УДК 631.4; 574.24
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ ОБЪЕКТОВ ПРОШЛОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
Т. В. Бардина, к. б. н., старший научный
сотрудник, bardinatv@mail.ru;
М. В. Чугунова, к. б. н., старший научный
сотрудник, Chugunova54@gmail.com;
В. В. Кулибаба, к. г. н., зав. лаборатории,
kouval@rambler.ru;
B. И. Бардина, ведущий инженер, Vicula128@rambler.ru,
C.-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности (НИЦЭ РАН)
Проведена экотоксикологическая оценка почвог-рунтов выведенных из эксплуатации объектов хранения промышленных отходов, расположенных в Ленинградской области, с применением различных методов биотестирования. Исследования проводились с применением тест-организмов из разных систематических групп: гидробионты, высшие растения, микроорганизмы. Были использованы методики как общепринятые, так и авторские, разработанные в НИЦЭБ РАН. Экоток-сикологическими исследованиями выявлено, что поч-вогрунты отвалов имеют чрезвычайно опасную или умеренно опасную категорию загрязнения. Результаты биотестирования почвогрунтов сравнивались с данными их химических анализов. Установлено, что методы биотестирования оказались более чувствительными при оценке экологического состояния некоторых поч-вогрунтов, чем химические методы. Предложенный набор биотест — систем совместно с химико-аналитическими методами может быть использован для целей экологического контроля почвогрунтов объектов прошлого экологического ущерба, так как позволяет повысить информативность и достоверность результатов исследований.
The eco-toxicological evaluation of the soils of retire decommissioned industrial waste disposal facilities, situated in the Leningrad Region, was carried out, using various bio-testing methods. The studies were conducted with the use of test organisms from different systematic groups: hydro-bionts, plants, microorganisms. Besides conventional research techniques, we used original methods developed in SRCES of the Russian Academy of Sciences. Eco-toxicologi-cal studies revealed that soils of dumps belong to either extremely dangerous or moderately hazardous pollution category. The bio-testing data were compared with the results of chemical analysis. Soils bio-testing results were compared to their chemical analyses data. It was found that methods of bio-testing were more sensitive in assessing of ecological condition of some soils than chemical ones. It is found that, the recommended set of bio-test systems together with chemical-analytical methods can be used to control the ecological state of the past environmental damage objects soils, as it allows to increase the information and the accuracy of the research data.
Ключевые слова: почвогрунты, отвал, токсичность, биотестирование, фитотестирование, тест-культуры, биотест-система, химический анализ.
Keywords: soils, spoil dump, toxicity, bio-testing, phy-to-testing, testing culture, bio-test system, chemical analysis.
В настоящее время в Российской Федерации проводится инвентаризация объектов прошлого экологического ущерба и реализуются практические мероприятия по их ликвидации. К таким объектам, в частности, относятся выведенные из эксплуатации площадки (свалки) размещения промышленных отходов. В результате длительного хранения отходов в теле свалок в больших количествах накапливаются разнообразные токсичные вещества, которые оказывают негативное влияние на компоненты природный среды (почвы, воздух, растительность, грунтовые воды) [1]. Одними из наиболее токсичных соединений, присутствующих в свалочных почвогрунтах, являются тяжелые металлы. Установлено, что в настоящее время, когда в целом уменьшается глобальное поступление этих поллю-тантов в почвы, именно свалки способствуют их загрязнению [2].
Традиционно для экологического контроля почвог-рунтов свалок используют методы химического анализа, который позволяет устанавливать концентрации определенных загрязнителей и сравниваются их с существующими санитарно-гигиеническими нормативами (ПДК и ОДК). Однако в свалочной массе содержится большое количество разнообразных загрязняющих веществ, в том числе неучтенного состава. При проведении химического анализа также не учитывается факт совместного влияния загрязняющих веществ, в результате чего действие каждого из них может усиливаться или ослабевать. Поэтому установить реальную токсичность почвогрунтов свалок для окружающей среды, основываясь только на использовании химических методов, практически сложно. Эти трудности можно преодолеть, если в систему экологического контроля почвогрунтов включить методы биотестирования.
Биотестирование представляет собой методический прием интегральной оценки качества окружающей среды, основанный на регистрации суммарного токсического действия загрязнителей на живые организмы (тест-организмы или тест-культуры). По нашему мнению, именно биотестирование являются единственным способом, позволяющим оценить интегральную
токсичность многокомпонентных твердых субстратов, в том числе таких сложных объектов, как почвогрунты свалок.
Целью нашего исследования было проведение экотоксикологической оценки почвогрун-тов закрытых площадок с долговременным хранением твердых промышленных отходов при помощи методов биотестирования.
