Влияние вермикультуры на изменение токсичности почвы, загрязненной нитробензолом Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Ю

©

тН

О

(N

УДК 31.27.53.+; 34.47.51.+; 57.46.32 ББК 40.402

Д.О. Таран Д.И. Стом О.А. Бархатова А.С. Чебонягин

ВЛИЯНИЕ ВЕРМИКУЛЬТУРЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ НИТРОБЕНЗОЛОМ*

Исследовано влияние дождевых червей на изменение токсичности почвы, загрязненной нитробензолом. Показано, что в результате вермитрансформации происходит ослабление токсичности почвы и ее водных вытяжек.

Ключевые слова: вермитрансформация, нитробензол, дождевые черви.

D.O. Taran D.I. Stom O.A. Barkhatova A.S. Chebonyagin

THE IMPACT OF VERMICULTURE ON CHANGE OF TOXICITY OF SOIL POLLUTED BY NITROBENZENE

The influence of earthworms on change on toxicity of soil polluted by nitrobenzene is studied. It is shown, that as a result of vermitransformation decreases toxicity of soil and its water extracts.

Keywords: vermitransformation, nitrobenzene, earthworms.

SSI

2sê

KS г

щЕ gi

На

Ой"

°¡<s ^ 1

І

^ Л £

h Е « ? і

8sî

"Jo

СнО!

£м§|

МО I

аи-і

нее

К

н

н

о

н

PQ

СО

Н

Введение. В восточной Сибири большое количество предприятий химической промышленности. В результате аварий или при несоблюдении технологических процессов вода и почва оказываются загрязненными нитробензолом [1].

Известны сообщения о том, что в процессе вермитрансформации, в ряде случаев происходит снижение токсичности субстратов, содержащих экотоксиканты.

Цель данного исследования — оценка возможности применения вер-микультуры для детоксикации почв, загрязненных нитробензолом.

Объекты и методы исследования. Тест-объектами служили лабораторные культуры дождевых червей (красный калифорнийский гибрид) — Eisenia fetida andreiBouche, 1963, дафнии Daphnia magna Strauss) и семена пшеницы (сорт «Заларинка», разновидность «Альбидум»).

Токсичность растворов оценивали по выживаемости червей, и по изменению их поведенческих реакций (времени зарывания) [3]. В чашки Петри (диаметр 105 мм) наливали по 50 мл растворов различных концентраций нитробензола и сажали в них по 10 червей. После 30 минутного инкубирования в растворах нитробензола червей извлекали и опре-

* Работа выполнена частично при поддержке грантов: Роснауки ФЦП (ГК № 02.740.11.0018 от 15.06.2009 г. и ГК № 02.740.11.0335 от 07.07.2009 г.), а также РФФИ (08-04-98057-Сибирь_а).

© Д.О. Таран, Д.И. Стом, ОА. Бархатова, A.C. Чебонягин, 2010

%

Ю деляли количество олигохет оставшихся в живых. Для оценки скорости

зарывания, выживших особей переносили, на поверхность насыпанной в садки почвы. Последнюю, для всех опытов, брали из гумусовго слоя

О | луговой почвы (0-15 см), влажность — 60%. Фиксировали время, когда

^ черви полностью зарывались в землю.

5^ Эффективность вермитрансформации оценивали по толщине слоя

копролитов. Для этого, в прозрачные стеклянные емкости объемом 500 мл добавляли почву, искусственно загрязненную нитробензолом в необходимых концентрациях, в количестве 200 г, одинаковой влажности — 60%. Затем, в каждую емкость сажали на поверхность почвы по 5, 10, 15, 20 или 25 половозрелых особей одинакового размера (80-100 мм). Садки помещали в затемненное место при 25 оС. Дополнительно червей не кормили. Толщину слоя копролитов измеряли в течении суток. Контролем служила почва, не содержащая нитробензол [4].

Для оценки токсичности с помощью дафний, из исследуемых субстратов готовили водные вытяжки согласно методике [2].

Семена пшеницы предварительно промывали водой, затем высаживали на почву по 20 шт на каждую повторность. Семена оставляли на 10 суток при температуре 25 оС и постоянном искусственном освещении (2000 лк). В конце опыта измеряли длину всех корней проростков.

Оценку изменения токсичности почвы производили путем расчета коэффициента детоксикации D [6]

D = 1 - 4 (Ld - 4+0 100%,

Ld (L0 - Lt)

где L0 — средняя длина корня проростков пшеницы в контрольном варианте (в отсутствии токсиканта и вермикультуры), см; Ld — средняя длина корня проростков пшеницы в отсутствии токсиканта с вермикульту-рой, см; Lt — средняя длина корня проростков пшеницы в присутствии §ЦЦ! токсиканта без вермикультуры, см; Ld + t — средняя длина корня пророс-

== тков пшеницы в с токсикантом и вермикультурой.

