CC BY
79
Синдирева А.В., Федосова М.Д., Никулинская А.В. Влияние цинка на численность технологических видов червей Eisenia fetida и фитотоксичность почвы // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. -2017. -№4 (11) октябрь - декабрь. - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/4/00481.pdf. - ISSN 24134066
УДК 57.084.1/574.45/632.122.1
Синдирева Анна Владимировна
Доктор биологических наук, доцент ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Федосова Мария Дмитриевна
Студентка
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск fedosova23@mail. ru
Никулинская Алена Валерьевна
Студентка
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Влияние цинка на численность технологических видов червей Eisenia fetida и
фитотоксичность почвы
Аннотация. Статья содержит описание научных опытов, в которых применяются технологические виды дождевых червей для биотестирования и биорекультивации почв, загрязненных цинком, и оценивается фитотоксичность почвы после воздействия на нее тяжелого металла и червей. В конечном итоге выясняется безопасный и токсичный уровень воздействия цинка в системе почва-растения.
Ключевые слова: тяжелые металлы, цинк, дождевые черви, Eisenia fetida, фитотоксичность, биорекультивация, редис.
В настоящее время учеными доказано, что цинк содержится во всех тканях и органах тела человека. Цинк входит в состав множества ферментов, укрепляет иммунитет, важен для роста, поддерживает гормональный фон (влияет на функцию гипофиза, поджелудочной и половых желез).
Избыточное поступление цинка с пищевыми продуктами и водой и проживание в экологически неблагополучном месте приводит к снижению иммунитета, аутоиммунным реакциям, поражениям кожи, волос, ногтей, снижению содержания в организме железа, меди. Суточная потребность в цинке - 10-15 мг [1].
Отрицательное влияние цинка на микроорганизмы и микрофауну почвы снижает ее плодородие. Уровень цинка, снижающий урожай или высоту растения на 5-10%, считается токсичным [2,3].
В основе многих проявлений цинковой интоксикации лежат конкурентные отношения цинка с рядом других металлов. Избыточное поступление цинка в организм животных сопровождается падением содержания кальция не только в крови, но и в костях,
1
одновременно нарушается усвоение фосфора; в результате развивается остеопороз. Цинк может представлять мутагенную и онкогенную опасность. Гонадотоксическое действие цинка проявляется снижением подвижности сперматозоидов и их способности проникать в яйцеклетку [1].
Основными антропогенными источниками поступления цинка в ОПС в первую очередь являются предприятия цветной металлургии. Значительные количества цинка поступают в почву с твердыми отходами ГРЭС на буром угле. Сточные воды, содержащие цинк, не пригодны для орошения полей. Серьезным источником поступления цинка в воду является вымывание его горячей водой из оцинкованных водопроводных труб до 1,2-2,9 мг с поверхности 1 дм2 в сутки.
Цинк концентрируется в глинистых отложениях и сланцах в количествах от 80 до 120 мг/кг, в делювиальных, лессовидных и карбонатных суглинистых отложениях Урала, в суглинках Западной Сибири - от 60 до 80 мг/кг [2,4,5].
Загрязнение почв металлами происходит в результате их поступления из атмосферы в виде сухих выпадений и с осадками. Особенно это относится к организмам, потребляющим тяжелые металлы вместе с пищей непосредственно из почвы и включающим их в свой обмен веществ. Внесение в почву тяжелых металлов в конечном итоге вызывает снижение численности и разнообразия педобионтов, при этом возрастает доля одних видов, которые приспособившись полностью занимают освободившуюся нишу.
Работ по биоиндикации и биотестированию существует множество, но почвенных червей в качестве индикаторов окружающей среды в нашей стране используют недостаточно. Крупные почвенные беспозвоночные имеют большую индикационную ценность. Для экологического мониторинга применимы в первую очередь именно объекты мезофауны. Почвенная мезофауна чувствительна к реакции почвенных растворов. Изменение химизма среды обитания, физических свойств почв приводит к изменению численности и видового состава животных. В связи с этим многие исследователи считают мезофауну одним из лучших биоиндикаторов, так как все активно передвигающиеся виды реагируют на малейшее изменение среды варьированием численности и нарушением соотношений трофических групп. Наиболее удобным тест-объектам являются дождевые черви [3,5].
Цель исследования: изучить влияние различных концентраций цинка на численность, продуктивность дождевых червей, а также на фитотоксичность почвы.
Задачи исследования:
- изучить влияние тяжелого металла Zn на численность технологических червей Eisenia fétida;
- установить влияние Zn на продуктивность червей;
- определить устойчивость технологических червей к загрязнению почвы тяжелым металлом Zn;
- определить фитотоксичность почвы при воздействии на нее Zn и червей;
- определить безопасный и токсичный уровень содержания цинка в условиях эксперимента.
