Бирюлина Нина Николаевна (14 лет) - Оценка фитотоксичности почв вдоль улицы Вокзальная магистраль(г.Новосибирск) с помощью семян редиса

ВВЕДЕНИЕ

Новосибирск – третий по численности населения город в России, крупнейший индустриальный центр юга Западной Сибири. Ежегодный суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух г. Новосибирска превышает 2 млн. тонн. Более половины этих выбросов (54 %) поступает за счет функционирования автотранспорта [13]. Часть загрязняющих веществ из атмосферы осаждается в поверхностном слое почвы, обуславливая ее загрязнение.

Оценить результаты влияния загрязнения окружающей среды на состояние живых организмов позволяют методы биотестирования, например фитотест на проростках высших растений. Преимуществами данной методики являются: возможность выявить суммарное влияние всех химических соединений почвы на растительный организм, учет антогонистического и синергитического взаимодействия химических веществ в почве, а также простота постановки, доступность, экономичность. Тогда как химические (приборные) методы исследований позволяют определить концентрацию только некоторых химических соединений в почве.

В связи с этим, актуальным считается вопрос оценки фитотоксичности почвы вдоль крупных автомагистралей г. Новосибирска с помощью методов биотестирования.

Цель работы – изучить фитотоксичность почв вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль с помощью проростков семян редиса.

Для достижения цели работы были поставлены и выполнены следующие задачи.

1. Заложить экспериментальную площадь вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль.

2. Определить энергию прорастания и всхожесть семян редиса в водных вытяжках исследуемых образцов почвы.

3. Охарактеризовать фитотоксичность исследуемых образцов почвы.

Теоретическая значимость. Результаты исследований позволяют охарактеризовать влияние почвенных условий крупных городов на процессы прорастания семян высших растений.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы при составлении экологической карты г. Новосибирска.

Согласно литературным данным, ранее исследования подобного рода вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль не проводились. Все задачи работы были выполнены в полном объеме лично автором.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1. Биотестирование загрязнения почв (Литературный обзор)

1.1 Биотестирование как метод оценки загрязнения почвы

Одним из основных инструментов, позволяющим сохранить и обеспечить условия, необходимые для существования человека и других живых организмов, является экологический мониторинг – так считают отечественные экологи А.В. Лобанов и Ю.С. Батдиев [3,10]. Одной из составляющих экологического мониторинга, в том числе мониторинга почв, является биотестирование.

Биотестирование [5] – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности, независимо от того какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов.

Токсичность [4] – способность вещества (условий) оказывать негативное воздействие на процессы жизнедеятельности организма.

Основные достоинства биотестирования [6]:

1) простота и доступность методов постановки,

2) быстрота проведения эксперимента,

3) отсутствие надобности в дорогостоящих реактивах и оборудовании (экономичность),

4) высокая чувствительность тест-объектов,

5) объективность полученных данных.

Вместе с тем, методы биотестирования всё чаще используются для определения токсичности условий окружающей среды по ряду причин [9]:

1) загрязняющие вещества в почве могут усиливать (синергизм) или ослаблять (антогонизм) действие друг друга;

2) загрязняющие вещества в почве могут распадаться или взаимодействовать друг с другом; токсичность образующихся продуктов может быть выше, чем у исходных веществ;

3) количество присутствующих в почве загрязняющих веществ значительно больше, чем количество существующих аналитических (химических) методов, позволяющих их обнаружить.

Методами биотестирования выявляется токсичность, которая является интегральным (суммарным) показателем загрязнения природных сред [10]. Как и все интегральные показатели, она имеет тот недостаток, что не раскрывает влияние индивидуальных загрязняющих веществ, присутствующих в почве.

Таким образом, биотестирование является эффективным методом оценки токсичности почвы. Часто в качестве тест-организмов используются высшие растения, характеризующиеся определенными преимуществами по сравнению с другими живыми системами.

ГЛАВА 2. Условия, объекты ,методы и результаты исследования

2.1.Условия исследования

По данным Новосибирского центра мониторинга окружающей среды уровень загрязнения г. Новосибирска характеризуется как высокий [13]. К числу основных источников загрязнения относится автотранспорт.

По заказу мэрии г. Новосибирска в 2000 году в Сибирской государственной геодезической академии была составлена «Интегральная экологическая карта Новосибирска» (прил. 1, рис. 1), позволяющая классифицировать территорию города по степени опасности для здоровья человека. Согласно интегральной экологической карте (см. прил.1, рис. 1) территория ул. Вокзальная магистраль характеризуется высоко опасной экологической обстановкой (высокий экологический риск для здоровья населения). Вместе с тем, на мой взгляд, следует учитывать, что уровень загрязнения окружающей среды за последние 16 лет мог существенно измениться.

