Удосконалення способу визначення ступеня забрудненості ґрунтів методом біотестування

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДОСКОНАЛЕННЯ СПОСОБУ ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ ЗАБРУДНЕНОСТІ ҐРУНТІВ МЕТОДОМ БІОТЕСТУВАННЯ

Крайнюков О.М.

Кривицька І.А.

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна

61022, Україна, Харків, майдан Свободи, 6

Анотація

Наведено результати експериментальних досліджень щодо вдосконалення способу визначення фітотоксичності фактора середовища за рахунок отримання кількісної оцінки ступеня забрудненості ґрунтів відповідно до визначених рівнів пригнічення ростових процесів, кількісна характеристика якого виражається коефіцієнтом забрудненості ґрунтів (КЗГ). Для визначення фітотоксичності водних витяжок з ґрунту обрано кукурудзу, ячмінь та салат.

Ключові слова: ґрунти, схожість, період вегетації, фітотоксичність, забрудненість ґрунтів.

Krainiukov O.M., Krivitska I.A., V.N. Karazin Kharkiv National University, 61022 Ukraine, Kharkiv, Maidan Svobodi, 6

IMPROVING THE METHOD OF DEFINING STEP POLLUTION OF SOILS.

The article presents the results of experimental studies on the improvement of the method for determining the phytotoxicity of the environmental factor by obtaining a quantitative assessment of the degree of soil contamination in accordance with certain levels of inhibition of growth processes, the quantitative characteristics of which is expressed by the soil contamination coefficient (CCS). To determine the phytotoxicity of aqueous extracts from the soil, corn, barley and lettuce were selected.

The purpose of the work was to suggest the use of the indicator «degree of soil contamination» in accordance with the definitions of the levels of suppression of growth processes, the quantitative characteristics of which is the coefficient of soil contamination (CGD), with this soil contamination coefficient differentiate the levels of suppression of growth processes.

To determine the phytotoxicity of the soils, a preliminary selection of plants was recommended, which is recommended by the international standard ISO 11269-2. The main prominent activities, including in the field of energy, science and education, associate research, additional. The probability of deviation of the significance of these criteria from control was taken into account. Phytotoxic was considered as soil, for the deduction of biotesting which values of any of the listed criteria were significantly different in the control.

The problem was solved by the fact that the determination of the toxicity of soils in higher plants was based on the determination of the difference between the intensity of plant growth in the water extraction from the soil (experiment) and the water in which the plants are kept (control).

Criterion: more information at 20 sites is more information and not included in the rate of the stay (at an additional cost) in the amount of 96 % of the cost of living.

The prognosis is predictive of potentially significant factors that may be related to the main factors that may be associated with major illnesses.

During 2016, it was carried out 94 experiments on the determination of soil phytotoxicity was carried out on the basis of the results obtained, certain regularities were found in obtaining results that made it possible to solve the problem of improving the method of determining the phytotoxicity of the environmental factor for the accounts for obtaining a quantitative assessment of the degree of soil contamination in accordance with the specified levels of inhibition of growth processes, the quantitative characteristics of which are expressed by soil contamination coefficient (CGD).

In order to assess the dangers of soil contamination, it is suggested to use the indicator «degree of soil contamination» in accordance with the definitions of the levels of suppression of growth processes, the quantitative characteristics of which is the soil contamination coefficient (CGD), with this soil contamination coefficient differentiating the levels of depression of growth processes.

The advantage of the proposed method in comparison with the existing one is that the help can be determined not only by the presence or absence of the phytotoxic effect, but also assess the dangers of soil contamination of toxic substances through the quantitative assessment of soil contamination, depending on the level of suppression of growth processes.

Key words: soil, germination, vegetation period, phytotoxicity, soil contamination.

Вступ

Найбільш інформативним і стабільним компонентом ландшафту вважаються ґрунти, структура яких відчутливо впливає на суміжні компоненти. Серед трьох структурних елементів біосфери (атмосфери, гідросфери, літосфери) центральною ланкою є ґрунти, які відіграють визначальну роль у їх формуванні й суттєво впливають на перерозподіл речовини й енергії в інших компонентах природного середовища. Контроль процесів деградації йі відтворення ґрунтів повинен здійснюватися під час комплексного моніторингу як система спостережень за екологічним станом ґрунтів із метою їх раціонального використання та охорони. Зараз потрібно створювати систему ґрунтово-екологічного моніторингу, адаптовану до умов комплексного антропогенного впливу на ґрунти [1].