Исследования проводились в соответствии методикой биоиндикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, при помощи почвенных червей. В полипропиленовые контейнеры на 2 литра заложили почвогрунт с массой 650 г, и в почву внесли раствор ацетата цинка, содержащий расчетные концентации тяжелого металла, затем внесли по 10 половозрелых червей (с клителлумом).
Для биоремедиации почвы технологическими червями вида Eisenia fétida в лабораторных условиях, мы обеспечили необходимые условия: температура субстрата жизнеобитания от 20 до 25 °С; влажность субстрата жизнеобитания от 70 до 85% от полной его влагоемкости [5].
Эксперимент проводился по следующей схеме: 1) контроль (незагрязненная почва); 2) цинк ПДК; 3) цинк 2 ПДК. Опыт проводился в трех повторностях.
Сосуды с почвой закрывали крышками с прорезями. Опрыскивание водой из пульверизатора проводили 3 раза в неделю. Подсчет червей проводили через сутки вручную. В процессе эксперимента оценивали следующие показатели: численность половозрелых особей и продуктивность общая (количество коконов на сосуд).
Полученные результаты были обработаны с помощью компьютерной программы Excel с использованием операций описательной статистики [4].
Фитотоксичность почвы, загрязненной цинком, в условиях воздействия технологических видов червей, определяли в соответствии с методикой определения суммарной токсичности почвы биотестированием [6]. Оценка проводилась путем учета изменения длины корней и проростков семян редиса в растворах вытяжек из анализируемых образцов почвы по сравнению с контролем.
Тщательно отобранные семена редиса красного с белым кончиком по 50 штук поместили в стеклянные стаканчики. Опыт проводился в трехкратной повторности. Контролем являлась водопроводная вода.
Пробу почвы весом 20 г взвесили с погрешностью 0,1, пересыпали в колбу 250 мл и прилили 20 мл водопроводной воды. Взболтали в течение 2,5 ч. на ротаторе. Полученную суспензию отфильтровывали и из нее мерной пипеткой отобрали 4 мл раствора, которыми залили, подготовленные в стаканчиках семена.
Через сутки (24 ч) семена разложили из стаканчиков на чашки Петри. Семена из одного стаканчика точно в количестве 50 штук раскладывали на одну чашку Петри. Через двое суток на третьи (72 ч) замерили мерной линейкой общую длину корней и проростков на каждой чашке Петри, а также подсчитали количество проросших семян на каждой чашке.
Среднее арифметическое длины корней, проростков, полученное на контрольном варианте соответствует 100 %, а результаты на других вариантах сопоставляются с контролем (в %). Разность между установленной процентной величиной и контролем и соответствовала в случае угнетения определяемой суммарной токсичности.
Полученные результаты были обработаны с помощью компьютерной программы Excel с использованием операций описательной статистики [4].
Влияние повышенного содержания цинка в почве на численность и устойчивость дождевых червей. На протяжении исследований численность навозных дождевых червей во всех исследуемых вариантах не сокращалась, а осталась неизменной в количестве 10 шт. В то же время около 58 % от общего количества червей в сосудах мигрировали в нижние слои почвы после каждого разбора контейнеров.
Продуктивность дождевых червей оценивалась по числу откладываемых коконов. На всех вариантах опыта отмечен прирост числа коконов (рисунок 1).
16 14 12 10 8 6 4 2
0
N^1
ЛУ- ЛУ- ЛУ- ЛУ- ЛУ- ЛУ- ЛУ- ЛУ-
/У (V (V (V (V (V (V (V (V Л V Л V Л V
''
>• ty rip- ф & &
\Г ^
Рис. 1 - Динамика числа коконов технологических видов дождевых червей Eisenia
fetida в почве, загрязненной Zn
Начало откладки коконов отмечалось с 1 по 10 день исследований в зависимости от вариантов опыта. Так в контрольном контейнере откладка коконов стала осуществляться через 10 дней с начала опыта, в контейнерах с внесением цинка в дозе ПДК - через 6 дней, а на вариантах с внесением цинка в дозе 2ПДК коконы появились уже ко 2-му дню наблюдений. В образцах почвы с Zn 2ПДК было отмечены резкие возрастания числа коконов в начале второй и третьей недель по сравнению с началом опыта. Среднее значение продуктивности для контрольного варианта составило 4 кокона на сосуд, при этом на одного половозрелого червя приходилось 0,4 коконов. Среднее значение общей продуктивности навозного червя для вариантов с Zn ПДК составило примерно 8 коконов на сосуд. Каждый половозрелый червь откладывал по 0,5-1,2 коконов. Средние значение продуктивности для варианта Zn 2ПДК составило примерно 15 коконов на сосуд, а индивидуальная продуктивность составила 1,0-2,1 коконов.
