научная статья по теме БИОИНДИКАЦИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА Биология

Текст научной статьи на тему «БИОИНДИКАЦИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

УДК 574.24

БИОИНДИКАЦИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

С. А. Нефедова, д. биол. н, профессор,

nefedova-s-a@mail.ru,

И. А. Козеева, аспирант,

kozeeva_i@mail.ru,

И. Ю. Корнеева, аспирант,

irina_korn986@mail.ru

ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный

агротехнологический университет

имени П. А. Костычева»

Целью статьи является анализ изучения динамики показателей тест-объектов для проведения биоиндикации в зависимости от загрязнения среды цементным производством.

Мелкие грызуны традиционно являются модельным объектом экологических исследований теоретического и прикладного характера. Важными показателями являются морфологические индексы органов при разных концентрациях токсикантов. Показатель индекса печени полевок на условно неблагополучных по экологическому состоянию среды территориях увеличивается на 20,5 % относительно аналогам с условно благополучных площадок. Это можно рассматривать как адаптационный ответ организма на стресс-фактор, вызванный состоянием среды. У полевок с неблагополучной территории так же отмечено увеличение индексов почек на 18,3 %, надпочечников на 11,1 %, селезенки на 11 %. При этом выявлено снижение индекса сердца на 23,6 %.

Еще одним тест-объектом были черви. Они проявляют высокую чувствительность к изменению концентраций тяжелых металлов в почве даже в небольших количествах. Выявлено, что в почве с высокой концентрацией тяжелых металлов масса червей Octolasion lacteum, Eisenia fetida, Dendrobaena octaedra снизилась на 58,5, 74,3 и

76.8 % соответственно; число коконов Octolasion lacteum, Eisenia fetida снизилось на 88,9 %, Dendrobaena octaedra на 92,9 %; наличие молоди Octolasion lacteum снизилось на 90,9 %, Eisenia fetida, Dendrobaena octaedra отсутствует появление молоди.

The aim of the article is to analyze the study of the dynamics of the indices of test objects for conducting bio-indication depending on cement production pollution.

Small rodents are traditionally the model of ecological research, having theoretical and applied character. Morphological indices of organs at different concentrations of toxicants are important exponents. The liver index exponent of field mice in conventionally bad, in terms of ecology, territories increases by 20,5 % in reference to analogues from relatively safe areas. One can consider it as an adaptive reply of the organism to the stress-factor caused by the environment. The field mice from the polluted territory have also had the increased indices of kidneys (18,3 %), adrenals (11,1 %) and spleen (11 %). Herewith, we have estimated the decrease of heart index by 23,6 %.

Earthworms were another test object. They are very sensitive to changes of heavy metals concentrations in the soil, even when they are in small amounts. The research discovered that the weight of worms Octolasion lacteum, Eisenia fetida, Dendrobaena octaedra decreased by 58,5, 74,3 and 76,8 % correspondingly in the soil with high concentration of heavy metals and the number of Octolasion lacteum and Eisenia fetida follicles has decreased by 88,9 % and Dendrobaena octaedra follicles by

92.9 % and young Octolasion lacteum by 90,9 %, whereas there are no young Eisenia fetida and Dendrobaena octaedra.

Ключевые слова: биоиндикация, полевка обыкновенная, дождевые черви, тяжелые металлы, тест-объект, морфофизиологический индекс.

Keywords: bio-indication, field mouse, earthworms, heavy metals, test object, morpho-physiological index, cement production.

В ряде регионов России техногенное воздействие на территории различных ландшафт-но-географических зон достигло таких масштабов, что его следует воспринимать как проблему глобального экологического кризиса. В настоящее время ученые все больше времени уделяют экологическому мониторингу состояния среды, занимаются изучением влияния загрязнения территорий от промышленной деятельности химических и металлургических предприятий [1], изучают механизмы миграции тяжелых металлов в системе «почва—растение» [2]. Воздействие предприятий цементного производства проявляется в постепенном повышении уровня загрязнения всех компонентов природной среды [3].

В настоящее время внимание уделяется не только вопросам факториальной экологии, но изучению воздействия экстремальных факторов окружающей, в том числе производственной среды, формирующих соответственно экстремальные условия, приводящие к развитию экстремальных ситуаций и состояний [4].

Специфика техногенного воздействия заключается, с одной стороны, в разрушении природной среды, приводящей к формированию сообществ с иными качественными и количественными параметрами, с другой стороны, пол-лютанты напрямую или через цепи питания воздействуют на физиологические процессы организма [5].

