ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ РЕКУЛЬТИВИРОВАННОГО КАРЬЕРА

УДК 631.453; 504.054

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ПОЧВОГРУНТОВ РЕКУЛЬТИВИРОВАННОГО КАРЬЕРА

Т.В. Бардина*, М.В. Чугунова, В.В. Кулибаба, В.И. Бардина

Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук, Санкт-Петербург Россия

* E-mail: bardinatv@mail.ru Статья потупила в редакцию 30.01.2010; принята к публикации 05.06.2020

Рассмотрена возможность применения разных методов биотестирования для экотоксилогической оценки почвогрунтов объекта прошлого экологического ущерба. Такие почвогрунты содержат загрязняющие вещества неизвестного состава. Поэтому в схему экологического контроля почвогрунтов наряду с химическим анализом необходимо включать биологические исследования, в частности биотестирование. Различные тест-организмы отличаются по своей чувствительности к токсикантам. Поэтому для повышения точности оценки токсичности почвогрунтов необходимо применять серию биотестов с использованием тест-организмов из различных таксономических групп. Исследования проведены на территории карьера, расположенного в Приневской низменности (Ленинградская область) и образованного в результате добычи кирпичных глин. Карьер был рекультивирован путем засыпки суглинистым грунтом с использованием бытовых отходов. Это привело к образованию на территории вторичного очага загрязнения. С помощью стандартных физико-химических и химических методов в почвогрунтах были определены рН, общая щелочность, удельная электропроводность, содержание валовых форм тяжелых металлов, нефтепродуктов и бенз(а)пирена. Экотоксикологическая оценка почвогрунтов проводилась с помощью элюатных и контактных методов биотестирования, в том числе авторской методики, включенной в Госреестр. В качестве тест-организмов использовались рачки Daphпia magna, инфузории Paramecium caudatum, одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris, пшеница Triticum aestivum, природный комплекс микроорганизмов, состояние которого оценивали по ферментативной активности почвы. Химико-аналитические исследования не выявили превышения содержания токсичных веществ в почвогрунтах над принятыми нормативами. Методы биотестирования оказались более чувствительными. С их помощью токсичность была обнаружена во всех почвогрунтах. Выявлены наиболее эффективные и чувствительные биотесты, пригодные для экологического контроля почвогрунтов карьеров по выработке глин. Ключевые слова: биотестирование, экотоксиканты, тест-культура, биотест-система.

THE USE OF BIOLOGICAL TESTING APPROACHES TO ASSESSING THE ECOLOGICAL CONDITIONS

OF SOILS IN A RECLAIMED SURFACE MINE

T.B. Bardina*, M.V. Chugunova, V.V. Kulibaba, V.I. Bardina

Saint-Petersburg Research Center of Environmental Safety, the Russian Academy of Science, Saint Petersburg, Russia

*E-mail: bardinatv@mail.ru

The appropriateness has been evaluated of different approaches to biological testing of soils from sites that have accumulated the results of past environmental insults. Since such soils feature the presence of unknown pollutants, it is expedient to supplement the chemical control with the biological testing thereof. Organisms used in biological testing differ in their sensitivity to different pollutants. Therefore, it is reasonable to use test batteries comprising organisms from different taxonomic groups. The present study has been carried out in a former open mine territory located in Prinevskaya Depression (Leningrad Region). The mine was used sometimes ago to obtain clay for brick manufacturing. Thereafter, the mine pit was covered with a loamy soil contaminated with solid household waste. This resulted in the development of a secondary pollution focus. Standard physical and chemical methods were used to determine pH, total alkalinity, specific conductivity, heavy metals, oils products and benzo(a)pyrene in soil samples obtained from the site. Biological testing was performed using eluting and contact approaches, including an original method approved by State Register. The test organisms were Daphпia magna water flee, Paramecium caudatum infusoria, Chlorella vulgaris alga, and Triticum aestivum wheat. Soil microorganism complex was assessed by soil enzymatic activities. Chemical and physical analyses did not reveal increases in pollutant markers above normative values. Biological testing proved to be more sensitive. Their use suggested that all soil samples were somewhat toxic. The most appropriate methods for testing former open clay mines have been selected. Keywords: biological testing, environmental toxicants, test system.