Таким образом, с повышением концентрации вносимого Zn в почву, увеличивается продуктивность дождевых червей по сравнению с контролем. Количество коконов на варианте с внесением цинка в дозе 1ПДК превысило в 2 раза обилие коконов по сравнению с контролем, а на варианте с внесением цинка в дозе 2ПДК - в 3,8 раза.
Определение фитотоксичности почвы семенами редиса. Результаты исследования длины проростков и корней редиса в зависимости от вариантов опыта представлены на рисунке 2.
0 (дист. вода) Контроль 1ПДК 2ПДК
Вариант
Рис. 2. Длина проростков и корней редиса в зависимости от вариантов опыта Согласно данным рисунка 2 можно сделать вывод о том, что при увеличении концентрации Zn увеличивается число проросших семян в водной вытяжке и средняя длина корня по сравнению с контролем. Содержание цинка в почве в концентрации 1ПДК оказывает угнетающее воздействие на рост проростков и их корневой системы в большей степени, нежели предельно допустимая концентрация цинка в двойной дозе. По показателям всхожести, согласно градации Минеева В.Г., почва является мало токсичной и относится к 4 классу опасности (таблица 2).
Таблица 2
Фитотоксичность почвы, загрязненной Zn и затем обработанной вермикультурой
Вариант Длина проростка по сравнению с контролем,% Длина корней по сравнению с контролем,% Характеристика почвы Класс опасности
0 (дист. вода) 100 100 - -
Контроль 92 92,3 Мало токсичная 4
Cd 1ПДК 72 90,4 Мало токсичная 4
Cd 2ПДК 80 103,8 Мало токсичная 4
Таким образом, поставленный эксперимент подтвердил нашу гипотезу о возможности использования животных мезофауны в биоиндикации состояния почв. Можно сказать, что несмотря на то, что мы вносили в почву цинк в дозах 1ПДК и 2ПДК, такое загрязнение не является токсичным по показателям численности червей и фитотоксичности. В то же время данные исследования требуют продолжения.
Ссылки на источники:
1.Синдирева, А. В. Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля, цинка в системе почва - растение - животное : канд. с.-х. наук / А. В. Синдирева. - Омск, 2000. - 196 с.
2. Синдирева, А.В. Влияние микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Cu, Pb) на химический состав растений в условиях южной лесостепи омской области / А.В. Синдирева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2011. -№ 9 (83). - С. 35-39.
3. Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почве и растениях / Ю.В. Алексеев. - Л.: Наука, 1997. -201 с.
4. Синдирева, А.В. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия, цинка, селена в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2011. - № 10. - С. 118-122.
5. Водяницкий, Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почвах / Водяницкий Ю.Н. - М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2005. - 109 с.
6. Гиляров, М.С. Почвенные беспозвоночные как объект экологического мониторинга / М.С. Гиляров, А.Д. Покаржевский // Охраняемые природные территории. - М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1983. - С. 108-115.
7. Кузнецов, А.Е. Прикладная экобиотехнология / А. Е. Кузнецов. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 629.
8. Туровцев, В.Д. Биоиндикация / В.Д. Туровцев, В.С. Краснов. - Тверь: Твер. гос. ун-т, 2004. - 260 с.
9. Титов, И.Н. Дождевые черви. Рук. В 2 ч. Ч. I. Компостные черви / И. Н. Титов. - М. : Точка опоры, 2012. - 284 с.
10. Зайцев, Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике / Г. Н. Зайцев. -М. : Наука. - 424 с.
11. Минеев, В.Г. Практикум по агрохимии - 2-е изд. - Учебное пособие. / В. Г. Минеев. -МГУ, 2001. - 689 с.
Anna Sindereva
Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Maria Fedosova
Student
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Alyona Nikulinskaya
Student
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
The Effect of Zinc on the Abundance of Technological Species of Earthworm Eisenia Fetida
and Phytotoxicity of Soil
Abstract. The article reveals the essence and results of two scientific experiments. The first experiment was aimed at studying the use of technological earthworms species for bioassay and bioremediation of soils contaminated with zinc acetate. The second experiment allowed us to assess
the phytotoxicity of soil after exposure to the heavy metal and worms and identify out the safe and
toxic levels effects of zinc on plants in the conditions of this experiment.
Keywords: heavy metals, zinc, earthworms, Eisenia fetida, phytotoxicity, bioreductive, radish.
