Система тестов для оценки загрязнения компонентов агроценоза солями тяжелых металлов и пестицидами Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ЛИТЕРАТУРА

1. Протасов В.Ф., Молчанов A.B. Экология, здоровье и природопользование в России / Под ред. В.Ф. Протасова.

— М.: Финансы и статистика, 1995.

2. Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодар-

ского края / Под ред. И.Т. Трубилина, Н.Г. Малюги. — Краснодар, 1997. , , ...

3. Гайдукова Н.Г., Ткаченко З.Н. / / Тр. КГАУ. — 1995.

— Вып. 344 (372). — С. 133.

4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. — М., 1970.

Кафедра неорганической и аналитической химии Кафедра растениеводства

Поступила 25.02.2000 г. ■ ' ’

581.2.002

СИСТЕМА ТЕСТОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ АГРОЦЕНОЗА СОЛЯМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ПЕСТИЦИДАМИ

Л.В. ЦАЦЕНКО, Н.Г. МАЛЮГА

Кубанский государственный аграрный университет

В последнее время актуальным стал вопрос раннего тестирования загрязнения компонентов агроценоза тяжелыми металлами, пестицидами и другими ксенобиотиками. Биоиндикаторы являются удобными объектами для ранней диагностики загрязнения, так как позволяют уловить отклик живых организмов на загрязнение, они просты в работе, зкспрессны и недороги.

Рясковые впервые как фитотесты стали применяться для тестирования загрязнения воды пестицидами. В качестве оценки использовали показатели: коэффициент роста, длину и количество корней, площадь листеца, реакцию фотосинтеза и другие физиологические и морфологические характеристики [ 1 ].

Цель настоящих исследований — поиск быстрых и адекватных тестов, с помощью которых можно было бы определять загрязнение компонентов агроценоза (воды, почвы) солями тяжелых металлов и пестицидами, анализировать почву с различных вариантов полевого мониторинга с комплексным загрязнением. Удачным тест-объектом послужили различные виды рясок, встречающиеся на территории Краснодарского края. На первом этапе работы стояла задача определить реакцию каждого вида на конкретный загрязнитель (металл или пестицид) и подобрать адекватную систему тестов.

В качестве модели использовали высшие водные растения из семейства рясковых: Lemna minor L., Lemna trisulka L., Spirodella Spirodells polyrrhiza L. Методы оценки видоспецифичности реакции рясковых на поллютанты следующие:

1. Коэффициент мгновенного роста г = (In Nt -In No)/1, где No, Nt — начальная и конечная численность (количество) листецов; t — время эксперимента.

2. Цвет листецов, характеризующий изменение интенсивной зеленой окраски до желтой или белой. Использование этого качественного показателя поможет выявить наличие специфической реакции рясок на поллютант. Оценка будет носить описательный характер,

3. Специфическая реакция рясок на конкретный

загрязнитель (пестицид или металл) и видооспеци-фичность реакции рясок на загрязнитель (в некоторых вариантах наблюдалось разъединение листецов). : г-

4. Ингибирование фототаксиса и как показатель

— число хлоропластов в эпистрофном положении. Метод основан на изменении положения хлоропластов в парастрофном положении при освещении клетки лучами света. Процент хлоропластов, не отошедших к краям клетки, использовали в качестве показателя ингибирования фототаксиса

5. Витальное окрашивание. При окрашивании листецов сафронином процент поврежденных (окрашенных) клеток от общей площади листеца использовали как показатель повреждения, так как сафронин обладает способностью проникать в погибшие (поврежденные) клетки [3].

Повторность опытов с рясковыми двукратная. При тестировании норма биоиндикатора на одну повторность у видов ряска малая (Lemna minor Lj и многокоренник (Spirodells polyrrhiza L.) — 15 листецов, у ряски тройчатой {Lenina trisulka L.)

— 10 листецов.

Для исследования были взяты водные растворы солей ZnSO,, CuS04, CuCl2, Co(NOp2, ВаС12, MnS04, Pb(CH,COO), с концентрацией катионов 0,1; 0,25; 0,025; 0,00Г и 0,0001 мг/мл и пестицидов в соответствии с нормами их применения, мг/мл: децис — 0,2; суми-альфа — 0,3; дерозал

— 2,5; антио — 2. Контроль — дистиллированная вода.

