INDICATOR THE INDICATORS OF EARTHWORMS AND PLANTS TO ASSESS THE ECOLOGICAL STATUS VERMICOMPOSTING SOIL

Abstract


Performance test-objects for biotesting toxic soils, contaminated waste leather and cement productive activities, remediation of the substrates are vermicomposting: worms (Lumbricina) - low-temperature stability, weight and adaptive descriptions, the reproducibility and recovery of populations, number of specimens, cocoons, juveniles; for plants: Triticum aestivum L. - growth parameters, Lactuca sativa- is the water-holding capacity, water content of grain leaves.


АктуальностьС целью устранения или минимизации риска угроз в условиях деградации сре- ды, как отмечает В.И. Харитонов [1], необходим метод выявления уровней воз- действия потенциально опасных факторов. Разработка методов оценки безопас- ности среды при утилизации и переработке промышленных отходов является приоритетным направлением деятельности экологов. Ю.А. Можайский, В.Ф. Ев- тюхин и Т.К. Никулина изучали содержание тяжелых металлов в почве и расти- тельности [2]. Н.А. Черных, изучая загрязнение почв тяжелыми металлами, ана- лизировала качество произрастающих на них растений [3]. К.Ш. Казеев, С.И. Ко- лесников, В.Ф. Вальков пользовались методами биотестирования при биологической диагностике и индикации почв [4]. Е.В. Налета с коллегами вы- ясняли зависимость фитотаксических свойств почв от концентраций тяжелых металлов [5]. Большой вклад в оценку возможности использования осадка сточ- ных вод (ОСВ) в качестве удобрений внесли Е.С. Иванов с соавторами [6]. В.И. Ле- вин, С.Д. Правкина и Т.В. Хабарова в своем исследовании обосновали примене- ние вермикомпостов с использованием ОСВ [7].Актуален интерес к биотестированию - универсальному, эффективному, ма- лозатратному и легко исполнимому способу определения токсичности субстратов. Применяемые аналитические и химические методы контроля негативного воз- действия на окружающую среду достоверно не гарантируют экологическую без-опасность. Значимым является непосредственно оказываемый эффект от загряз- нения, а не его уровень. Биотестирование представляет собой метод, позволяю- щий установить токсичность среды по реакции животных и растений независимо от концентрации и классификации веществ, вызвавших загрязнение среды [8]. Серьезный экологический ущерб наносят несанкционированные свалки, в част- ности кожевенных и цементных отходов. Экологический мониторинг необходи- мо дополнять исследованиями с использованием животных и растений, пригод- ных для биоиндикации и биотестирования [9].Реакции беспозвоночных, способных к ремедиации токсичных почв, изучены недостаточно. При этом динамика биохимических и цитоморфологических по- казателей беспозвоночных, индикаторно отражающих стресс-реакцию на эко- токсикацию среды, является показательной [10].Выявление индикаторных показателей червей, компостируемых токсичный субстрат, а также растений, произрастающих на очищаемых вермикультурой по- чвах, является актуальной целью научной работы.В основные задачи исследования входило: выявить индикаторные показатели червей и растений для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств.Материалы и методыРабота проводилась в Учебно-научном инновационном центре «Агротехно- парк» ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический универси- тет имени П. А. Костычева» в период 2012-2015 гг.Антропогенное воздействие на почву со стороны отходов кожзавода анализи- ровалось на следующих экспериментальных образцах субстратов: 1 - контроль- ный образец почвы, в котором нет отходов предприятия, при этом концентрация ТМ (тяжелых металлов) в нормах ПДК; 2 - почва с 15 г/кг отходов кожевенного производства; 3 - почва с 30 г/кг отходов кожзавода; цементного завода: образцы почв: 4 - контрольный (экологически благоприятная среда без загрязнения), 5, 6 - соответствующие 2-му и 3-му субстратам с той разницей, что в них добавле- ны отходы цементного предприятия.Методом атомно-абсорбционной спектрофотомерии была определена кон- центрация ТМ в экспериментальных образцах почв [11]. Для выявления биоин- дикаторных показателей, отражающих стресс-реакции на токсичность среды, в качестве тест-объектов использовали червей семейства дождевых червей (Lumbricina), а также сорта культурных растений: пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.) и салата обыкновенного (Lactuca sativa L.).При проведении биотестирования использовали следующие методы: для определения воздействия на весовые характеристики червей по методу К.С. Коз- лова [12] - их репродуктивную активность, появление ювениалов и восстанов- ление популяций [13]; холодоустойчивость, выживаемость особей и коконов ISO 11268-2:2003 [14]; динамику биохимических и цитоморфологических марке- ров по методу А.Л. Шабадаша [15] и рекомендациям С.А. Нефедовой [9]. Для выявления индикаторных маркеров растений, отражающих токсичность почв при ремедиации вермикомпостированием, изучали ростовые показатели, водо-удерживающую способность, оводненность листьев экспериментальных растений по рекомендациям А.А. Ничипоровича [16].