научная статья по теме ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТИ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ЧЕРНОЗЕМА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТИ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ЧЕРНОЗЕМА»

ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 3, с. 163-173

УДК 57.044;631.46

ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТИ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ЧЕРНОЗЕМА

© 2014 г. С. И. Колесников, М. Г. Жаркова, К. Ш. Казеев, И. В. Кутузова, Л. С. Самохвалова, Е. В. Налета, Д. А. Зубков

Южный федеральный университет 344006Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105 e-mail: kolesnikov@sfedu.ru Поступила в редакцию 11.06.2013 г.

Загрязнение оксидами Cr, Cu, Ni, Pb и нефтью оказывает негативное воздействие на биологические свойства чернозема обыкновенного. Практически не выявлено статистически достоверных различий между степенью снижения биологических показателей в лабораторных условиях и поле. Это свидетельствует о корректности переноса результатов лабораторных модельных исследований в полевые условия. Загрязнение чернозема обыкновенного нефтью приводит к ухудшению биологических свойств не только пахотного горизонта, но и нижележащих слоев, в то время как загрязнение свинцом существенно сказывается на биологических свойствах только верхнего горизонта почвы. Превышение содержания свинца в черноземе обыкновенном в количестве 25 мг/кг, а нефти 0.25% от массы почвы нельзя считать экологически безопасными (допустимыми).

Ключевые слова: загрязнение, тяжелые металлы, нефть, биологические свойства почв, лабораторное моделирование, полевые опыты.

Б01: 10.7868/80367059714030056

В настоящее время одним из актуальных вопросов экологии и охраны природы стало исследование последствий загрязнения объектов окружающей среды, в том числе почв, различными химическими веществами. Первыми на загрязнение почвы реагируют живые организмы и биологические свойства почвы. Большинство исследований влияния химического загрязнения на свойства почв проводились либо на территориях техногенного загрязнения, либо в условиях лабораторного моделирования. Влияние загрязнения на биологические свойства чернозема обыкновенного в полевых модельных условиях изучено впервые.

Цель работы — оценка экотоксичности тяжелых металлов (Сг, Си, N1, РЬ) и нефти по биологическим показателям состояния чернозема в полевых и лабораторных условиях.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования был использован чернозем обыкновенный южно-европейской фации (североприазовский). Полевые модельные опыты были заложены в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Там же производили отбор почвы для лабораторных модельных экспериментов.

Мощность гумусового горизонта исследованного чернозема составляет около 80 см, гранулометрический состав — тяжелосуглинистый, реакция среды нейтральная (рН 7.8), содержание гумуса — 4.1%, активность каталазы — 7.6—8.7 мл О2/г, активность дегидрогеназы — 17.5—19.5 мг ТФФ/10 г. Фоновое содержание свинца (валовая форма) — 15.3, никеля — 22.8, меди — 17.0, хрома — 55.5 мг/кг.

Лабораторные модельные эксперименты. В качестве загрязняющих веществ использовали товарную нефть, оксиды хрома, меди, никеля, свинца. Тяжелые металлы вносили в почву в форме оксидов, поскольку 70—90% загрязнения почв приходится на эту форму ТМ (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). На юге России почвы загрязнены в наибольшей степени этими ТМ (Шеуджен, 2003; Дьяченко, 2004). Мы исследовали широкий набор доз ТМ: 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/кг почвы. Для выражения концентрации нефти в почве использовали ее процентное содержание. ПДК нефти в почве не разработана. Дозы нефти — 0.25; 0.5; 1.0; 2.5; 5.0; 10.0 % от массы почвы. Биологические параметры состояния почв определяли через 30 сут после загрязнения.

Полевые модельные эксперименты. Были заложены делянки площадью 1 м2 с промежутками между ними 0.5 м. Повторность трехкратная. За-

Таблица 1. Влияние загрязнения свинцом на биологические свойства чернозема обыкновенного через 30 сут после загрязнения

Доза, мг/кг

Числен] млрд/г к ^ 3 ли А м ла о О п ^

Фон 1.3 99

+25 1.3 92

+50 1.1 87

+ 100 1.0 76

+250 0.9 49

+500 0.8 36

+1000 0.5 20

НСР05 0.1 8

Коэффициент корреляции (информативность) —0.94 —0.92

Степень снижения (чувствительность), % 76 66

й

и р

тер

к

а б

13

с

о

я и н а т с

йа а ^ ю

ы

з а л а т а к

13

с о н в

тив О

3 §

С*1

ы

и

|3 *2 §

г о ^ Ч %

ти

ло зл

а р

а т

ш

ж 13

с е

*

о

х

с В

й

е н

осу к с

а

на

ин за

лм Дм

в о г е обе по п а н

Ч , ,

Д

з

8.4 8.3

7.6 7.3 7.0

6.7 6.2 0.6

16.0 14.0 12.0 8.6 8.4 8.2 8.0 1.9

100 86 50 36 29 21 14 19

96 94 87 76 70 60 58 11

30.6 28.5

19.8 19.2 16.8

15.9 14.0

3

31.2

30.3 23.1 18.8 18.0 15.9 14.5

3.1

4.1 4.0 4.0 4.4 4.3

4.2

4.3 0.3

0.87

-0.65

0.72

0.85

0.71

0.74

88

67

48

81

68

70

102

грязняющие вещества — нефть и оксид свинца (II). Дозы, формы и способы внесения в почву свинца и нефти такие же, как в лабораторных экспериментах. Для изучения динамики происходящих в почве биологических процессов образцы почвы отбирали через 10, 30, 90, 180, 240 и 330 сут после загрязнения. Начало эксперимента — 20 августа 2007 г. Через месяц после закладки опытных делянок на них была посеяна озимая пшеница (сорт Дончанка).