Реакция на металлы. Концентрации 0,1-0,25 по всем металлам для всех представителей рясковых оказались летальными.

Первая реакция на медь при концентрациях

0,1-0,25-0,025 появилась через 4 ч после начала эксперимента. Листецы обесцветились, а на следующий день приобрели голубую окраску. У ряски малой и тройчатой при концентрации 0,001 листецы обесцветились, только в точках роста сохранилась зеленая окраска, произошло полное разъединение. У многокоренНика листецы светло-зеленые, также разъединились. Реакция на свинец наступила через 6 ч после начала эксперимента. Листецы у рясок стали белые, а затем после 2 сут приобрели светло-молочный цвет. Реакция на цинк характерна для всех видов рясок. Листец при концентрациях 0,1 -0,25-0,025 у ряски малой становится почти бесцветным, зеленые только точки роста. Действия бария на ряски проявляются в потере окраски, разъединении листецов, отмирании корней. На кобальт чувствительнее всех реагирует ряска малая. Происходит потеря окраски, листецы подсыхают с краев и разъединяются.

На марганец у трех видов рясок зарегистрирована относительно одинаковая реакция: отмирание

и отпа, лась а осталы тер ОК{ Праи следуо В рядє: На в-загряза там: иг-: рашива Инп при исс краям ¥ ходящи В конт| все хло ли в па по клеї тальньк minor L хлорош ные даі центра! влиян® для тес: щим об

Металл

Си Со 1й РЬ . Мп Ва

Реакі

качестве раска и фическу ров на к ЛЯ спец] следуют на зелец ция на в зеленой тестеров нение НІ концент] были вы реакции: учете пс витальнс концент{ индикатс

НИЄ ЛИС!

рассоеди ряски ма бурифен. На поі провести количест

1

У. — 1995. му анализу

[МИИ

581.2.002

оказатель ложении. ия хлоро-и освеще-юпластов, ьзовали в тотаксиса

шивании иных (ок-ктеца ис-так как кать в по-

укратная. а на одну minor L.)

L.) - 15

isulka L.)

растворы )2, ВаС12, катионов ! пестици-гаенения, 5; дерозал фованная

[0,1-0,25 1ей ряско-

гнтрациях ле начала на следу-. У ряски Ю1 листе-. сохрани-: разъеди-i-зеленые, I наступи-Листецы ¡риобрели характер-центраци-тся почти Действия окраски, рней. На ряска ма-ш подсы-

стрирова-

тмирание

и отпадение корней. У многокоренника она оказалась выражена наиболее сильно по сравнению с остальными рисками, о чем свидетельствует характер окраски листецов.

Практически все концентрации металлов, исследуемые в работе, вызывали замедление роста, а в ряде с^з'чаев — гибель растений.

На втором зтапе исследований реакция рясок на загрязнение поллютантами была изучена по тестам: ингибирование фототаксиса и витальное окрашивание.

Ингибирование фототаксиса. Хлоропласты при исследуемых концентрациях не расходились к краям клетки. В среднем число хлоропластоо, приходящихся на одну клетку, колеблется от 20 до 23. В контроле после интенсивного освещения почти все хлоропласты, 97% от общего числа, переходили в парастрофное состояние, т.е. выстраивались по клеточной стенке. В табл. 1 представлены летальные дозы токсичных элементов для Lemna minor L, Оценка летальных доз дана по значению хлоропластов в эпистрофном положении. Полученные данные показывают, что с уменьшением концентрации металлов снижается их отрицательное влияние на фототаксис. По степени токсичности для тест-объекта металлы распределяются следующим образом: Со 2 Си 2 Ва 2 Мп э Zn 2 РЬ 14].

Таблица 1

Металл Значение токсических концентраций, мг/л-10 6

¿Aso LD05

Си 1800 38700

Со 1600 73500

Zn ' 2900 76700

РЬ 3100 77300

^ Мп 2800 78400

Ва 2600 76700

Реакция на пестициды. Использование таких качественных показателей, как специфические окраска и реакция, дает возможность оценить специфическую индивидуальную реакцию биоиндикаторов на каждый отдельный гербицид. Для показателя специфическая окраска нами были выделены следующие признаки: пожелтение листецов (смена зеленой окраски желтой) встречается как реакция на все гербициды; побурение листецов (смена зеленой окраски бурой) наблюдается у всех видов тестеров как реакция на гербицид раундап; сохранение неизменной окраски тест-объекта при всех концентрациях гербицида бурифена. Кроме этого, были выделены следующие типы специфической реакции: сетчатое окрашивание (снимался при учете показателя процент повреждения методом витального окрашивания) характерно для всех концентраций градила и харнеса у всех видов индикаторов; отмирание с краев листеца, увядание листецов на препараты акрил-М и базагран; рассоединение листецов из групп наблюдается у ряски малой при концентрации 2,5 и 5,0 гербицида бурифен.