Все эксперименты проводили не менее чем в пяти независимых опы-I тах с тремя параллельными измерениями в каждом. Для статистичес-

кой обработки полученных данных использовали пакет программ Excel | Windows [5]. Достоверность различия определяли с помощью критерия

og 1 Стьюдента. Выводы сделаны при вероятности безошибочного прогноза

ЙН Р > 0,95.

| Результаты их обсуждение. В экспериментах по вермитрансформа-

s ции, сначала оценивали токсичность нитробензола для червей. Установ-

иоэ лено, что 30-и минутная обработка растворами нитробензола в концен-

SfflS трации 1,5 г/дм3 и выше оказалась для червей летальна. Часть особей

погибла и при содержании нитробензола 1,3 г/дм3. Максимальной концентрацией нитробензола, не оказывающей выраженного токсического 52 действия, оказалась 1,0 г/дм3.

Анализ токсичности водных вытяжек из образцов почв, искусственно загрязненным нитробензолом показал следующее: пробы почвы с концентрациями нитробензола 0,5 г/кг и выше были летальны для дафний (табл. 1).

На следующем этапе экспериментов производили оценку эффек-со тивности вермитрансформации по изменению толщины накопленного

Нслоя копролитов при различном количестве червей. В данном варианте опыта наиболее медленно образовывался слой копролитов при содержа-

н

о

н

PQ

ю

©

тН

О

(N

нии нитробензола 1,0 и 0,7 г/кг. Максимально эффективно вермитранс-формация происходила при более низких концентрациях нитробензола (0,5-0,1 г/кг) и с количеством червей 15 и 20 шт. В этом случае толщина слоя копролитов была близка к контролю (табл. 2).

Таблица 1

Влияние водных вытяжек из проб почвы, содержащей нитробензол, на выживаемость дафний

Концентрация пит-робензола в образцах почвы, г/кг Количество живых дафпий вытяжках из образцов, % от контроля

до вермикультивировапия после вермикультивировапия

1,0 0 26,6 ± 3,9

0,7 11,3 ± 1,6 46,3 ± 6,9

0,5 33,6 ± 5,04 76,6 ± 11,5

0,3 63,3 ± 9,5 100

0,1 100 100

Контроль 100 100

SS1

2sê Es =

«Зі

І

ОЙ"

°¡<S ^ 1

І

^ Л £

gSí

« РІ

8sí

"Jo

ЕнО а

£м§|

ИО І

аи-і

See

К

н

н

о

н

PQ

СО

Н

Толщина слоя копролитов в пробах почвы с различным содержанием нитробензола

Таблица 2

Концентрация нитробензола, г/кг Количество червей

5 10 15 20

1,0 0,5 ± 0,08 1,1 ± 0,17 2,4 ± 0,36 3,6 ± 0,54

0,7 0,7 ± 0,10 2,4 ± 0,36 3,1 ± 0,47 3,9 ± 0,59

0,5 0,9 ± 0,14 2,9 ± 0,44 3,7 ± 0,56 4,5 ± 0,68

0,3 1,8 ± 0,27 3,0 ± 0,45 4,4 ± 0,66 5,8 ± 0,87

0,1 2,1 ± 0,31 3,2 ± 0,48 4,9 ± 0,74 6,3 ± 0,95

Контроль 2,7 ± 0,40 4,6 ± 0,69 6,3 ± 0,95 6,5 ± 0,98

Примечание: время экспозиции зол, высота слоя почвы — 6,5 см.

24 ч, контроль — почва, не содержащая нитробен-

количество червей, шт. □нитробензов - 1 г/кг □ нитробензол - 0,7 г/кг

□нитробензол - 0,3 г/кг □ нитробензол - 0,1 г/кг Коэффициент детоксикации при различных концентрациях

нитробензола

После извлечения червей, для оценки изменения токсичности в приготовленные вытяжки из данных субстратов поместили дафний. В концентрациях нитробензола 1,0 и 0,7 г/кг наблюдали увеличение количества выживших дафний, по сравнению с вытяжками из почвы в которых

%

Ю не было червей, однако и после вермикультивирования вытяжки обла-

дали острой токсичностью (выжило менее 50% особей). При более низком уровне нитробензола, также фиксировалось увеличение количества © | особей. Так вытяжка из образца почвы, с концентрацией нитробензола

^ 0,5 г/кг перестала быть остротоксичной (погибло менее 50% особей).

5^ Значительное увеличение длины корней проростков пшеницы наблюда

ли даже в моделях, с наиболее высоким содержанием нитробензола при увеличении количества червей. Так при содержании 15 и 20 червей коэффициент детоксикации превышал 100% (рис.).

