Помощь студентам в учебе
Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Почва как депонирующая среда техногенных загрязнителей 8
1.1.1 Химическое загрязнение почвы 9
1.2 Биотестирование как один из методов оценки состояния окружающей среды 12
1.2.1 Использование международных тест-систем для оценки состояния окружающей среды 17
1.2.2 Растения как тест-системы биологического тестирования качества окружающей среды 20
1.2.3 Биотестирование почв с помощью животных и растительных тест- систем 28
1.3 Эколого-географическая характеристика г. Ставрополя 33
1.3.1 Географическое положение 33
1.3.2 Климат 33
1.3.3 Почвы 35
1.3.4 Основные типы антропогенного воздействия в г. Ставрополе 37
ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 50
ГЛАВА III. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ НА РАЗВИТИЕ ТЕСТ-ОТКЛИКОВ У
МОДЕЛЬНЫХ РАСТЕНИЙ 63
3. 1 Содержание тяжелых металлов в почвах тестируемых пунктов 63
3. 2 Оценка загрязненности почв тестируемых пунктов тяжелыми металлами
с помощью митотической активности 65
3. 3 Биотестирование почв по всхожести семян модельных растений 68
3. 4 Тестирование почв на проростках редиса и кресс-салата 72
3.5 Действие повышенного содержания тяжелых металлов почв тестируемых пунктов на активность каталазы проростков модельных растений 80
ГЛАВА IV. БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ВЫТЯЖЕК ПОЧВ 88
4. 1 Содержание тяжелых металлов в водных вытяжках почв тестируемых
пунктов 88
4. 2 Чувствительность Allium-теста к присутствию ионов металлов в водных
вытяжках почв тестируемых пунктов 90
4. 3 Действие водных вытяжек почв тестируемых пунктов на митотическую
активность клеток меристемы корней Allium cepa 101
4. 4 Биотестирование водных вытяжек почв по всхожести семян модельных
растений 104
4. 5 Биотестирование водных вытяжек почв на проростках редиса и кресс-
салата 107
4. 6 Действие водных вытяжек почв на активность каталазы проростков
модельных растений 113
4. 7 Расчет индекса токсичности почв и водных вытяжек почв по результатам
биотестирования 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА
132
135
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Почва как депонирующая среда техногенных загрязнителей 8
1.1.1 Химическое загрязнение почвы 9
1.2 Биотестирование как один из методов оценки состояния окружающей среды 12
1.2.1 Использование международных тест-систем для оценки состояния окружающей среды 17
1.2.2 Растения как тест-системы биологического тестирования качества окружающей среды 20
1.2.3 Биотестирование почв с помощью животных и растительных тест- систем 28
1.3 Эколого-географическая характеристика г. Ставрополя 33
1.3.1 Географическое положение 33
1.3.2 Климат 33
1.3.3 Почвы 35
1.3.4 Основные типы антропогенного воздействия в г. Ставрополе 37
ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 50
ГЛАВА III. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ НА РАЗВИТИЕ ТЕСТ-ОТКЛИКОВ У
МОДЕЛЬНЫХ РАСТЕНИЙ 63
3. 1 Содержание тяжелых металлов в почвах тестируемых пунктов 63
3. 2 Оценка загрязненности почв тестируемых пунктов тяжелыми металлами
с помощью митотической активности 65
3. 3 Биотестирование почв по всхожести семян модельных растений 68
3. 4 Тестирование почв на проростках редиса и кресс-салата 72
3.5 Действие повышенного содержания тяжелых металлов почв тестируемых пунктов на активность каталазы проростков модельных растений 80
ГЛАВА IV. БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ВЫТЯЖЕК ПОЧВ 88
4. 1 Содержание тяжелых металлов в водных вытяжках почв тестируемых
пунктов 88
4. 2 Чувствительность Allium-теста к присутствию ионов металлов в водных
вытяжках почв тестируемых пунктов 90
4. 3 Действие водных вытяжек почв тестируемых пунктов на митотическую
активность клеток меристемы корней Allium cepa 101
4. 4 Биотестирование водных вытяжек почв по всхожести семян модельных
растений 104
4. 5 Биотестирование водных вытяжек почв на проростках редиса и кресс-
салата 107
4. 6 Действие водных вытяжек почв на активность каталазы проростков
модельных растений 113
4. 7 Расчет индекса токсичности почв и водных вытяжек почв по результатам
биотестирования 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА
132
135
Актуальность проблемы. В современных условиях природная среда подвержена комбинированному техногенному загрязнению. Известно, что в связи с жизнедеятельностью человеческой цивилизации синтезируются и попадают в окружающую среду сотни тысяч новых химических соединений с невыясненными токсикологическими характеристиками (Дятлов, 2000). Так, разнообразные соединения естественного и антропогенного происхождения накапливаясь в почве, обусловливают ее загрязненность и токсичность.
