РЕФЕРАТ 2
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Почва: количественный и качественный состав, методы мониторинга, методы анализа (обзор литературы) 7
1.1 Состав почв 7
1.1.1 Химический состав почв 7
1.1.2 Гранулометрический состав 9
1.1.3 Гуминовые вещества 10
1.1.4 Мышьяк как природный компонент почв и загрязнитель 13
1.2 Методы мониторинга природных сред 15
1.2.1 Биотестирование 16
1.2.2 Флуоресцентная спектроскопия почв 17
1.3 Регрессионный анализ (Множественная регрессия) 20
2 Материал и методы 23
3 Результаты 27
3.1 Определение характеристик спектров поглощения экстрактов 27
3.2 Анализ флуоресцентных характеристик водных экстрактов из почв 28
3.3 Анализ связи между характеристиками водных экстрактов из почв 32
ВЫВОДЫ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 36
Почва, как неотъемлемый компонент наземных экосистем, выполняет большое количество экологических функций, обеспечивающих жизнь всех организмов (растительных и животных), которые связаны с ней. Важность функций, которые выполняет почва, определяется той сложной и многогранной ролью, которую она играет в состоянии и функционировании экосистем суши и биосферы в целом [1].
Почва играет большую роль в обеспечении условий обитания живых организмов. Она выполняет функции жизненного пространства, жилища и убежища, механической опоры и пр. Подавляющая часть растений неотъемлемо связана с почвой: в корнях органическое вещество составляет по отношению к общей фитомассе от 20 - 30 до 90 %. В почве обитает огромное количество видов живых организмов. Например, более 90 % насекомых - этой самой представительной группы животных, на долю которых приходится примерно половина всех видов (более одного миллиона), - проводят тот или иной период жизни в почвах [2]. Концентрация микроорганизмов в почве, представляющая собой идеальную среду для их развития, исключительно высока. Количество бактерий в 1 г почвы достигает нескольких миллиардов клеток, а масса - 10 т/га. Именно через микроорганизмы в системе почва - растение происходит круговорот всех зольных элементов и азота, а сама система производит более 90 % продуктов питания человека [3].
Загрязнение почвы осуществляется различными по территориальному распространению и масштабу загрязнителями, которые влияют на почву, почвенную биоту, общее состояние экосистемы почвы. Загрязнение почвы влияет на её структуру и приводит к более медленному прорастанию семян и проникновению корней в почву, замедлению роста побегов и корней [4].
С этой точки зрения, актуальной задачей является разработка оперативных, чувствительных, простых в исполнении методов диагностики состояния почв. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда необходимо оценить не только уже необратимые изменения в среде, но и первоначальные незначительные отклонения, когда ещё можно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.
Ещё одно очень важное требование к методам диагностики - универсальность, как в отношении оцениваемого воздействия, так и типа экосистем, к которым такая оценка применяется. Система должна быть относительно простой и доступной, пригодной для широкого использования.
Последние несколько лет активно используется метод ферментативного биотестирования почв. Для понимания механизмов влияния почв на ферментативные системы требуется определить, какими именно физико-химическими параметрами экстрактов определяется реакция биолюминесцентного биотеста.
Целью данной работы являлось определение оптических характеристик водных экстрактов из почв, связанных с результатами ферментативного биотестирования этих экстрактов.
Для достижения цели требовалось выполнить следующие задачи:
- получить спектральные характеристики поглощения и люминесценции водных экстрактов почв в широком диапазоне длин волн;
- опираясь на литературные данные, определить информативные параметры спектров поглощения экстрактов из почв, характеризующие их состав;
- выделить характерные полосы люминесценции водных экстрактов почв и идентифицировать компоненты, ответственные за эти полосы;
- проанализировать связь между полученным параметрами спектров поглощения флуоресценции и биолюминесцентным биотестированием, учитывая известные физико-химические характеристики образцов почв.
Были исследованы водные экстракты из 56-ти образцов почв с различными физико-химическими характеристиками. По спектрам поглощения экстрактов и матрицам возбуждения/испускания флуоресценции были определены параметры, характеризующие количественный и качественный состав экстрагированных компонентов почв.
В результате проведенного исследования были сделаны следующие выводы:
1. Оптические спектры в УФ и видимом диапазоне могут быть использованы для выявления компонентов экстрактов из почв, оказывающих влияние на результаты биолюминесцентного ферментативного биотестирования.
2. Люминесценция водных экстрактов почв при возбуждении 250-450 нм обусловлена наличием трех типов флуорофоров с максимумами испускания около 330, 410 и 460 нм.
3. Содержание трех идентифицированных флуорофоров в экстрактах демонстрирует большую корреляцию с результатами биотестирования, чем параметры поглощения.
4. Были получены модели, описывающие связь результатов биотестирования с двумя определяющими спектральными параметрами экстрактов из почв: оптическая плотность при 250 нм и содержание флуорофора F1.