Заключение. Подытоживая результаты проведенных экспериментов можно сделать заключение, что в результате вермитрансформации происходит частичное снижение токсичности модельных образцов почвы, загрязненной нитробензолом.

Список использованной литературы

1. Колотвин А.А Влияние техногенных органических загрязняющих веществ на биологическую активность почв / А.А Колотвин, А.А. Лобачева // Экологическая химия. — 2006. — № 3. — С. 198-201.

2. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний // ФР.1.39.2007.03222. — М.: Акварос, 2007. — 52 с.

3. Способ определения влияния водных эмульсий нефтепродуктов при вермикультивировании / Н.А. Черных, Д.С. Потапов, Д.И. Стом // Патент № 2290801 РФ, С2. — Иркут. ун-т. — № 2004129004/13; Заявл. 01.10.2004; опубл. 10.01.2007.

4. Потапов Д.С. Новые методы оптимизации вермикультивирования / Д.С. Потапов, Д.И. Стом, А.Э. Балаян // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. — 1998. — № 2 (8). — С. 35-40.

5. Piegorsch W.W. Statistics for Environmental Biology and Toxicology (Interdisciplinary Statistics) / W.W. Piegorsch, A.J. Bailer // Chapman & Hall,

fiS,^ 1997. — 579 p.

os | 6. Perminova I.V. Humic Substances as Natural Detoxicants / I.V. Perminova

! et al. // Humic Substances and Organic Matters in Soil and Water Environment:

дЧ| Characterization, Transformation and interaction. IHSS inc. Dep. Of Soil, Water

ой I and Climate University of Minnesota. — 1996. — Р. 339-406.

*<X < %_

k« | Bibliography (transliterated)

qE3•§ 1. Kolotvin A.A Vliyanie tekhnogennykh organicheskikh zagryaznyayu-

shchikh veshchestv na biologicheskuyu aktivnost’ pochv / A.A Kolotvin, о g | A.A. Lobacheva // Ekologicheskaya khimiya. — 2006. — № 3. — S. 198-201.

I 2. Metodika opredeleniya toksichnosti vody i vodnykh vytyazhek iz pochv,

osadkov stochnykh vod, otkhodov po smertnosti i izmeneniyu plodovitosti dafnii // aoj FR.1.39.2007.03222. — M.: Akvaros, 2007. — 52 c.

Sea 3. Sposob opredeleniya vliyaniya vodnykh emul’sii nefteproduktov pri vermi-

ЫН kul’tivirovanii / N.A. Chernykh, D.S. Potapov, D.I. Stom // Patent № 2290801 RF,

»•S S2. — Irkut. un-t. — № 2004129004/13; Zayavl. 01.10.2004; opubl. 10.01.2007.

22 4. Potapov D.S. Novye metody optimizatsii vermikul’tivirovaniya / D.S. Por. tapov, D.I. Stom, A.E. Balayan // Byulleten’ VSNTs SO RAMN. — 1998. —

№ 2 (8). — S. 35-40.

Г_) 5. Piegorsch W.W. Statistics for Environmental Biology and Toxicology

H (Interdisciplinary Statistics) / W.W. Piegorsch, A.J. Bailer // Chapman & Hall,

1997. — 579 p.

6. Perminova I.V. Humic Substances as Natural Detoxicants / I.V. Perminova

CO et al. // Humic Substances and Organic Matters in Soil and Water Environment:

H Characterization, Transformation and interaction. IHSS inc. Dep. Of Soil, Water

and Climate University of Minnesota. — 1996. — Р. 339-406.

Ю

О

тН

О

(N

Информация об авторах

Таран Денис Олегович — аспирант Восточно-Сибирской государственной академии образования, г. Иркутск.

Стом Дэвард Иосифович — доктор биологических наук, профессор Иркутского государственного университета, г. Иркутск, email: stomd@mail.ru.

Бархатова Оксана Анатольевна — кандидат биологических наук, доцент Иркутского государственного университета, г. Иркутск.

Чебонягин А.С. — студент Иркутского государственного университета, г. Иркутск.

Authors

Taran Denis Olegovich — post-graduate student, East Siberian State Academy of Education, Irkutsk.

Stom Daevard Iosifovich — Doctor of Biological Sciences, Professor, Irkutsk State University, Irkutsk, e-mail: stomd@mail.ru.

Barkhatova Oksana Anatoliyevna — PhD in Biological Sciences, Associate Professor, Irkutsk State University, Irkutsk.

Chebonyagin A.S. — student, Irkutsk State University, Irkutsk.

ss?

2s!

Kgs

«5!

ОЙ"

°i<s ^ I

ü

^ Л £

I

« tf i

8s! wj (5

Е-Ю*

kEl

ИОЦ

H

H

о

H P3

CO

H