Введение

При оценке экологических рисков загрязненного почвенного покрова учитывают данные не только химических исследований, но и экотоксикологических, проводимых с помощью биотестирования [12, 22, 24]. Биотестирование относится к интегральным методам оценки состояния природных сред, в том числе загрязненных почвогрунтов. В почвогрунтах объектов, где образовались очаги загрязнения со сложным составом токсикантов, содержится большое количество загрязняющих веществ неизвестного состава, обладающих кумулятивным токсическим эффектом, который не позволяет

сделать достоверный экологический прогноз только на основе химических определений. В связи с этим в систему экологического контроля объектов окружающей среды вводится биотестирование, представляющее собой лабораторный метод оценки качества объекта с использованием тест-организма, который используется для выявления суммарной токсичности среды. Методы биотестирования в настоящее время стали весьма востребованными в экологическом мониторинге природных и техногенных сред [30]. С помощью методов биотестирования можно быстро и с минимальными затратами оценивать интегральную токсичность сложных природных объектов. Поэтому многие исследователи вступают за то, чтобы биотестирование наряду с химическими методами включать в систему природоохранной стратегии [2, 5, 17].

Известно, что различные тест-организмы отличаются по своей чувствительности к токсикантам. В связи с этим для повышения объективности исследования токсичности объекта применяют серию биотестов, в которых используют тест-культуры, относящиеся к различным таксономическим группам [25]. Кроме этого выявлено, что для адекватной оценки токсичности твердых объектов, к которым относится почвенный покров, применение методов только элюатного биотестирования (биотестирование водной вытяжки с использованием различных гидробионтов в качестве тест-организмов) недостаточно. Применение гидробионтов для тестирования позволяет оценить лишь опасность растворов, выщелачиваемых из образца, для пограничных экосистем [9]. Однако, когда надо установить токсичность твердого объекта, возникает необходимость применять и субстратное (иначе - контактное) биотестирование. Этот способ обеспечивает непосредственный контакт тест-организма с исследуемым образцом и таким образом позволяет установить уровень воздействия твердых загрязнителей [16, 17].

В настоящее время весьма актуальным является разработка новых методов биотестирования, а также выявление возможности применения разных биотест-систем с использованием тест-организмов из разных таксономических групп для точного установления экологического состояния конкретных объектов [27]. Для адекватной оценки экологического состояния почвогрунтов объектов прошлого (накопленного) экологического ущерба такие биотест-системы до сих пор не выявлены.

В связи с этим целью нашего исследования была разработка оптимального набора биотест-систем, с помощью которого можно адекватно и в короткие сроки оценить экологическое состояние почвогрунтов вторичных объектов прошлого экологического ущерба, таких как рекультивированные глинистые карьеры.

Объект и методы исследования

К числу объектов накопленного экологического ущерба на территории Северо-Запада Российской Федерации относятся рекультивированные с помощью твердых бытовых отходов глинистые карьеры. Несмотря на то, что почвогрунты этих образований могут представлять опасность для окружающей природной среды, изучение их интегральной экотоксичности методами биотестирования до сих пор не проводилось.

Объектами нашего исследования были почвогрунты, сформированные на территории карьера, расположенного на правобережье р. Невы в Приневской низменности и образованного в результате добычи кирпичных глин (рис. 1). После прекращения выработки глин была произведена его рекультивация путем засыпки суглинистым грунтом с использованием бытовых отходов. Это привело к тому, что на территории образовался вторичный очаг загрязнения, связанного с анаэробной ферментацией органического вещества отходов, в результате которой произошло восстановление соединений серы до сульфидов и появление токсичных соединений в дренажных стоках [10, 13].

Территория объекта отличалась заметной гетерогенностью рельефа, поэтому исследования проводились на 3 площадках площадью 25 м2 каждая. Отбор проб почвогрунтов производился с глубин 0-5 и 5-20 см по ГОСТ 17.4.4.02-84.

Стандартные физико-химические и химические методы исследования почвогрунтов включали: определение рН потенциометрическим методом1, удельной электропроводности кондуктометрическим методом2, общей щелочности3, валовых форм тяжелых металлов масс-спектрометрическим методом4, а также содержания нефтепродуктов методом газовой хроматографии5 и бенз(а)пирена методом жидкостной хроматографии6.

Экотоксилогическую оценку почвогрунтов проводили с помощью элюатных и контактных методов биотестирования.

