ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРВЕЙ И РАСТЕНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРМИКОМПОСТИРУЕМЫХ ПОЧВ

Полный текст

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.

Об авторах

Ирина Юрьевна Корнеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: irina_korn986@mail.ru

соискатель ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева»

Список литературы