На цей час природоохоронні заходи з регулювання й обмеження надходження в природне середовище екологічно небезпечних речовин і сполук, як правило, засновані на порівнянні фактичних значень їх вмісту з встановленими величинами ГДК цих речовин для відповідного компоненту природного середовища. Але при цьому використання лише інформації щодо перевищення ГДК окремих хімічних речовин недостатньо для оцінки екологічного стану території, оскільки не враховується вплив сукупної дії полікомпонентних хімічних сполук на біотичну складову екосистем. Це пов'язано з тим, що концентрація ГДК передбачає нормування ізольованого впливу хімічних речовин на відповідні тест-організми, які використовуються при встановлені ГДК, тоді як у реальних умовах вплив чинять складні суміші речовин, унаслідок чого може проявлятися комбінований ефект впливу - адитивність, синергізм, антагонізм [2].

Більшість спроб, що використовуються для нормування забруднення ґрунтів забруднюючими речовинами, зводяться до того, щоб визначити гранично допустиму концентрацію речовини в ґрунті. Однак через об'єктивні причини, такі як поліфункціональність і гетерогенність ґрунту, різноманітність його типів, різноманітність забруднюючих речовин, явища синергізму та антагонізму між ними, здатність живих організмів до адаптації, а ґрунту - до самоочищення, використання ГДК полютантів для оцінки рівня забруднення є одностороннім показником.

Доцільність використання біологічних методів оцінки якості компонентів ландшафту, зокрема, ґрунтів, підкреслюється у численних роботах вітчизняних і зарубіжних авторів [3 - 6]. Зокрема, у праці М. О. Клименко при визначенні переліку показників для оцінки якості компонентів довкілля в умовах антропогенного навантаження рекомендується використовувати поряд з іншими, біологічні методи: «..біоіндикація і біотестування, на відміну від відомих аналітичних методів контролю за станом середовища, є незамінними у визначенні токсичності і шкідливості факторів для живих організмів, бо ці характеристики є біологічними, а тому визначають біологічну повноцінність (або неякісність) середовища» [6]. Підтвердженням наведеного є результати встановлення кореляційної залежності між оцінкою рівнів токсичності води і значеннями коефіцієнтів її забрудненості окремими хімічними речовинами, яка складала 0,06 [7].

Мета роботи - запропонувати використовувати показник «ступінь забрудненості ґрунтів» відповідно до визначених рівнів пригнічення ростових процесів, кількісна характеристика якого виражається коефіцієнтом забрудненості ґрунтів (КЗГ), при цьому коефіцієнт забрудненості ґрунтів диференціюють за рівнями пригнічення ростових процесів.

Матеріали та методи досліджень.

Проби ґрунту для біотестування відбирали згідно з ГОСТ 17.4.3.01-83 та ГОСТ 17.4.4.02-84. Маса загальної проби близько 2 кг.

Проби ґрунту звільняли від сторонніх домішок, подрібнювали, просіювали крізь сито з порами діаметром 1 мм, розподіляли тонким шаром на аркуші паперу або кальки у вигляді квадрата чи прямокутника і поділяли на 4 частини. Дві протилежні частини ґрунту зсипали в одну купу, повторюючі вказану операцію до тих пір, доки вага зразка ґрунту не дорівнювала 100 г. Наважку ґрунту переносили в колбу з притертою пробкою. Заливали дистильованою водою у співвідношенні 1:1 і збовтували вміст колби за допомогою струшувача протягом 1,5 год. Після цього вміст колби переносили в центрифужні стакани й центрифугували при 2000 об/хв протягом 10 хв. Після центрифугування водну витяжку з центрифужних стаканів переносили вс колбу з притертою пробкою і використовували для біотестування.

Для визначення фітотоксичності ґрунтів попередньо було проведено вибір рослин, широке коло яких рекомендується міжнародним стандартом ISO 11269-2 [8, 9]. В експериментах використано 4 види однодольних (пшениця тверда, ячмінь, овес, кукурудза) і 15 видів дводольних рослин (горох, квасоля, соя, салат, томат, цибуля, кріп, морква, перець, буряк, капуста, редька чорна, редис, петрушка кучерява, огірок) таких сортів, які мали найбільш ранню схожість та найменший період вегетації.