Для определения острой токсичности водных вытяжек из почв и почвогрунтов в целях мониторинга окружающей среды (элюатное биотестирование) наиболее часто используются рачки дафнии (Daphnia magna Straus) как высокочувствительные к поллютантам тест-организмы [28]. Биотестирование водных вытяжек из исследованных

почвогрунтов с помощью дафний проводили по аттестованной методике7. Методика основана на определении смертности дафний при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой среде, в сравнении с контрольной культурой в пробах, не содержащих токсических веществ (контроль). Критерием острой токсичности (Т) служит гибель 50% и более дафний за 48 часов в исследуемой пробе при условии, что в контрольном эксперименте все рачки сохраняют свою жизнедеятельность. Данный биотест можно отнести к полнофункциональным, так как в нем используется такая необратимая реакция тест-организма, как смертность.

Рис. 1. Территория исследованного карьера

Достаточно распространенным тест-организмом элюатного биотестирования являются инфузории Paramecium caudatum в связи с тем, что их чувствительность к широкому кругу токсикантов весьма близка к чувствительности тканей человека и животных. Кроме этого инфузории широко распространены в пресных водоемах и принимают активное участие в круговороте веществ как консументы. Биотестирование испытуемых почвогрунтов на инфузориях было проведено инструментальным методом с применением прибора Биотестер-28. Данный метод прост и быстр в исполнении.

При элюатном биотестировании на инфузориях используют хемотаксическую реакцию, которая выражается в перемещении тест-организмов вдоль градиента концентрации химических веществ. Хемотаксическая реакция относится к поведенческим реакциям, более быстрым и чувствительным, чем биохимические и физиологические реакции дафний. Критерием токсичности на инфузориях служит индекс токсичности (Т) - безразмерная величина, принимающая значения от 0 до 1 в соответствии со степенью токсичности анализируемой пробы.

Определение острой токсичности почвогрунтов было проведено также с использованием одноклеточной зеленой протококковой водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) в качестве тест-культуры по аттестованной методике9. Методика основана на регистрации различий в оптической плотности тест-культуры водоросли хлорелла, выращенной на среде, не содержащей токсических веществ (контроль) и в тестируемых водных вытяжках (опыт), в которых эти вещества могут присутствовать. Данный биотест является скрининговым, так как в нем используется не летальная функция тест-организма, а функция замедления прироста водоросли под влиянием токсичных веществ, и проводится с использованием комплекта оборудования ЛаборБиоТест (ЛБТ). Измерение оптической плотности суспензии водоросли с помощью

фотоэлектроколориметра (ИПС-03) позволяет оперативно контролировать изменение численности клеток в контрольном и опытном вариантах токсикологического эксперимента, проводимого в специализированном многокюветном культиваторе (КВМ-05). Критерием токсичности воды является снижение на 20% и более (подавление роста) или увеличение на 30% и более (стимуляция роста) величины оптической плотности культуры водоросли, выращиваемой в течение 22 часов световой экспозиции на тестируемой воде по сравнению с ее ростом на контрольной среде, приготовленной на дистиллированной воде. Среднее значение оптической плотности вычисляют по результатам четырех параллельных определений. С целью выявления нетоксичного разбавления водных вытяжек готовится ряд разбавлений, кратных трем (9, 27, 81, 243, 729).

Среди контактных биотестов при контроле экологического состояния почв наиболее эффективным считается фитотестирование, при котором в качестве тест-организма используются высшие растения [19]. Для лабораторного фитотестирования характерны быстрота и простота исполнения, экономичность, воспроизводимость и достоверность получаемых результатов.

Контактное фитотестирование изучаемых почвогрунтов проводили по методике, разработанной в НИЦЭБ РАН и включенной в Госреестр10. В наших исследованиях тест-культурой служили семена пшеницы мягкой (Triticum aestivum Ь). Определение степени острой фитотоксичности пробы проводилось на основании разработанной по двум показателям шкалы: по изменению всхожести семян (М) и роста корней (N2) по сравнению с контрольным образцом. Контрольный образец согласно нашей включенной в ГОСТ методики представлял собой искусственно приготовленную почвенную смесь, сходную с исследуемыми пробами по гранулометрическому составу и содержанию гумуса. В связи с тем, что почвогрунт № 3 отличался от остальных образцов (№ 1, 2) по количеству органического вещества, при проведении контактных методов биотестирования использовали два контрольных субстрата. Контроль-1 для почвогрунтов площадок № 1 и 2 состоял из дерново-подзолистой суглинистой почвы и кварцевого песка. Контроль-2 для почвогрунта площадки № 3 был приготовлен из дерново-подзолистой суглинистой почвы и кварцевого песка с добавлением верхового торфа.