Объекты и методы исследований. Исследования проводились на двух объектах прошлого экологического ущерба, расположенных в Ленинградской области.
Первым объектом исследований являлась площадка хранения (отвал) промышленных отходов без инженерных средств защиты в прибрежном ландшафте Ладожского озера, где в течение более 50 лет складировались отходы производства серной кислоты: огарки серного колчедана с включением железа, цинка, меди, свинца, мышьяка, марганца. Год прекращения эксплуатации — 1975 г. Общий объем отходов — 120 тыс. тонн. Общая площадь объекта прошлого экологического ущерба — 6,7 га.
Пробоотбор был произведен на двух участках: проба № 1 — верх отвала, сложенного техногенным грунтом; проба № 2 — низ отвала, где находятся смытые незадернованные отходы с примесью песка.
Вторым объектом исследования являлся шлакозолоотвал, расположенный вблизи р. Нева, на территории городского поселения г. Ки-ровск, эксплуатация которого прекращена в 2008 г. Площадь участка — 53 га. Компонентный состав золоотвала — мелкодисперсный золошлак сложного состава и загрязненный грунт (мелкозернистый песок). Отбор техно-зема (проба № 3) осуществлялся с площадки, расположенной на пологом южном участке отвала.
Пробоотбор почвогрунтов для экотоксиколо-гической оценки проведен с глубины 0—20 см в соответствии с государственными стандартами (ГОСТ 17.4.3.01—83, ГОСТ 17.4.4.02—84). Фоновая, контрольная, проба (№ 4) была отобрана в лесном массиве, расположенном вне зоны влияния отвалов.
При изучении физико-химических и химических свойств почвогрунтов были использованы: потенциометрический метод при определения рН; кондуктометрический метод при определении электропроводности; масс-спект-рометрия с индуктивно связанной плазмой для определения валовых форм элементов; газовая хроматография для определения органических токсикантов.
Для экотоксилогической оценки почвогрун-тов свалок нами были применены методы элю-атного биотестирования (тестирование водной вытяжки). В качестве тест — организмов использовались гидробионты и высшие растения: рачки Daphnia magna Straus [3], инфузории Paramecium caudate [4], семена овса Avéna sativa [5]. Критерием острой токсичности (А) при биотестировании на дафниях являлась гибель 50 % и более особей в тестируемых пробах по сравнению с контролем (культивационная вода) за период времени до 96 часов при условии, что в контроле гибель не превышает 10 %. Критерием токсичности на инфузориях служил индекс токсичности (Т) — безразмерная величина, принимающая значения от 0 до 1 в соответствии со степенью токсичности анализируемой пробы.
Для адекватной оценки токсичности твердых многокомпонентных субстратов, к которым относятся почвогрунты свалок, кроме элюатных методов необходимо использовать субстратное биотестирование, которое обеспечивает непосредственный контакт тест — организма с исследуемым образцом и, таким образом, позволяет установить уровень воздействие твердых загрязнителей [6, 7]. Поэтому для контроля токсичности почвогрунтов свалок нами была проведена серия субстратных биотестов.
В субстратных микробных тестах в качестве тест-культуры использовали природный комплекс микроорганизмов, содержащихся непосредственно в пробах почвогрунтов и контрольных образцах. Уровень токсичности исследованных почвогрунтов определяли по изменению двух показатели биологической активности по сравнению с контролем:
1. Средорегулирующая активность микрофлоры почв использовалась как критерий ее экологической гибкости и устойчивости к антропогенному воздействию. Количественную оценку средорегулирующей активности почво-грунтов проводили согласно методике, разработанной в НИЦЭБ РАН для технических грунтов (буровых шламов) [8]. Критерием определения класса опасности служили статистически значимые различия между максимальным суточным уровнем выделения углекислого газа почвогрунта и контрольного субстрата после добавления глюкозы.
2. Почвенное дыхание как интегральный показатель напряженности деструкционных процессов, вызываемых микроорганизмами, определяли по интенсивности выделения СО2
почвогрунтами и контрольными пробами в лабораторных условиях адсорбционным способом [9].
Субстратное фитотестирование в пробах почвогрунтов проводили методом, разработанным нами в НИЦЭБ РАН [10]. Тест-культурой служили семена пшеницы мягкой (ТгШеиш аввИьиш). Степень токсичности устанавливали на основании определения изменения всхожести семян и роста корней по сравнению с контрольной пробой.
Контролем при проведении субстратных биотестов служили образцы модельных незагрязненных субстратов.
Результаты исследований. Результаты проведенных химических анализов свидетельствуют, что почвогрунты верхней части отвала характеризовались очень кислой реакцией среды (рН вод. 2,9), а грунты, расположенные в ниж
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.