Рослини, які є придатними для біотестування, мають відповідати таким вимогам: розвиватися після замочування у воді, мати достатню швидкість росту у водній витяжці, щоб за 5 діб досягнути такої довжини коренів та паростків, яка необхідна для підрахунку. Відповідно до цих вимог непридатними до біотестування виявилися рослини: перець, петрушка, горох, квасоля, соя, які повільно пророщуються після замочування у воді; у насінні родини бобових починався процес гниття. Насіння кукурудзи, капусти, огірка, салату та пшениці виявилось придатним для біотестування у водній витяжці (розвивалося 80-90 % насіння).

Що стосується швидкості росту, то насіння кукурудзи дає паростки, достатні для підрахування довжини через 4 доби після замочування; насіння салату, томату, пшениці, ячменю, буряка, редьки, редису, капусти, вівса та огірка - через 5 діб; насіння моркви, кропу і цибулі - через 7 діб, а петрушки - більше ніж через 11 діб.

Із перелічених рослин для визначення фітотоксичності водних витяжок з ґрунту було обрано кукурудзу, ячмінь та салат. Пшениця, капуста та огірок не використовувались у біотестуванні з таких причин: капуста та огірок мають дуже ніжні корінці, довжину яких неможливо віміряти, а пшениця має багато бокових корінців, котрі переплітаються між собою, що утруднює розрахунок результатів.

Основними показниками згідно з [9], за якими проводили оцінку фітотоксичності ґрунтів, були кількість пророслих рослин, довжина коренів та паростків. Враховували вірогідність відхилення значень цих критеріїв від контролю. Фітотоксичними вважались ґрунти, за результатами біотестування яких значення будь-якого з перелічених критеріїв вірогідно відрізнялося від контролю. рослина ґрунт біотестування забрудненість

Для визначення придатності насіння вищих рослин до біотестування встановлюють концентрацію розчину еталонної речовини, що спричиняє зменшення довжини коренів і (або) проростків на 20 % за 96 год біотестування (ЕК20-96).

Як еталонну речовину використовують фенол (С6Н5ОН) згідно з ГОСТ 6417-72 кваліфікації ч.д.а. Вихідний розчин готують із концентрацією 1 г/дм³ С6Н5ОН. Для цього використовують дистильовану воду згідно з ГОСТ 6709. Із вихідного розчину готують серію розчинів від 100 до 200 мг/дм³ С6Н5ОН з інтервалом 25 мг/дм³, використовуючи дехлоровану питну воду. Біотестування розчинів проводять упродовж 96 год згідно з процедурою, описаною вище. За результатами розраховують ЕК20-96.

Якщо одержана величина ЕК20-96 перебуває в експериментально встановленому діапазоні реагування тест-об'єкта, який дорівнює 89,5-194,5 мг/дм³ С6Н5ОН, партія насіння придатна для біотестування.

Якщо ЛК20-96 С6Н5ОН не птрапляє у вказаний діапазон реагування, партію насіння замінюють на нову. Рекомендовано використовувати насіння зі схожістю 90 %.

Контроль відтворюваності результатів визначення токсичності здійснюють за розбіжністю результатів двох визначень ЕК еталонної речовини (ЕКі, ЕК2).

Результати визначень токсичності задовільні за умови:

(ЕК1-ЕК2) < Д,

де Д -- норматив оперативного контролю відтворюваності результатів, значення якого при довірчій ймовірності Р=0,95 складає 74 мг/дм³ фенолу.

Характеристики похибки одиночного визначення токсичності надані в таблиці 1.

Таблиця 1 - Характеристики похибки одиночного визначення токсичності

Поставлене завдання вирішувалась тим, що визначення токсичності ґрунтів на вищих рослинах основується на встановленні різниці між інтенсивністю росту рослин у водній витяжці з ґрунту (дослід) та у воді, у якій рослини утримуються (контроль).

Критерієм токсичності є зниження на 20 і більше відсотків довжини проростків і (або) коренів рослин в досліді порівняно з контролем за 96 год біотестування.

Наприкінці біотестування вимірюють довжину коренів і проростків у контролі та досліді.

За результатами вимірювань довжини коренів і проростків вищих рослин розраховують їхні середні арифметичні значення в досліді й контролі. Отримані значення використовують для розрахунку різниці довжини коренів і проростків у досліді відносно контролю у відсотках за формулою:

А = ((Xk - Xd) / Xk) x 100,

де А - довжина коренів (проростків) у досліді відносно контролю, %;

Хк - середнє арифметичне довжини коренів (проростків) у контролі, см;

Xd - середнє арифметичне довжини коренів (проростків) у досліді, см.

Ґрунт виявляє токсичність, якщо А становить 20 і більше відсотків.

Результати та їх обговорення