БИОМОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В МАЛЫХ ВОДОЁМАХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА КОВРОВА, ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

БИОМОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В МАЛЫХ ВОДОЁМАХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА

КОВРОВА, ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

Кокорин Алексей Михайлович

Кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности, экологии и химии, Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярёва

Кокорина Анна Владимировна Заместитель директора по учебной работе МБОУ СОШ№ 21 г. Коврова

Аннотация. Статья посвящена проблеме загрязнения водоемов, расположенных на территории города Коврова и предназначенных для бытовых и рекреационных нужд. Мониторинг состояния качества вод проводился два года (2019 и 2020). Рассмотрен процесс биотестирования с помощью растений индикаторов, а также возможность использования растительных организмов овес (лат. Avena sativa) и кресс-салат (лат. Lepidium sativum) в качестве тест-организмов для биотестирования качества водной среды.

Ключевые слова: биотестирование, токсикант, водная среда, тест-функции проростков растений, степень токсичности.

BIOMONITORING OF THE STATUS OF WATER QUALITY IN PONDS LOCATED IN THE TERRITORY OF THE CITY OF KOVROV, THE INDUSTRIAL CENTER OF THE VLADIMIR REGION.

Kokorin Alexey Mihailovich

Candidate of biological Sciences, associate Professor, head of Department of Life Safety,

Ecology and Chemistry

Kokorina Anna Vladimirovna

Deputy Director for Academic Affairs, secondary school of the city of Kovrov

Abstract. The article is devoted to the problem of pollution of water bodies located on the territory of the city of Kovrov and intended for domestic and recreational needs. Water quality monitoring was carried out for two years (2019 and 2020). The process of biotesting using indicator plants is considered, as well as the possibility of using plant organisms oats (Latin Avena sativa) and watercress (Latin Lepidium sativum) as test organisms for biotesting the quality of the aquatic environment.

Key words: biotesting, toxicant, water environment, test functions of plant seedlings, degree of toxicity.

В настоящее время в связи с интенсивным воздействием человека на природу резко повысился интерес общества к состоянию окружающей среды. Контроль за её состоянием, оценка её качества - это важнейшие составные части деятельности человека, которая направлена на освоение и использование природных ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности.

На территории города Коврова расположено множество небольших водоемов, которые создают уникальный ландшафт и используются для социальных нужд. Сведений об экологическом состоянии этих водоемов немного, но они имеют важное значение для каждого микрорайона, где они находятся.

Водоёмы города являются неотъемлемой частью городской экосистемы, причем той её частью, которая в огромной степени подвергается антропогенному воздействию. Это воздействие выражается, в первую очередь, в загрязнении самого различного характера.

Особенность загрязнения городских водоёмов состоит в том, что в городе на относительно небольшой площади сосредоточено значительное количество различных источников загрязнения (промышленные предприятия, транспорт, бытовые отходы), обуславливающих интенсивность и неоднородность состава загрязнений природных вод [1].

Безопасность - важнейший информационный фактор развития человека и среды. Сегодня активно используются методы биологического контроля для оценки токсичности водной и воздушной среды [5,13,16], почв [6,15] природно-антропогенных объектов, отдельных токсикантов и их комплексов [9,12], отходов производств [14,18]. Большая часть организмов, использумых в биотестировании, это высшие растения [8].

Биотестирование дает возможность быстрого получения интегральной оценки токсичности среды, обусловленной присутствием комплекса загрязняющих воду химических веществ и их метаболитов естественного и антропогенного происхождения, что делает весьма привлекательным его применение при скрининговых исследованиях. Вместе с тем, при организации такой системы экологического мониторинга остро ощущается недостаток в оперативных и простых в исполнении методах биотестирования водных объектов

[3].

Биотестирование основано на регистрации биологически важных показателей, так называемых тест-функций, исследуемых тест-объектов. После регистрации этих показателей производится оценка их состояния в соответствии с выбранным критерием токсичности.

Целью данной работы является изучение тест-функций растительных организмов разных видов и определение с их помощью токсичности воды в водоёмах, расположенных на территории г. Коврова.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1 - определить наиболее чувствительные тест-функции у растительных организмов изучаемых видов к действию токсикантов;

2 - проанализировать качество воды в городских прудах методом биотестирования;

3 - определить изменение токсичности воды в исследуемых водоёмах с годовым интервалом.

Город Ковров расположен во Владимирской области и является центром Ковровско-го района. Город раскинулся на берегах реки Клязьмы в 65 километрах от областного центра - г. Владимира и в 250 километрах от г. Москвы.

Объектами исследования стали малые водоемы (пруды), расположенные в разных микрорайонах города (условно обозначим как объекты 1, 2). Их средняя площадь составляет 200-400 м . Пруды расположены около асфальтированных дорог и окружены жилыми постройками, как следствие - много бытового мусора попадает в воду.

В качестве контроля мы использовали дистиллированную воду. Как объект сравнения был взят раствор дихромата калия (он является выраженным токсикантом [18,19]) в исходной концентрации раствора K2Cr207 - 0,1% (опытная группа 1 - С1=1г/дм ) и в его разбавлениях дистилированной водой 1:10 (опытная группа 2 - С2=0,1г/дм3), 1:100 (опытная группа 3 - С3=0,01г/дм ).