В качестве контроля использовали искусственно приготовленный почвогрунт, сходный с исследуемыми образцами по его гранулометрическому составу и содержанию гумуса. В данном случае применяли два контроля в связи с различными свойствами почвогрунта на площадках.

Для второго примененного нами контактного метода в качестве тест-организма использовали природный комплекс микроорганизмов, содержащийся непосредственно в исследованных почвах. Известно, что приоритетным показателем качества почв и почвогрунтов служит состояние произрастающих на них растений. Однако не менее значимым индикатором являются микроорганизмы. Это обусловлено той исключительно важной ролью, которую микробные сообщества играют в круговороте биогенных элементов в биосфере и в поддержании в почвах экологического равновесия. Кроме того, микроорганизмы являются чуткими индикаторами биологического состояния почв и почвогрунтов и могут служить оптимальными тест-культурами для биотестирования [18].

При оценке токсичности почв с помощью микроорганизмов обычно тестируют водную вытяжку (элюатный способ). Наиболее широко используемый элюатный микробиологический метод основан на фиксации изменений интенсивности бактериальной люминесценции тест-системой «Эколюм» на приборе «Биотокс-10» [8]. Кроме того, существуют методы биотестирования почвенных вытяжек, в основе которых лежит определение различных тест-функций почвенных цианобактерий [4, 20].

Используемые в настоящее время в России контактные микробные тесты основаны на оценке влияния загрязненного субстрата на искусственно внесенные в него тестовые микроорганизмы [3]. Однако в самих почвах и почвогрунтах содержится значительное количество жизнеспособной микрофлоры. Это позволяет использовать в целях экодиагностики в качестве тест-культуры природный комплекс микроорганизмов, содержащихся непосредственно в самих почвах.

Важнейшей экологической функцией микроорганизмов является их респираторная активность, иначе почвенное дыхание, которая представляет собой интегральный показатель напряженности протекающих в почвах деструкционных процессов, вызываемых микроорганизмами. Минерализация органических веществ с возвратом СО2 в атмосферу является конечным звеном глобальной трофической цепи и осуществляется в почвенном покрове за счет деятельности гетеротрофных микроорганизмов. Чем интенсивнее микробиологические процессы в почве, тем больше она генерирует СО2. Около 90% образующейся из органических веществ углекислоты - микробного происхождения, и только 10% приходятся на долю дыхания животных и человека [7].

В настоящее время почвенное дыхание считается одним из наиболее важных индикаторов состояния не только микробного комплекса почв, но и почвенной экосистемы в целом [6, 14]. Он также широко используется при биондикации почв и почвогрунтов, формирующихся в зоне воздействия территорий складирования ТБО, с целью их экологической оценки [15, 17, 29].

***ПРАКТИКА***

© Т. В. Бардина и соавт; ФНИ «XXI век»

В связи с этим в данной работе использовали контактный микробный биотест, основанный на оценке ингибирования микробного дыхания загрязненными ТБО почвогрунтами. Критерий при оценке токсичности почвогрунтов определяли на основе статистически значимых изменений уровня их микробного (почвенного) дыхания по сравнению с контрольными субстратами. Почвенное дыхание устанавливали в контролируемых лабораторных условиях адсорбционным методом по интенсивности выделения СО2 почвогрунтами [23]. Контролем служила не загрязненная ТБО почва, аналогичная исследованным почвогрунтам по гранулометрическому составу и содержанию органического вещества. Образцы предварительно увлажняли дистиллированной водой до 60% ПВ и компостировали при комнатной температуре.

Важным показателем экологического состояния почв и почвогрунтов является их ферментативная активность, которую часто используют в качестве раннего диагностического показателя негативных изменений, происходящих в почве под влиянием антропогенных воздействий [26]. Почвенные ферменты поступают из микроорганизмов, водорослей, лишайников, высших растений и почвенной фауны. Снижение ферментативной активности в почве более чем на 30% свидетельствует о значительном нарушении ее качества [21]. Один из видов ферментативной активности почв обусловлен почвенными протеазами, катализирующими гидролитическое расщепление азотсодержащих органических соединений (белков и пептидов). Определение протеазной активности в почвогрунтах карьера проводили аппликационным методом с использованием непроявленной фотопленки [11]. Метод основан на фиксации биоразрушения эмульсионного слоя фотопленки, содержащего желатин, как источника азота для микробиоты. Степень разрушения желатинового слоя соответствует уровню протеазной активности в субстрате. Для определения ферментативной активности в лабораторных условиях метод Е.Н. Мишустина был модифицирован. Высокая чувствительность усовершенствованного метода была выявлена ранее при определении токсичности загрязненных почвогрунтов отвалов промышленных отходов [1]. Метод прост в исполнении и характеризуется высокой чувствительностью, что дает возможность включить его в систему субстратных (контактных) методов лабораторного биотестирования для целей экологического контроля загрязненных субстратов.