Методы биотестирования все чаще используются для определения токсических свойств окружающих нас сред: воздуха, воды, почвы, промышленных отходов, материалов и т. д. (Илющенко, Щегольков, 1990; Сан ПиН 2.1.7.573-96; Фролова, 2002; Белоусова, Селезнева, 2004; Underbrink, Sparrow, 1974; Ma, 1981 a; Grover, 1981; Ichikawa, 1981; Cebulska- Wasilewska et al., 1981; Cebulska-Wasilewska, 1986) Это обуславливается рядом обстоятельств: во-первых, указанные объекты обычно содержат большое количество ингредиентов, токсикологические свойства которых не всегда характеризуются простой суммой свойств каждого из них с учетом количественного состава, определяемого аналитическими методами; во- вторых, среда часто загрязнена неустойчивыми продуктами взаимодействия и распада, которые иногда токсичнее исходных веществ; в-третьих, количество присутствующих в окружающей среде загрязнителей значительно превышает число удовлетворительных физико-химических методов анализа, позволяющих контролировать их содержание на уровне ПДК (Илющенко, 1995). Помимо этого, биотестирование позволяет получить интегральную токсикологическую характеристику природных сред независимо от состава загрязняющих веществ, поскольку большая часть загрязняющих веществ, в связи с отсутствием оборудования, методик и стандартов, аналитически не определяется, в связи с чем методы биотестирования приобретают все большую популярность и внедряются повсеместно (Дятлов, 2000).
4
Проведение экспериментов по влиянию различных поллютантов на растительные объекты в контролируемых условиях позволяет решать многие задачи; установить причины разной устойчивости растений и тенденции приспособления к токсикантам, выявить влияние конкретного, исключить действие других факторов внешней среды, выяснить летальную дозу поллютанта и т.д. (Шершунова, Попова, 1999; Parry, et al., 1976; Klindworth, et al., 1979; Degrassi, Rizzoni, 1981; Panda, Sahu, 1985; Fiskesjo, 1985, 1993; Chauhan, et al.,1986; Leith et al., 1989; Badr, et al., 1992; Cordina, et al., 1993; Mishra, 1993; Ma, et al., 1995)
Городские почвы являются депонирующей средой практически для всех поллютантов и при геохимическом изучении транспортно-селитебных ландшафтов являются высоко информативными (Шунелько, 2000).
В связи с этим представляется актуальным разработка методов комплексного биотестирования почв с различным по интенсивности автотранспортным и промышленным воздействием и оценка чувствительности различных тест-откликов к повышенному содержанию тяжелых металлов в почве как в рамках одной тест системы, так и в сравнении чувствительности разных тест-систем.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в разработке методов биотестирования токсичности почвенного покрова техногенных зон города с различным по интенсивности автотранспортным и промышленным воздействием с помощью растительных тест-систем (на примере г. Ставрополя), а также в определении наиболее чувствительной тест-системы к содержанию тяжелых металлов в почве исследуемых пунктов.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Определение содержания подвижных форм меди, свинца, кадмия, цинка и хрома в почвах техногенных зон исследуемых пунктов г.Ставрополя.
2. Установление наиболее чувствительной тест-системы к загрязнению почв техногенных зон городских территорий.
3. Выявление качественного проявления реакций индикаторных признаков тест-растений на повышенное содержание тяжелых металлов в почвах.
5
4. Проведение корреляционного анализа и выявление взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почвах и количественным проявлением тест-откликов модельных растений.
5. Разработка шкалы токсичности сред по результатам биотестирования.