Лабораторно-аналитические исследования образцов почвы лабораторных и полевых модельных экспериментов выполнены с использованием общепринятых методов (Гиляров, 1965; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Казеев, Колесников, 2012). Степень токсичности определяли по общей численности бактерий, обилию бактерий рода ^о1о'Ъас1ег, активности ка-талазы и дегидрогеназы, целлюлозолитической активности, фитотоксическим свойствам почв, численности и составу микроартропод, содержанию гумуса, показателям роста и развития растений, содержанию в почве и растениях исследованных ТМ и другим показателям. Для выявления общих закономерностей воздействия ТМ и нефти на экологическое состояние почвы использовали интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы (Колесников и др., 2001). Он был рассчитан по наиболее ин-

формативным показателям: общая численность бактерий, обилие бактерий рода А^о1оЪас1ег, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолити-ческая активность. Статистическая обработка данных была проведена с использованием дисперсионного анализа с последующим определением наименьшей существенной разности (НСР) и корреляционного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Лабораторные модельные исследования. В результате лабораторного моделирования установлено негативное воздействие ТМ и нефти на биологические свойства чернозема обыкновенного. В качестве примера в табл. 1 приведены результаты загрязнения почвы свинцом. Вследствие загрязнения чернозема Сг, Си, N1, РЬ и нефтью снижается общая численность бактерий, обилие бактерий рода А^,о1оЪас1ег, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическая способность, возрастает фитотоксичность. Как правило, наблюдалась прямая зависимость между содержанием в почве загрязняющего вещества и степенью снижения биологических показателей. Аналогичные закономерности были получены при исследовании загрязнения чернозема обыкновенного Щ, Сё, Zn, Си, РЬ (Вальков и др., 1997; Колесников и др., 2000а), Мо, Со, Сг, N1 (Колес-

Таблица 2. Влияние загрязнения ТМ и нефтью на ИПБС чернозема обыкновенного, % от контроля (30 сут)

Доза, мг/кг Хром Медь Никель Свинец Доза, % Нефть

Фон 100 100 100 100 Фон 100

+25 80 79 92 93 0.25 83

+50 65 75 88 78 0.5 77

+ 100 58 69 74 66 1 69

+250 48 59 65 58 2.5 65

+500 36 51 55 49 5 56

+ 1000 25 42 44 40 10 47

В среднем 59 68 74 69 В среднем 71

Коэффициент корреляции -0.91 -0.94 -0.92 -0.86 Коэффициент корреляции -0.93

ников и др., 2009), Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W (Колесников и др., 2009), F, B, Se, As (Колесников и др., 2008), нефтью, бензином, соляркой, отработанным моторным маслом (Колесников и др., 2006; Колесников и др., 2010а) и мазутом (Колесников и др., 2010б).

Ряд ТМ по степени негативного воздействия на чернозем выглядит следующим образом: Cr > > Cu > Pb > Ni (табл. 2). Схожая закономерность была получена ранее в исследованиях, проведенных по той же методике с другими почвами юга России: серыми и бурыми лесными, дерново-карбонатными, субальпийскими (Колесников идр., 2009), каштановыми, бурыми полупустынными, солонцами, солончаками, песчаными (Колесников и др., 2011), черноземами выщелоченными, типичными, южными и др. (Колесников и др., 2013). Хром вне зависимости от типа почвы всегда оказывал более сильное негативное воздействие, чем медь, свинец и никель. Три других элемента, проявляя в общем схожую степень токсичности, на разных почвах занимали разные места в ряду токсичности друг относительно друга.

Однако такая последовательность ТМ по их экологической опасности для почв не всегда совпадает с ранее полученными данными на других типах почв (Van de Plassche, De Bruijn, 1992; Crom-mentuijn et al., 1997). Возможно, высокая токсичность хрома на черноземах связана с тем, что в щелочных и окислительных условиях он более подвижен (Zachara et al., 1989), а невысокая токсичность свинца обусловлена более высоким содержанием в черноземах гуминовых кислот, которые сильнее связывают свинец, чем, например, медь (Morin et al., 1999; Mаnceau et al., 2002). Однако этот вопрос требует дальнейших специальных исследований.

Загрязнение ТМ не оказало достоверного воздействия на содержание в почве гумуса. Этот показатель является более консервативным по сравнению с биологическими показателями (см. табл. 1).

По результатам исследования была дана оценка "информативности" и "чувствительности" использованных биологических показателей. Для мониторинга состояния почв, подверженных загрязнению (или иным негативным воздействиям), целесообразно использовать показатели, отличающиеся и высокой информативностью (тесной корреляцией между значением показателя и содержанием в почве свинца), и высокой чувствительностью (высокой степенью снижения значений показателя по сравнению с контролем). Однако не все биологические показатели состояния почвы одновременно сочетают в себе оба качества. Например, такие показатели, как численность бактерий, актиномицетов и микромицетов, высокочувствительны, но не всегда имеют тесную корреляцию с содержани

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 «Охрана окружающей среды. Экология человека»