2.2 Организация исследований

Исследования проводились по общепринятой схеме, предполагающей выбор пробных площадей, объектов исследования, осуществление необходимых наблюдений и измерений, а также анализ полученных результатов.

На территории г. Новосибирска была заложена экспериментальная площадь –автомагистраль по ул. Вокзальная магистраль (Железнодорожный район), характеризующаяся повышенной интенсивностью движения автотранспорта. На территории указанной экспериментальной площади согласно МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» [11] было заложено 5 пробных площадей (прил. 1, рис. 2). Краткое описание пробных площадей приведено в приложении 2.

2.3 Объекты исследования

В качестве объектов исследования использовали семена редиса (Raphanus sativus L.), поскольку данное растение, согласно литературным данным [1,2] является чувствительным к загрязнению почвы. В частности, для эксперимента брали семена раннеспелого сорта «Вариант», одной партии, производства группы компаний «Агрос», г. Новосибирск (прил. 3).

Редис относится к семейству крестоцветные [7]. По циклу развития он подразделяется на однолетний, когда семена получают в один год, и двулетний — семена дает на второй год после посева. К первой группе относятся наши европейские сорта, ко второй — китайские и японские сорта, или так называемые озимые сорта редиса.

2.4 Методы исследования

Отбор проб почвы (пробоотбор)

Отбор проб проводили согласно МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» [11]. На участке почвы без растительного покрова отбирали не менее 5 точечных проб равного объема с глубины 0 – 5 см, из которых составляли одну смешанную пробу. Смешанную пробу упаковывали в чистые полиэтиленовые пакеты, закрывали, маркировали, пронумеровывали. На каждую пробу составляли сопроводительный талон, вместе с которым пробу вкладывали во второй внешний пакет, что обеспечивало целостность и безопасность транспортирования.

Подготовка почвы к анализу (пробоподготовка)

Пробоподготовку оcуществляли cоглаcно МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» [11]: воздушно-cухие oбрaзцы почвы просеивали через сито с круглыми oтверстиями диаметром 1 – 2 мм. После чего пробу почвы высыпали на ровную поверхность, тщательно перемешивали и распределяли слоем не более 1 см. Cлoй разделяли на 6 квaдратoв, для пocлeдующегo анализа брали по чyть- чyть из кaждого квaдрата. (прил. 4).

Биотестирование с помощью семян редиса

Биотестирование уровня фитотоксичности почв осуществляли согласно СанПиН 2.1.7.573-96 [12] и ГОСТ 12038-84 [8]. В стерильные чашки Петри помещали по 5 г исследуемой почвы и добавляли 20 мл дистиллированной воды; содержимое перемешивали стеклянной лопаточкой в течение 15 минут и помещали на сутки в термостат с температурой 20оС. После чего содержимое вновь перемешивали и накрывали 2 слоями бумажного фильтра, на поверхности которого раскладывали 25 семян по возможности на равном расстоянии друг от друга (см. прил. 4). Чашки Петри закрывали и помещали в термостат с температурой 20оС. В качестве контроля использовали дистиллированную воду.

Через трое суток определяли энергию прорастания семян, для чего подсчитывали количество нормально проросших семян в %. На пятые сутки определяли всхожесть семян, для чего подсчитывали количество нормально проросших, набухших, твердых и невсхожих (загнивших и ненормально проросших) семян в %. Если энергия прорастания и/или всхожесть семян снижались более чем на 30 % – исследуемую почву считали фитотоксичной.

Для каждой пробной площади закладывали по 4 чашки Петри с суммарным содержанием семян – 100 штук (биологическая повторность). Общее количество проанализированных в ходе исследования семян – 600 штук.

ГЛАВА 3. Результаты исследования

3.1 Энергия прорастания семян редиса в водных вытяжках почв пробных площадей ул. Вокзальная магистраль

Результаты исследования энергии прорастания семян редиса в водных вытяжках почв вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль приведены на рис. 1 в приложении 5.

Согласно представленным данным энергия прорастания семян редиса в водных вытяжках всех пробных площадей ниже, чем в контроле. Более чем на 30 % данный показатель уменьшился в водных вытяжках почв пробных площадей № 2 и 3. В пробе № 3 величина энергии прорастания по сравнению с контролем снижается на величину 41 %, а в пробе № 2 – на 34 %. Наиболее благоприятными для прорастания семян являются условия пробной площади № 5, где энергия прорастания снизилась лишь на 21 %.

