотношение групп проростков изменяется в сторону выравнивания их числа по группам за счет уменьшения числа растений 3 группы почти в 3 раза и увеличения почти на столько же растений 1 группы. Количество проростков 2 группы по сравнению с контролем практически не изменилось (30 %), а число проростков с дефектами было выше - 12 % (в контрольном образце - 3 %).
Таблица 2 - Результаты биотестирования почв на проростках модельных растений на 5-е сутки
(на примере горчицы белой)
Название дачно-садоводческих кооперативов Средняя длина стебля, см Масса надземной части,г Средняя длина корня, см Масса подземной части растения, г
«Биолог» 4,21 0,5764 6,37 0,0518
«Садовод» 3,5 0,2672 3,77 0,0244
«Фиалка» 3,3 0,2586 4 0,031
«Арония» 5,57 1,92 4,92 0,0864
«Колос» 5,4 1,2194 3,51 0,0954
«Спутник» 4,05 0,4834 4,083 0,0234
«Дружба» 3,94 0,4806 2,214 0,0224
х. Грушевый (контроль) 5,97 2,0854 6,23 0,1396
в
естник АПК
Экология
№ 3(7), 2012
107
4
6%
в) «Арония» (северо-западная зона)
4
9%
3 і
17% 36%
2
37%
д) «Биолог» (юго-восточная зона)
4
8%
ж) «Спутник» (юго-западная зона)
4
9%
г) «Колос» (северо-западная зона)
3 4
0% 7%
1
1 і
64% А
е)«Садовод» (северо-восточная зона)
3 4
0% 7%
з) «Фиалка» (северо-восточная зона)
Рисунок 2 - Вариабельность групп проростков горчицы белой сорта Радуга в различных агротехногенных зонах г. Ставрополя:
1 - длина стебля 1-2 см; 2 - длина стебля 2-4 см; 3 - длина стебля >5 см; 4 - проростки с дефектами
108
Др Ставрополья
научно-практическии журнал
Таким образом, анализ связей между вышеперечисленными признаками по всем анализируемым пунктам отбора почвенных проб позволил выявить наличие весьма тесной корреляционной связи между содержанием ионов тяжелых металлов и всхожестью семян горчицы белой сорта Радуга в различных агротехноген-ных зонах г. Ставрополя.
По нашим данным, в большей степени загрязнены почвы дачно-садоводческих кооперативов «Садовод» и «Фиалка». Предположительно, преобладание степени загрязненности данной тер-
Литература
1. Мандра Ю. А. Место и роль фитоиндикации в общей системе экологического мониторинга // Вестник МГТУ Станкин. 2010. № 2. С. 74-78.
2. Поспелова О. А., Степаненко Е. Е., Зеленская Т. Г. и др. Антропогенное воздействие на памятник садово-паркового искусства г. Ставрополя - Бульвар Карла Маркса // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12. № 1-8. С. 1995-1998.
3. Кубрина Р. А., Толоконников В. П., Лысенко И. О. Использование различных методов биоиндикации для анализа городской среды (на примере г. Ставрополя) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 1-3. С.496-498.
4. Островерхова Е. А. Биотестирование почв сельскохозяйственных зон г. Ставрополя // Актуальные вопросы экологии и природопользования : сб. материалов II Междунар. науч.-практ. конф. Ставрополь, 2011. С.82-84.
5. Лысенко И. О., Шейкина Н. Н. Особенности экологического каркаса г. Ставрополя и прилегающих территорий // Вестник Тамбовского ун-та. Серия: Естественные и технические науки. 2009. Т. 14. № 1. С. 140-142.
6. Антыков Б. П. Почвы Ставрополья и их плодородие. Ставрополь : Кн. изд-во, 1970. 413 с.
ритории по сравнению с другими пунктами связано с их расположением в нижней части города и соседством с такими источниками загрязнения, как «Сажевый завод», ТСП «Стройматериалы», завод «Стеновых материалов и керамзита», фабрика «Восход», ОАО завод «Ставбытхим», ОАО «СТАПРИ» и ООО КПК «Автокрансервис». Основными загрязнителями, поступающими от этих предприятий, являются соли тяжелых металлов. Вышеупомянутый факт способствует трансграничному переносу загрязняющих веществ и их аккумуляции в почве.
References
1. Mandra Yu.A. Phytoindication place and role in the general system of environmental monitoring // The Messenger of MGTU Stankin. 2010. № 2. Р 74-78.
2. Pospelova O. A., Stepanenko E. E., Zelenskay T. G. et al. Anthropogenous impact on a monument of landscape gardening art in Stavropol - Karl Marx Boulevard // News of the Samara Russian Academy of Sciences scientific center. 2010. V. 12. № 1-8. P. 19951998.
3. Kubrina R. A., Tolokonnikov V. P., Lysenko I. O. Use of various methods of bioindication for the analysis of an urban environment (on an example of Stavropol) // News of the Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences. 2009. V. 11. № 1-3. P. 496-498.
4. Ostroverkhova E. A. Soil biotesting of Stavropol agricultural zones // Collection of the materials from 2d of the International scientific and practical conference «Topical issues of ecology and environmental management». Stavropol, 2011. P. 82-84.
5. Lysenko I. O., Sheykina N. N. Features of an ecological framework of Stavropol and adjacent territories // Bulletin of Tambov University. Series: Natural and technical science. 2009. V. 14. № 1. P. 140-142.
6. Antykov B. P. Soils of Stavropol Territory and their fertility. Stavropol : Publishing house, 1970. 413 p.