На последнем этапе работы необходимо было провести анализ изменчивости всех имеющихся количественных признаков. Использовали методы

многомерной статистики, где исследовали влияние каждого фактора.

Трехфакторный дисперсионный анал1>:; изменчивости коэффициентов мгновенного роста позволил выявить статистически достоверные различия по факторам вид, гербкщ-тд и концентрация с долями в общей дисперсии 61,9 и 10% соответственно. Взаимодействие факторов не учитывалось, так как данные были организованы в бесповторный дисперсионный комплекс. По результатам дисперсионного анализа по данному признаку удалось выявить высокую видоспецифичность — 61%, что дает основание исследовать данный показатель для каждого вида отдельно.

Затем была получена таблица средних значений по показателю коэффициент мгновенного роста (табл. 2). Это представляется интересным, поскольку для этого признака по факторам вид, гербицид и концентрация были обнаружены статистически достоверные различия.

, Таблица 2

Уровни факторов Объем Среднее Стан- 95%-й доверительный интервал

значение дартная ошибка нижний предел верхний предел

Концентрация*:

1 14 0,13 0,02 0,11 0,16

2 14 0,12 0,02 0,10 0,15

3 14 0,12 0,02 0,09 0,14

4 14 0,10 0,02 0,08 0,13

5 14 0,05 0,02 0,02 0,07

Вид:

ряска малая 35 0,16 0,01 0,15 0,18

ряска тройчатая 35 0,05 0,01 0,03 0,06

Гербицид:

градил 10 0,06 0,02 0,03 0,09

харнес 10 0,07 0,02 0,04 0,10

поаст 10 0,14 0,03 0,11 0,17

базагран 10 0,15 0,04 0,12 0,18

акрил-М 10 0,09 0,03 0,06 0,12

раундап 10 0,13 0,04 0,10 0,16

* — концентрации препаратов обозначены в порядке возрастания: 1 — самая низкая, 5 — самая высокая.

Из табл. 2 видно, что различия наблюдаются только между самой низкой и самой высокой концентрациями. Налицо различия между видами, причем наибольшим коэффициентом мгновенного роста характеризуется ряска малая. Гербициды градил и харнес обладают максимальной фитотоксичностью (торможением прироста листецов), для раундапа и бурифена характерна средняя фитотоксичность, поаст, акрил-М и базаран меньше всего тормозят прирост. Появление этих трех групп можно связывать как со степенью фитотоксичности данных препаратов, так и с основными требо-

ваниями, предъявляемыми к гербицидам — степенью специфичности при уничтожении сорных растений в агроценозе.

Двухфакторный дисперсионный анализ выявил, что в структуре изменчивости эпистрофных хло-ропластов представлена только дисперсия по фактору гербицид. Различия между видами, а также эффект взаимодействия признаны статистически недостоверными.

Результаты трехфакторного дисперсионного анализа вскрыли статистически достоверные различия по факторам концентрация и гербицид с долями 15 и 23% соответственно, был выявлен и эффект взаимодействия с долей 34%. По фактору вид статистически достоверных различий не обнаружено, не было выявлено и наличия эффектов взаимодействия: концентрация—вид, гербицид— вид, а также концентрация—гербицид—вид.

.Г.: ВЫВОДЫ

1. По сравнению с 2п, Со, Ва, Мп, РЬ медь обладает наиболее сильным токсическим действием и ее реакция проявляется через 3~5 ч при концентрациях 0,1; 0,25; 0,025; 0,001; 0,0001 мг/мл. ...

2. Исследованные металлы обладают токсическим действием, что сказывается на приостановке роста рясок и их выживаемости.

3. Видоспецифичность реакции представителей семейства рясковых на гербициды обнаружена для признака коэффициент мгновенного роста. Доля влияния межвидовых различий составляет 61% от общей изменчивости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Wang W. Literature review on ducweed toxicity testing / / Environ. Res. — 1990. — 52. — P. 7-22.