Все определения проводили в 4-кратной повторности; полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа с использованием программ MS Excel и Statistica 10. Достоверность различий между средними значениями сравнивалась с помощью критерия Стьюдента в варианте группировки выборок с наименее значимой разницей (Least Significant Difference, LSD) при уровне значимости 5% (Р < 0,05). В таблицах приведены средние значения ± стандартные отклонения, величины с разными буквами различаются достоверно.

Результаты и обсуждение

По результатам исследования физико-химических и химических свойств почвогрунтов, было установлено, что они имели нейтральную реакцию среды (рН 6,3-6,5), что является благоприятным для развития растений и микроорганизмов. Почвогрунты не засолены (удельная электропроводность колеблется в пределах 0,42-0,77 мСм, а общая щелочность составляет 0,20-0,60 ммоль-экв/100 г, что свидетельствует о незначительном присутствии бикарбонатных ионов. Превышение содержания тяжелых металлов над принятыми ПДК (ОДК) не выявлено. Содержание определенных органических токсикантов также не превышало соответствующие нормативы.

Элюатное биотестирование на тест-культуре дафний (Daphnia magna Straus) в остром эксперименте не выявило токсичности ни в одном из почвогрунтов (табл. 1).

Табл. 1

№ площадки, Число выживших рачков Число погибших Токсикологическая

глубина отбора, см за время экспозиции, 96 ч относительно контроля, А (%) td характеристика пробы

Контроль 10 ± 0a - - 1, 0-5 8,6 ± 0,8b 14,3 1,63 Нетоксичная

Примечание: контроль - аквариумная вода; td - коэффициент достоверности.

По результам биотестирования на инфузориях токсичность была зафиксирована только на площадке № 3 на глубине

Результаты биотестирования на инфузориях (Paramecium caudatum) приведены в табл. 2.

Результаты биотестирования почвенных вытяжек с использованием водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) в качестве тест-культуры представлены в табл. 3.

***ПРАКТИКА*** © Т. В. Бардина и соавт; ФНИ «XXI век»

Табл. 2

Результаты биотестирования водных вытяжек на инфузориях

№ Глубина, Среднее Среднее значение td Группа

площадки см показания прибора индекса токсичности, Т токсичности**

Контроль* - 61,9 ± 2,5а - - 1 0-5 38,4 ± 1,8Ь 0,38 1,88 I

Примечания: * контроль - дистиллированная вода;

** группы токсичности: I - нет токсичности, II - есть токсичность.

Табл. 3

Результаты биотестирования водных вытяжек на зеленых водорослях

№ Глубина Отклонение от Оценка Величина токсической

площадки (см) контроля (%) токсичности водной вытяжки кратности разбавления (ТКР)

Из представленных данных следует, что только один образец, отобранный на площадке № 1 с глубины 5-20 см, был не токсичным по отношению к исследуемой тест-культуре. Во всех остальных образцах с использованием хлореллы была выявлена токсичность. В образцах с площадки № 1 (глубина 0-5 см), с площадки № 2 (глубина 0-5, 5-20), с площадки № 3 (глубина 0-5 см) токсический эффект исчезал уже при 3-кратном разбавлении. Наибольшая токсичность обнаружена в образце с площадки № 3 с глубины 5-20 см. Степень ингибирования роста водоросли этого образца под действием неразбавленной водной вытяжки составляла 44%. Однако токсический эффект исчезал уже при 9-кратном разбавлении.

Таким образом, по отношению к хлорелле критерий токсичности превышен на площадках 1, 2, 3 в исследованных пробах в верхнем горизонте 0-5 см почвогрунта и в 2 пробах, отобранных с глубины 5-20 см. Однако с учетом небольшой степени разбавления (в 3 и 9 раз), в этих образцах можно фиксировать наличие лишь слабой токсичности по отношению к хлорелле.