Таким образом, судя по показателю энергии прорастания все исследуемые пробные площади характеризуются менее оптимальными условиями для прорастания семян по сравнению с контролем. При этом почвы в пробах № 2 и 3 могут быть фитотоксичными, так как величина указанного показателя снизилась более, чем на 30 % по сравнению с контролем.

Охарактеризовать почвенные условия произрастания растений можно и по показателю всхожести семян.

3.2 Всхожесть семян редиса в водных вытяжках почв пробных площадей ул. Вокзальная магистраль

Всхожесть семян редиса в водных вытяжках почвы пробных площадей ул. Вокзальная магистраль выше, чем их энергия прорастания (прил. 5, рис. 2).

При этом всхожесть семян редиса в водных вытяжках всех пробных площадей ниже, чем в контрольных условиях. Наиболее оптимальные условия также наблюдаются в водной вытяжке почвы пробной площади № 5, где всхожесть семян снизилась лишь на 10 % по сравнению с контролем. Минимальное значение всхожести семян редиса зарегистрировано в водной вытяжке почвы пробной площади № 3 и составляет 76 %. Вероятно, это можно объяснить тем, что только на данной пробной площади отсутствовали древесные деревья, а значит, загрязняющие вещества не поглощались листвой и в полном объеме поступали в почву (увеличивая тем самым уровень ее загрязнения).

Таким образом, судя по динамике всхожести семян редиса, исследуемые пробные площади вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль не являются фитотоксичными, так как величина указанного показателя снижается менее чем на 30 % по сравнению с контролем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование биологических методов позволило оценить последствия влияния хронического антропогенного воздействия на почвы вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль с точки зрения их фитотоксичности.

Анализ полученных цифровых данных позволяет сформулировать следующие общие выводы:

1) исследуемые пробы почв вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль не являются фитотоксичными, судя по всхожести семян редиса;

2) наименее благоприятными условиями для прорастания семян редиса характеризуются почвы пробной площади № 3, судя по энергии прорастания и всхожести семян редиса;

3) исследуемая почва может быть рекомендована для озеленения любыми видами растений (в том числе чувствительными к загрязнению почвы), так как не является фитотоксичной.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1 Алексеев С.В. Изучаем экологию экспериментально/ С.В Алексеев, А.М Беккер. – СПб, 1993.– 56 с.

2 Багдасарян А.С. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов. – Ставрополь, 2005. – 138 с.

3 Бадтиев Ю.С., Кулемин А.А. Методика биоиндикации окружающей природной среды // Экологический вестник России. – 2001. – № 4. – С. 27-29.

4 Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. – М., 1988. – 350 с.

5 Биологический контроль окружающей среды: Биоиндикация и Биотестирование / Под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. – М., 2007. – С. 277.

6 Босняцкий Г.П. Методы биоиндикации для контроля состояния окружающей среды. – М., 2004. – 108 с.

7 Ботаническая характеристика редиса. – Режим доступа: http://www.rusagroweb.ru/

8 ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. – Введ. 01.07.86. – М., 1986. – 41 с.

9 Егорова Е.Н. Биотестирование объектов окружающей среды. – Обнинск, 2000. – 162 с.

10 Лобанов А.В., Шувалова Ю.В., Зырина А.Е. и др. Биосенсоры для экологического контроля // Экологические системы и приборы. – 2001. – № 6. – 105 с.

11 МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» – Введ. 05.04.99. – Минск, 2000. – 22 с.

12 СанПиН 2.1.7.573-96 «Почва. Очистка населенных мест. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы». – Введ. 31.10.96. – М., 1996. – 31 с.

13 Состояние окружающей среды Новосибирской области в 2013 году / Государственный доклад департамента природных ресурсов и охраны окружающей среды. – Новосибирск, 2013. – 14 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Карта-схемы расположения пробных площадей

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Краткая характеристика пробных площадей

Таблица 1. Описание месторасположения и условий пробных площадей

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Тест-объект

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Закладка эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Энергия прорастания и всхожесть семян редиса

Рис. 1. Энергия прорастания семян редиса в водных вытяжках почв вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль:

Рис. 2. Всхожесть семян редиса в водных вытяжках почв вдоль автомагистрали ул. Вокзальная магистраль:

В данной работе проводится исследование почв вдоль улицы Вокзальная магистраль города Новосибирск на предмет фитотоксичности