2. Ломагин Л.Г., Ульянова Л.В. Новый тест на загрязненность воды с использованием ряски малой Lemna minor L. / / Физиология растений. — 1993, — 40. — № 2. — С. 327-328.

3. Цаценко Л,В., Малюга Н.Г. Чувствительность различных тестов на загрязнение воды тяжелыми металлами и пестицидами с использованием ряски малой Lemna minor L. / / Экология. — 1998. — № 5. —■ С. 407-409.

4. Цаценко Л.В., Филипчук О.Д. Фитоиндикация загрязнения воды и почвенной вытяжки / / Агрохимия. — 1999.

— № 1. — С. 90-93.

Кафедра растениеводства » ih -:

Поступила 25.02.2000 г.

664.951.3

ВЫБОР ИНДИКАТОРНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СЕРТИФИКАЦИИ КОПТИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА -

И.Н. КИМ, Г.Н. КИМ, А.Н. МАСАЖЕНКОВ

Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет

Нынешнее состояние окружающей среды в Российской Федерации следует признать критическим, поскольку значительная часть населения проживает в экологически неблагоприятных районах, причем число жителей, испытывающих десятикратное превышение предельно допустимых концентраций ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе, достигает 50 млн [1].

Для реального улучшения сложившейся ситуации необходимо придание природоохранной деятельности приоритетного статуса в общей системе управления предприятием, что может быть обеспечено введением со стороны государственных органов действенного механизма по проведению обязательной экологической сертификации [2]. Данная мера позволит достичь значительного оздоровления окружающей среды, о чем свидетельствует опыт промышленно развитых стран с рыночной экономикой.

В нашей стране экологическая безопасность осуществляется применительно к продукции, работам и услугам по правилам системы сертификации согласно их соответствию требованиям ГОСТ в части охраны окружающей среды и регламентируется рядом законов, основными из которых являются ”0 сертификации продукции и услуг”, ”Об охране окружающей природной среды”, ”Об охране атмосферного воздуха”, ”06 экологической экспертизе”. Роль нормативов качества окружающей среды фактически выполняют ПДК и предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ. В

настоящее время ПДК для атмосферного воздуха установлены более чем для 500 соединений [3, 4]. Имеются также характеристики более 50 смесей, состоящих из 2-4 соединений, совместное действие которых чаще всего проявляется по сумме эффектов.

Однако обращает на себя внимание чрезвычайная ограниченность рассматриваемых компонентов по сравнению с реальным загрязнением атмосферы дымовыми выбросами различных производств, в том числе производящими копченую рыбную продукцию. Рыбокоптильные предприятия традиционно придерживаются технологии дымового копчения, при которой в атмосферу выбрасывается до 95% компонентов дымовоздушной смеси [5]. По своей природе коптильный дым является типичным аэрозолем, в котором продукты пиролиза древесины распределены между дисперсной фазой (аэрозольные частицы) и дисперсионной средой. Составными частями последней являются не-конденсируемые при копчении рыбы газы (окислы азота, углерода), молекулы воды и органические соединения, находящиеся в парообразном состоянии. Дисперсная фаза коптильного дыма в значительной степени состоит из тех же органических соединений, что и дисперсионная среда, но в иных количественных соотношениях [6].

В составе древесного дыма к настоящему времени идентифицировано около 400 соединений, в том числе фенолы, кислоты, карбонильные вещества, полициклические ароматические углеводороды и др. [5, 6]. Их влияние на здоровье человека, варьирующееся в широких пределах, состоит в канцерогенном, мутагенном, аллергенном, токсическом и иных воздействиях [3, 4]. Поэтому соглас-

но дей предпр отнесе вокруг

1000 N

Одн эконои соблю; по про: ся неп в поме матиче разряд лей таї мическ прията не пр< усугуб. неблаг выброс

Созд ществу поскол ний ко ся чре: ределеї ет исп прибор

Целі оценка чего ко

ЧЄСТВЄ{

ния ко: приори отрица' ного пс

Объг камерн дымоге: тонског особен! как хоі установ эксплуа батьіваї Примор

Фенолы I Кислоты Карбонил Аммиак Двуокись Окись уга Сернисты| Бенз(а)пи Сумма