Итак, среди гидробионтов, используемых при экотоксилогической оценке почвогрунтов рекультивируемого карьера, наиболее чувствительной к условиям среды тест-культурой оказалась хлорелла, значительно меньшей чувствительностью характеризовались инфузории. Использование рачков дафний оказалось неэффективным, так как они не реагировали на содержание предполагаемых токсикантов в водной вытяжке.

Результаты контактного фитотестирования на семенах пшеницы (Triticum aestivum L) представлены на рис. 2 и 3.

По признаку уменьшения всхожести семян пшеницы на почвогрунтах в сравнении с контролем были выявлены умеренная токсичность на глубине 5-20 см площадки № 1 (-30%) и малая токсичность по всей глубине на площадке № 3 (20%). В почвогрунте площадки № 2 токсичность не обнаружена.

По признаку длины корня в сравнении с контролем токсичность была установлена на площадке № 1: малая токсичность на глубине 0-5 см и умеренная токсичность на глубине 5-20 см (рис. 3). Таким образом, в результате контактного фитотестирования было выявлено наличие от малой до умеренной токсичности почвогрунтов на площадках № 1 и 3.

Результаты субстратных микробных биотестов, представленные на рис. 4, показали, что наибольшей токсичностью для микробиоты среди исследованных субстратов характеризовался почвогрунт площадки № 1.

Так, респираторная активность микроорганизмов на глубине 5-20 см уменьшилась почти на 70% по сравнению с чистой почвой, что почти в 2 раза превышает критический порог устойчивости почвенных систем, который составляет потерю не более 30% биоорганического потенциала контрольного образца [31].

***ПРАКТИКА***

© Т. В. Бардина и соавт; ФНИ «XXI век»

Почвогрунт площадки № 2 также оказался токсичным для микроорганизмов (слой 0-5 см). Однако по сравнению с образцом с площадки № 1 уровень его токсичности был в два раза меньше: снижение почвенного дыхания здесь составило 31% уровня контроля.

А 60 Ь

и 50 £

M 30 20 10 0

□ 0-5 CM

контроль 1 площадка 1 площадка 2 контроль 2 плошадка 3

Рис. 2. Результаты контактного биотестирования. Всхожесть семян пшеницы на испытуемых почвогрунтах (глубина 0-5 и 520 см) и контрольном образце (контроль 1 - к площадкам № 1и 2, контроль 2 - к площадке № 3)

g 20 ITC 15 10

□ 0-5 см

■ 5-20 см

контроль 1

площадка 1

площадка 2

контроль 2

площадка 3

Рис. 3. Результаты контактного биотестирования. Длина корней проросших семян пшеницы на испытуемых почвогрунтах (глубина 0-5 и 5-20 см) и контрольном образце (контроль 1 - к площадкам №№ 1 и 2, контроль 2 - к площадке № 3)

Контроль 1 Площадка 1 Площадка 2 Контроль 2 Площадка S

Рис 4. Результаты контактного биотестирования. Дыхание испытуемых почвогрунтов (глубина 0-5 и 5-20 тсм) и контрольного образца, мг СО2/100 г, сутки (контроль 1-к площадке № 1и № 2, контроль 2-к площадке № 3)

***ПРАКТИКА*** © Т. В. Бардина и соавт; ФНИ «XXI век»

Почвогрунт площадки № 3, как было установлено, не являлся токсичным для природного комплекса микроорганизмов. Более того, на глубине 0-5 см в почвогрунте данной площадки было зафиксировано превышение респираторной активности на 35% по сравнению с контролем.

Результатам определения ферментативной активности в целом совпали с данными контактного микробного биотеста. Высокая степень токсичности была выявлена на площадках № 1 и 2, где ферментативная активность была подавлена. В почвогрунте площадки № 3 была обнаружена стимуляция протеазной активности, которая составляла 30% уровня контроля (табл. 4). Таким образом, обобщая результаты микробного теста и изучения ферментативной активности, можно сделать вывод о низкой устойчивости микробоценозов почвогрунтов площадок № 1 и № 2 к токсическому воздействию загрязняющих веществ. Почвогрунт площадки № 3 наоборот оказывал стимулирующий эффект на биохимическую активность микроорганизмов.

Табл. 4

№ площадки Глубина, см Протеазная активность К, % от контроля

Результаты всех проведенных биотестов представлены в сводной таблице № 5.