На сегодняшний день одним из важнейших инструментов предупреждения и оценки антропогенного воздействия на экосистему является биомониторинг. Биотестирование, биоиндикация и экотоксикология, наряду с методами аналитической химии, позволяют построить наиболее полную картину деградации почв [6]. Состояние животных как отражение функциональных процессов, происходящих в организме, может быть одним из наиболее эффективных показателей их реакций на изменяющиеся условия существования [7].

При экологическом мониторинге территорий, загрязненных тяжелыми металлами, в качестве реакционных систем-биоиндикаторов принято использовать биологические объекты, например, мелких грызунов [2], их морфофи-зиологические индексы органов. Любые изменения окружающей среды приводят к увеличению индекса сердца и интенсификации его функций. Индекс почек также служит показателем интенсификации обмена веществ организма. Индекс селезенки отличается большой вариабельностью и отражает зависимость от различных условий среды. Индекс печени является общим показателем обеспеченности организма кормами, индикатором напряженности энергетического обмена, токсичности окружающей среды для организма [8].

Другим видом почвообитающих животных, обладающих биоиндикационными свойствами, считаются черви. По их количеству и состоянию можно судить о степени загрязнения почв [9]. Индикационные реакции червей проявляются при использовании тестов на острую токсичность (acute toxicity), биомассу (biomass), репродуктивную активность (reproduction). Методика основана на определении выживаемости и поведенческих реакций червей при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой почве по сравнению с контролем. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой почве или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 % (и более) червей за двое суток в тестируемой почве по сравнению с контролем. Показателем поведенческих реакций тест-объектов является скорость зарывания в субстрат. Критерием токсичности является отсутствие зарывания дождевых червей в тестируемую почву, активное ползание по ее поверхности и попытки к выползанию из экспериментальной емкости (avoidance test) [10—12].

Цель работы заключается в исследовании динамики показателей тест-объектов для проведения биоиндикации в зависимости от загрязнения среды цементным производством.

В задачи исследований входило: проанализировать загрязнение почв тяжелыми металлами; выявить динамику морфофизиологичес-ких индексов органов полевки обыкновенной Microtus arvalis; оценить зависимость показателей роста и развития червей Dendrobaena octaedra, Eisenia fetida, Octolasion lacteum от величины содержания в среде тяжелых металлов, биоиндикационно отражающих антропогенное давление со стороны цементного производства.

Методика исследований. Исследования проводились с 2012 по 2014 год. На территории завода (ЗАО «Михайловцемент») и близлежащей территории были выделены участки с различным загрязнением отходами цементного производства. Согласно экологическому состоянию среды эти участки разделены на 2 типа: условно неблагополучные промышленные площадки (1, 2, 3) и условно благополучные (4, 5, 6). Данные о содержании в пробах почвы тяжелых металлов определяли методом атом-но-абсорбционной спектрофотометрии [13]. При описании загрязнения почв были использованы гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041—06.

На экспериментальной территории отлавливали полевок с июня по сентябрь. 30 полевок в год на условно-благополучной территории (1 группа), 30 полевок в год на условно неблагополучной территории (2 группа); всего за три года 180 особей. Интерьерные показатели анализировали методом морфофизиологичес-ких индикаторов [14].

Для биоиндикационных исследований в лабораторных условиях проводили эксперимент, в качестве тест-объектов использовали червей Dendrobaena octaedra, Eisenia fetida, О^оЫ-вюи lacteum. Для исследования использовали три типа почв с разными концентрациями пол-лютантов: почва первого типа соответствует норме. В почве со вторым и третьим типами концентрация больше на 1/4 и 1/2 соответственно. Для обеспечения указанного загрязнения использовались государственные стандартные образцы (ГСО). Субстраты были помещены в пластиковые контейнеры и в течение недели выдержаны в проветриваемом помещении в целях улучшения процессов аэробной ферментации [15]. В каждый субстрат поместили по 15 половозрелых червей маточной популяции и в течение двух месяцев (первая биоремедиация) и 2 следующих месяцев (вторая биоремедиация) вели наблюдения. Влажность субстрата поддерживали на уровне 60—75 %.

Результаты исследований. К основным загрязнителям почв в результате антропогенного давления со стороны цементного производства относятся тяжелые металлы — цинк, медь, свинец, никель, хром. Оценка содержания подвижных форм тяжелых металлов в исследуемых почвах показала, что наибольшее полиметаллическое загрязнение почв характерно для площадок 1, 2, 3; наименьшее — для площадки 6 (табл. 1).

Важными показателями являются морфологические индексы органов при разных кон-

Таблица 1

Содержание подвижных форм тяжелых металлов для почв экспериментальных площадок

на территории цементного завода

Показатели ПДК, мг/кг Экспериментальные территории

условно неб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»