Статистическая обработка проводилась согласно методике Н.А. Плохинского [17].Результаты исследованийСреди видового разнообразия Lumbricina: белокончиковый дождевой, навоз- ный, калифорнийский красный, рыжий дождевой черви, красноватый дождевик, восьмигранная дендробена, являются тест-объектами, проявляющими индика- торную реакцию на токсичность почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного предприятий.В первом случае для биотестирования эффективно использовать следующих представителей Lumbricina - восьмигранную дендробену (Dendrobaena octaedra) по весовым показателям, холодоустойчивости, репродуктивной активности; во втором - белокончикового дождевого червя (Octolasion lacteum) по весовым по- казателям и восьмигранную дендробену (Dendrobaena octaedra) - по восстанови- тельным способностям популяции.В качестве биоиндикаторных реакций червей эффективно использовать хо- лодоустойчивость. В благоприятной среде коконы червей вида «восьмигранная дендробена» (Dendrobaena octaedra) переносят температуры до -45 °С; взрослые особи - до -14 °С.Эффективным индикаторным маркером для биотестирования загрязненных почв является динамика весовых показателей восьмигранной дендробены (Dendrobaena octaedra) при воздействии кожевенного предприятия, белокончи- кового дождевого червя (Octolasion lacteum) - цементного. После восьмой недели экспозиции при среднем (15 г/кг) и сильном (30 г/кг) загрязнении среды отхо- дами кожевенного предприятия по сравнению с особями, обитающими в благо- приятной среде, вес червей вида «восьмигранная дендробена» изменяется на 22 и 45% соответственно; при средней и сильной токсичности субстрата, на который оказывается антропогенное давление отходами цементного предприятия, вес белокончикового дождевого червя снижается на 32 и 58% соответственно.Цитохимические и цитоморфологические показатели червей можно исполь- зовать в качестве индикаторных маркеров токсичности почвы в период ее реме- диации вермикомпостированием.При биотестировании токсичности почв, загрязненных отходами цементного производства, оптимальными объектами являются навозный червь и красноватый дождевик. Под действием неблагоприятной среды у них наблюдается увеличение количества гликогеновых гранул в амебоцитах в 1,4 раза (30%). При токсикации субстрата отходами кожзавода в клетках гемолимфы представителей восьмигран- ной дендробены количество крупных гранул, выявляемых Шик-реакцией, воз- растает в 2,3 раза (56%), у особей белокончикового дождевого червя - в 2,4 раза (58%).Цитохимическими показателями червей, позволяющими маркировать загряз- нение субстрата отходами цементного производства, является увеличение круп- ных гранул гликогена в амебоцитах на 2,6%; кожевенного - на 7,0%; цитомор-фологических - увеличение встречаемости микроядер у навозного червя и крас- новатого дождевика в среднем до 7,5 ед. (81%).Ростовые показатели, водоудерживающую способность и оводненность листьев растений можно использовать в качестве биоиндикаторных маркеров, отражаю- щих токсичность среды при ремедиации почв вермикомпостированием. Инди- каторные показатели растений для биотестирования токсичности вермикомпо- стируемых почв, загрязненных отходами кожевенного производства, следующие: ростовые показатели пшеницы по доле проросших семян - 1,6%, массе корней проростков - 25%, массе побегов - 17%, длине побегов - 17%, длине макси- мального корня проростка - 5 %; динамика высоты растений салата под сильным давлением среды по отношению к контролю составила: на 4-е сутки - 74,4%, 20-е - 92,4%, 30-е - 93,7%, на 40-е - 94,9%; отходами цементного производ- ства - ростовые показатели пшеницы - по доле проросших семян - 4,7%, массе корней проростков - 33%, массе побегов - 43%, длине побегов - 17%, длине максимального корня проростка - 7,0%; динамика высоты растений са- лата: на 4-е сутки - 72,6%, 20-е - 92,5%, 30-е - 94,1%, на 40-е - 95,1%; показа- тели оводненности листьев и водоудерживающей способности после вторичной ремедиации сильно (варианты 3/6) загрязненной среды отходами кожевенного и цементного производств относительно нормы на 40-е сутки увеличились на 5,6 и 1,9%.ВыводДостоверными индикаторными показателями червей (Lumbricina) видов «бе- локончиковый дождевой червь» (Octolasion lacteum), «навозный червь» (Eisenia fetida), «красноватый дождевик» (Lumbricus rubellus), «восьмигранная дендробена» (Dendrobaena octaedra) являются холодоустойчивость, репродуктивная активность, восстановительные способности популяции. В качестве индикаторных маркеров для биотестирования токсичности почв при их ремедиации вермикомпостиро- ванием эффективно использовать ростовые показатели пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.), водоудерживающую способность и оводненность листьев салата обыкновенного (Lactuca sativa L.).ЗаключениеБиотестирование дает возможность достоверно определить токсичность среды. Индикаторные показатели червей и растений для оценки экологического состо- яния вермикомпостируемых почв необходимо применять в производственных лабораториях и полевых условиях работы.