Методы биотестирования все чаще используются для определения токсических свойств окружающих нас сред: воздуха, воды, почвы, промышленных отходов, материалов и т. д. (Илющенко, Щегольков, 1990; Сан ПиН 2.1.7.573-96; Фролова, 2002; Белоусова, Селезнева, 2004; Underbrink, Sparrow, 1974; Ma, 1981 a; Grover, 1981; Ichikawa, 1981; Cebulska- Wasilewska et al., 1981; Cebulska-Wasilewska, 1986) Это обуславливается рядом обстоятельств: во-первых, указанные объекты обычно содержат большое количество ингредиентов, токсикологические свойства которых не всегда характеризуются простой суммой свойств каждого из них с учетом количественного состава, определяемого аналитическими методами; во- вторых, среда часто загрязнена неустойчивыми продуктами взаимодействия и распада, которые иногда токсичнее исходных веществ; в-третьих, количество присутствующих в окружающей среде загрязнителей значительно превышает число удовлетворительных физико-химических методов анализа, позволяющих контролировать их содержание на уровне ПДК (Илющенко, 1995). Помимо этого, биотестирование позволяет получить интегральную токсикологическую характеристику природных сред независимо от состава загрязняющих веществ, поскольку большая часть загрязняющих веществ, в связи с отсутствием оборудования, методик и стандартов, аналитически не определяется, в связи с чем методы биотестирования приобретают все большую популярность и внедряются повсеместно (Дятлов, 2000).
4
Проведение экспериментов по влиянию различных поллютантов на растительные объекты в контролируемых условиях позволяет решать многие задачи; установить причины разной устойчивости растений и тенденции приспособления к токсикантам, выявить влияние конкретного, исключить действие других факторов внешней среды, выяснить летальную дозу поллютанта и т.д. (Шершунова, Попова, 1999; Parry, et al., 1976; Klindworth, et al., 1979; Degrassi, Rizzoni, 1981; Panda, Sahu, 1985; Fiskesjo, 1985, 1993; Chauhan, et al.,1986; Leith et al., 1989; Badr, et al., 1992; Cordina, et al., 1993; Mishra, 1993; Ma, et al., 1995)
Городские почвы являются депонирующей средой практически для всех поллютантов и при геохимическом изучении транспортно-селитебных ландшафтов являются высоко информативными (Шунелько, 2000).
В связи с этим представляется актуальным разработка методов комплексного биотестирования почв с различным по интенсивности автотранспортным и промышленным воздействием и оценка чувствительности различных тест-откликов к повышенному содержанию тяжелых металлов в почве как в рамках одной тест системы, так и в сравнении чувствительности разных тест-систем.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в разработке методов биотестирования токсичности почвенного покрова техногенных зон города с различным по интенсивности автотранспортным и промышленным воздействием с помощью растительных тест-систем (на примере г. Ставрополя), а также в определении наиболее чувствительной тест-системы к содержанию тяжелых металлов в почве исследуемых пунктов.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Определение содержания подвижных форм меди, свинца, кадмия, цинка и хрома в почвах техногенных зон исследуемых пунктов г.Ставрополя.
2. Установление наиболее чувствительной тест-системы к загрязнению почв техногенных зон городских территорий.
3. Выявление качественного проявления реакций индикаторных признаков тест-растений на повышенное содержание тяжелых металлов в почвах.
5
4. Проведение корреляционного анализа и выявление взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почвах и количественным проявлением тест-откликов модельных растений.
5. Разработка шкалы токсичности сред по результатам биотестирования.
1. Установлено, что редис (Raphanus sativus), кресс-салат (Lepidium sativum) и лук репчатый (Allium cepa) могут быть использованы для биотестирования почв техногенных зон городских территорий. Кресс-салат более чувствителен к повышенному содержанию тяжелых металлов в почве, а лук репчатый наиболее чувствителен к содержанию тяжелых металлов в водных вытяжках почв техногенных зон города.
2. Почвы техногенных зон городских территорий содержат до 3 ПДК меди, до 7 ПДК свинца, до 4 ПДК кадмия, до 2 ПДК цинка, до 4 ПДК хрома.
3. Реакция лука репчатого на содержание тяжелых металлов в почвах техногенных зон проявилась в достоверном ингибировании митотической активности клеток апикальной меристемы корешков проростков (в среднем на 19%).