Интегральная оценка токсичности почвогрунтов

Табл. 5

№ площадки, Контактное биотестирование Элюатное биотестирование

глубина, см Triticum Микробный Протеазная Daphnia Paramecium Chlorella

vulgare L биотест активность magna Straus caudatum vulgaris Beijer

В почвогрунте площадки № 1 токсичность была установлена с помощью одного элюатного метода на хлорелле, а также тремя контактными методами: фитотест, микробный биотест, определение протеазной активности.

Токсичность почвогрунта площадки № 2 была выявлена с помощью элюатного биотеста на хлорелле и двумя контактными методами: микробный биотест и определение протеазной активности.

Токсичность почвогрунта площадки № 3 выявлялась двумя элюатными методами на хлорелле и инфузориях, а также контактным фитотестом.

Таким образом, по степени токсичности, оцененной суммами уровней токсичности по всем глубинам исследованные почвогрунты можно выстроить в ряд: № 1 > № 2 > № 3.

Заключение

Результаты химических и физико-химических анализов (нейтральная реакция среды, отсутствие засоления, концентрации тяжелых металлов и органических поллютантов, не превышающие нормативы, и др.) свидетельствовали об отсутствии токсичности в исследованных почвогрунтах рекультивированного карьера.

С помощью методов биотестирования токсичность была выявлена во всех почвогрунтах карьера, так как конечная оценка токсичности почвогрунта должна осуществляться по наиболее чувствительному варианту. Несовпадение данных, полученных с помощью различных методов биотестирования, по всей видимости, объясняется разной чувствительностью используемых тест-культур к разным токсикантам. Исключения составили два контактных метода (микробный биотест и определение протеазной активности), результаты которых в целом совпали.

Среди тест-культур, используемых при проведении элюатного биотестирования, наиболее чувствительной на данном объекте оказалась водоросль хлорелла, значительно меньшей чувствительностью характеризовались инфузории.

Использование рачков дафний при биотестировании оказалось неэффективным, так как они не реагировали на содержание токсикантов в водной вытяжке.

Контактные методы (метод фитотестирования на пшенице, метод определения протеазной активности и микробный биотест), которые дополняли исследования водных вытяжек, характеризовались одинаково высокой чувствительностью.

Таким образом, впервые для экологического контроля почвогрунтов объектов накопленного экологического ущерба, в частности почвогрунтов, рекультивированных с помощью твердых бытовых отходов в карьерах по выработке глин, были выявлены наиболее эффективные и чувствительные биотесты. Это - элюатный биотест на хлорелле, а также контактные методы биотестирования (фитотест на пшенице, микробный биотест и определение протеазной активности).

Ввиду того, что с помощью аналитических методов не всегда можно выявить токсичность почвогрунтов таких сложных образований, как объекты вторичного накопленного экологического ущерба, для их адекватной экологической оценки наряду с методами химического анализа необходимо всегда использовать методы элюатного и контактного биотестирования.

Литература

Список русскоязычной литературы

экологического ущерба. В кн. : Роль почв в биосфере и жизни человека. Материалы докладов международной научной конференции к 100-летию со дня рождения академика Г.В. Добровольского. Москва: МГУ; 2015. С. 150-2.

зоне действия Кирово-Чепецкого химического комбината. Теоретическая и прикладная экология. 2012;3:90-5.

России. Вестник Российской Академии наук. 2006;76(1):14-29.

нефтезагрязненных почв Казахстана по откликам стандартных биотест-систем. Доклады по экологическому почвоведению. 2009;11(1):79-94.

комплексной смеси тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов. Экологическая химия. 2003;12(4):233-9.

Общий список литeратуры/Reference List

Pochv v Biosfere i Zhizni Cheloveka Materialy Dokladov Mzhdunarodnoy Nauchnoy Konferentsii k 100-letyu so Dnia Rozhdeniya Akademika G.V. Dobrovolskogo. Moscow: MGU; 2015. P. 150-2. (In Russ.)

monitoring]. Ekologiya Urbanizirovannykh Territoriy. 2014;2:87-91. (In Russ.)

of the Kirov-Chepetsk Chemical Works]. Teoreticheskaya i Prikladnaya Ekologiya. 2012;3:90-5. (In Russ.)

Rossiyskoy Akademii Nauk. 2006;76(1):14-29. (In Russ.)

heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons. Ekologicheskaya Khimiya]. 2003;12(4):233-9. (In Russ.)