I Yu Korneeva

FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University Named After P.A. Kostychev»

Author for correspondence.
Email: irina_korn986@mail.ru
Kostychev 1, Ryazan, Russia, 390044

Applicant, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University Named After P.A. Kostychev»

  • Haritonov V.I. Problems of hygiene and ecology in relation to a problem of ecologically caused incidence. The Russian medicobiological messenger of a name of the academician I.P. Pavlov. 2015. 2. 137—145.
  • Mozhajskij Ju.A., Evtjuhin V.F., Nikulina T.K. Studying of content of heavy metals in the soil and vegetation. The Ryazan Ecological messenger, 1995. 3. 52—55.
  • Chernyh N.A., Cheltygmasheva I.S., Baeva Ju.I. Pollution of soils heavy metals and quality of crop production. Bulletin of the Russian Peoples’ Friendship University. Series: Ecology and health and safety, 2003. 9. 179—187.
  • Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I., Val’kov V.F. Biologicheskaya diagnostics and indication of soils: methodology and methods of researches. Rostov­on­Don: RGU publishing house. 2003.
  • Naleta E.V., Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh. Pollution influence by heavy metals on phytotoxic properties of soils of the cities of the Rostov region. The Polythematic network electronic scientific magazine of the Kuban state agricultural university, 2015. 112. 729—739.
  • Ivanov E.S., Cherdakova A.S. An ecological assessment of a possibility of use of sieges of sewage of treatment facilities of Ryazan as fertilizers. The Bulletin of the Ryazan state agrotechnological University of P.A. Kostychev, 2012. 4 (16). 31—36.
  • Levin V.I., Pravkina S.D., Habarova T.V. Ecological justification of application of vermikompost with use of a deposit of sewage on the developed agrozem Torahs­fyano­mineral. Problems of agrochemistry and ecology. Moscow, 2014. 2. 24—28.
  • Melehova O.P., Sarapul’ceva E.I., Evseeva T.I. i dr. Biological control of environment: bioindication and biotesting. Publishing center «Akademiya», Moscow, 2010. 3rd prod.
  • Nefedova S.A. Ekologo­fiziologichesky mechanisms of adaptation of animals to anthropogenous influences (on the example of the Ryazan region): abstract of a dissertition of the Dr.Sci.Biol.: 03.02.08, 03.03.01, Petrozavodsk, 2011.
  • Cvetkov I.L., Popov A.P., Konichev A.S. Way of definition of toxic pollution of waste and natural fresh waters Russian Federation Patent No. 2308719. It is published 10.20.2007. Bulletin No. 29.
  • Sharlo G. Methods of analytical chemistry. Prod.: Chemistry, 1965.
  • Val’kova S.A. Complexes of invertebrates­saprofagov in forest ecosystems of the Kola North abstract of a dissertition of the Cand.Biol.Sci.: 03.00.16. Syktyvkar, 2009. 31 p.
  • Kozlov K.S. Influence of pollution of the soil oil products on earthworms dissertition of the Cand.Biol.Sci. Tomsk, 2003. 153 p.
  • ISO 11268­2:2003. ISO 11268­2:2003. Quality of the soil. Impact of the polluting substances on earthworms (Eisenia fetida). Part 2. Definition of impact on their reproduction. 2005.
  • Shabadash A.L. Rational technique of histochemical detection of a glycogen and its theoretical justification. Izv. Academy of Sciences of the USSR of Sulfurs. Biol., 1947. 6. 745—760.
  • Nichiporovich A.A. About water loss by the cut­off plants in the course of a zavyadaniye. The Magazine of skilled agronomics of the Southeast. 1926. 3. (1). 12—15.
  • Plohinskij N.A. Mathematical methods in biology. Mosk publishing house. un­that. 1978.

Views

Abstract - 120

PDF (Russian) - 156

PlumX


Copyright (c) 2017 Korneeva I.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.