4. Фитотоксичное действие почв проявилось в ингибировании всхожести семян редиса до 53%. У всех изученных проростков редиса, выращенных на тестируемых почвах, происходило как ингибирование (в среднем до 30%), так и стимулирование роста корневой системы (в среднем до 25%); рост надземной части проростков редиса почвами техногенных зон ингибировался (в среднем на 23%) и стимулировался (в среднем на 17%); активность каталазы ингибировалась (в среднем, на 60%).
5. Фитотоксичное действие, почв проявилось в ингибировании всхожести семян кресс-салата (в среднем до 50%). Рост подземной части проростков кресс-салата, ингибировался (в среднем до 40%), рост надземной части ингибировался (в среднем на 31%), активность каталазы ингибировалась (до 44%). Активность каталазы проростков редиса и кресс- салата может быть использована как индикаторный признак при биотестировании почв техногенных зон города.
6. Содержание тяжелых металлов в водных вытяжках почв техногенных зон не превышает ПДК, тем не мене, они подавляли и
133
стимулировали развитие индикаторных признаков. По все вероятности, это происходит из-за синергического эффекта, возникающего в результате полиэлементного состава водных вытяжек почв.
7. Водная вытяжка почв техногенных зон при четырехдневном экспонировании в ней луковиц Allium cepa ингибирует развития корней в среднем на 55%, при семидневном в среднем на 54%, при четырнадцатидневном экспонировании, в среднем на 49%. При этом сроке экспонирования имеет место и стимулированное воздействие водной вытяжки на рост корней лука репчатого (в 13% случаях). Кроме того, водная вытяжка стимулирует образование утолщений у 38% корней луковиц на 7 сутки экспонирования и ингибирует митотическую активность клеток апикальной меристемы корешков опытных проростков лука репчатого в среднем на 11%.
8. Фитотоксичное действие водных вытяжек почв проявилось в ингибировании всхожести семян редиса в среднем на 29%. У всех изученных проростков редиса, происходило как ингибирование (в среднем на 13%), так и стимулирование роста корневой системы (единичный случай на 49%). Рост надземной части проростков редиса стимулировался в среднем на 20%, ингибировался в среднем на 16%. Активность каталазы стимулировалась в среднем на 14%, ингибировалась в среднем на 31%.
9. Фитотоксичное действие почв проявилось в ингибировании всхожести семян кресс-салата в среднем на 18%, в ингибировании роста подземной и надземной части проростков и активности каталазы (в среднем на 33%, 25% и 15% соответственно). Активность каталазы проростков редиса и кресс-салата может быть использована как индикаторный признак при биотестировании водных вытяжек почв техногенных зон города.
10. В результате проведенного корреляционного анализа между содержанием тяжелых металлов в почве, превышающих ПДК, и проявлением индикаторных признаков установлено, что максимально превышающие ПДК свинца для пункта не всегда тесно коррелирует с проявлением индикаторных
134
признаков. Напротив, наблюдается большая зависимость между проявлением индикаторных признаков с тяжелыми металлами, концентрации которых в почве немаксимально превышают свои ПДК для пункта или вообще не превышают их.
11. Ингибированное и стимулированное развитие индикаторных признаков должно быть отражено в оценочных шкалах тестируемых сред окружающей среды, в связи с чем была разработана шкала токсичности сред.
2. Почвы техногенных зон городских территорий содержат до 3 ПДК меди, до 7 ПДК свинца, до 4 ПДК кадмия, до 2 ПДК цинка, до 4 ПДК хрома.
3. Реакция лука репчатого на содержание тяжелых металлов в почвах техногенных зон проявилась в достоверном ингибировании митотической активности клеток апикальной меристемы корешков проростков (в среднем на 19%).
4. Фитотоксичное действие почв проявилось в ингибировании всхожести семян редиса до 53%. У всех изученных проростков редиса, выращенных на тестируемых почвах, происходило как ингибирование (в среднем до 30%), так и стимулирование роста корневой системы (в среднем до 25%); рост надземной части проростков редиса почвами техногенных зон ингибировался (в среднем на 23%) и стимулировался (в среднем на 17%); активность каталазы ингибировалась (в среднем, на 60%).
5. Фитотоксичное действие, почв проявилось в ингибировании всхожести семян кресс-салата (в среднем до 50%). Рост подземной части проростков кресс-салата, ингибировался (в среднем до 40%), рост надземной части ингибировался (в среднем на 31%), активность каталазы ингибировалась (до 44%). Активность каталазы проростков редиса и кресс- салата может быть использована как индикаторный признак при биотестировании почв техногенных зон города.
6. Содержание тяжелых металлов в водных вытяжках почв техногенных зон не превышает ПДК, тем не мене, они подавляли и
133
стимулировали развитие индикаторных признаков. По все вероятности, это происходит из-за синергического эффекта, возникающего в результате полиэлементного состава водных вытяжек почв.
7. Водная вытяжка почв техногенных зон при четырехдневном экспонировании в ней луковиц Allium cepa ингибирует развития корней в среднем на 55%, при семидневном в среднем на 54%, при четырнадцатидневном экспонировании, в среднем на 49%. При этом сроке экспонирования имеет место и стимулированное воздействие водной вытяжки на рост корней лука репчатого (в 13% случаях). Кроме того, водная вытяжка стимулирует образование утолщений у 38% корней луковиц на 7 сутки экспонирования и ингибирует митотическую активность клеток апикальной меристемы корешков опытных проростков лука репчатого в среднем на 11%.
8. Фитотоксичное действие водных вытяжек почв проявилось в ингибировании всхожести семян редиса в среднем на 29%. У всех изученных проростков редиса, происходило как ингибирование (в среднем на 13%), так и стимулирование роста корневой системы (единичный случай на 49%). Рост надземной части проростков редиса стимулировался в среднем на 20%, ингибировался в среднем на 16%. Активность каталазы стимулировалась в среднем на 14%, ингибировалась в среднем на 31%.
9. Фитотоксичное действие почв проявилось в ингибировании всхожести семян кресс-салата в среднем на 18%, в ингибировании роста подземной и надземной части проростков и активности каталазы (в среднем на 33%, 25% и 15% соответственно). Активность каталазы проростков редиса и кресс-салата может быть использована как индикаторный признак при биотестировании водных вытяжек почв техногенных зон города.
10. В результате проведенного корреляционного анализа между содержанием тяжелых металлов в почве, превышающих ПДК, и проявлением индикаторных признаков установлено, что максимально превышающие ПДК свинца для пункта не всегда тесно коррелирует с проявлением индикаторных
134
признаков. Напротив, наблюдается большая зависимость между проявлением индикаторных признаков с тяжелыми металлами, концентрации которых в почве немаксимально превышают свои ПДК для пункта или вообще не превышают их.
11. Ингибированное и стимулированное развитие индикаторных признаков должно быть отражено в оценочных шкалах тестируемых сред окружающей среды, в связи с чем была разработана шкала токсичности сред.
Подобные работы
- БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЗОН ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ
Диссертация , экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2005 - БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЗОН ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ
Диссертации (РГБ), биология. Язык работы: Русский. Цена: 700 р. Год сдачи: 2005 - Разработка комплекса мероприятий по очистке почв от фосфорсодержащих загрязнений
Бакалаврская работа, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4600 р. Год сдачи: 2017 - КАДАСТРОВАЯ ПЕРЕОЦЕНКА ЗЕМЕЛЬ Г. ТОМСКА С УЧЕТОМ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ТЕРРИТОРИЮ
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ В ЗОНЕ ТОКСИКОФИЦИРОВАННОГО ВОДОЕМА (НА ПРИМЕРЕ ОТСЕЧЕННОЙ ИЗЛУЧИНЫ РЕКИ КАЗАНКИ)
Дипломные работы, ВКР, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 6500 р. Год сдачи: 2019 - ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА КАЗАНИ)
Дипломные работы, ВКР, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - БИОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ОКРЕСТНОСТЯХ Г. БЕЛГОРОДА
Дипломные работы, ВКР, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4315 р. Год сдачи: 2018 - АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЧВ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Бакалаврская работа, биотехнология. Язык работы: Русский. Цена: 4355 р. Год сдачи: 2020 - Флуктуирующая асимметрия листьев древесных растений в оценке состояния окружающей среды г. Красноярска
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016