Отбор проб воды из объектов исследования (прудов) проводился согласно требованиям ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 51593-2000 «Вода питьевая. Отбор проб» и др.

В исследовательской работе для оценки степени загрязнения водной среды изучаемых объектов были использованы следующие тест-организмы: овёс (лат. Avéna sativa), кресс-салат (лат. Lepidium sativum) [10,17].

Эксперимент проводился в 2019 и 2020 гг. в лаборатории кафедры безопасности жизнедеятельности, экологии и химии Ковровской государственной технологической ака-

демии имени В.А. Дегтярева в осенний период. Продолжительность ежегодных экспериментов составляла 9 суток (в 2019 году) и 14 суток (в 2020 году).

В качестве тест-функций были изучены: ростовые показатели (длина корешка, длина проростка) и масса растительного материала (масса всего растения, масса подземной части (корешка), масса надземной части (проростка)). Показатели измеряли общепринятыми методами [11]. Изученные показатели представлены в таблицах 2-7.

Степень токсического загрязнения водных объектов оценивается с помощью индекса токсичности (Т), который рассчитывается по формуле [2, 4]:

Т = 1 ~1м (1),

где 1\ - величина тест-реакции для контрольной пробы;

1оп - величина тест-реакции для исследуемой пробы.

Таблица 1. Уровни (классы) токсичности исследуемых водных проб в зависимости от экспериментального значения индекса токсичности

Уровень

токсичности условные единицы токсичности

I 0.76-1.00 Высокотоксичная

II 0.51-0.75 Токсичная

III 0.26-0.50 Малотоксичная

IV 0.00-0.25* Нетоксичная

* - при значениях концентрации модельных токсикантов ниже ПДКв и ПДКсрв

Результаты исследований представлены в таблицах 2-7. Каждый вид растительных биотестов имеет свои особенности реагирования на токсикант К2Сг207. Прорастание семян всех изучаемых видов растений в водной среде, где концентрация К2Сг207 составила 1 г/дм , не произошло. При разбавлении исходного раствора в 10, а затем и в 100 раз у проростков овса наблюдалось угнетение длины корешка на 89% (I класс токсичности согласно индексу токсичности (Т)) и 22% соответственно (см. табл. 2-3). Также чувствительной, но чуть менее, оказалась масса подземной части проростков - она снизилась на 35% (III класс) при воздействии эталонного токсиканта в концентрации 0,1 г/дм .

Таблица 2. Исследование влияния загрязнителя К2Сг207 на тест-функции овса

Тест-функции Дист.вода контроль К2Сг207 - разбавление 1/1 К2Сг207 - разбавление 1/10 К2Сг207 - разбавление 1/100

Масса всего растения, г 0,27±0,03 3 0,209±0,02*: +0,23 (III кл)2 0,291±0,025

Масса корешка, г 0,17±0,02 - 0,11±0,02* +0,35 (III кл) 0,177±0,022

Масса проростка, г 0,1±0,02 - 0,099±0,019 0,167±0,054

Длина корешка, мм 10,7±1,84 - 1,148±0,48* +0,89

Длина проростка, мм 10,46±1,31 - 13,376±1,53 13,817±1,081* -0,32

- достоверные отличия (Р<0,05); - указаны значения индекса токсичности; ' - гибель тест-организмов

Таблица 3. Исследование влияния загрязнителя К2Сг^7 на тест-функции кресс-салата

Тест-функции Дист.вода контроль К2Сг2С7 - разбавление 1/1 К2Сг2С7 - разбавление 1/10 К2&2б7 - разбавление 1/100

Длина корешка, мм 9,24±0,6 - 0,401±0,07* +0,96 (I кл) -

Длина проростка, мм 4,68±0,55 - 2,32±0,19* +0,504(П кл) -

Эксперименты с воздействием бихромата калия доказывают наличие реакции со стороны ряда тест-функций исследуемых видов растений. Наиболее чувствительными можно назвать массу и длину корешков проростков.

Анализ качества проб водной среды в прудах города с помощью тест-функций проростков овса не выявило их токсичности (достоверного угнетения исследуемых тест-функций не выявлено) в 2019 году (см. табл.4-7) [7]. Однако уже в 2020 году в пруду 1 отмечен индекс токсичности воды равный III классу (малотоксичная) по показателям «масса корня» у овса и «отношение корня к длине ростка» у кресс-салата. В то же время нами отмечено и стимулирующее воздействие анализируемых проб воды.

Таблица 4. Исследование влияния проб воды на тест-функции овса в 2019 году

Тест-функции Дист. вода контроль Пруд 1 Пруд 4

Масса всего растения, г 0,27±0,03 0,3±0,02 0,35±0,03* -0,30

Масса корешка, г 0,17±0,02 0,19±0,03 0,25±0,02* -0,47

Масса проростка, г 0,1±0,02 0,11±0,01 0,1±0,01

Длина корешка, мм 10,7±1,84 13,09±1,4 13,22±1,13

Длина проростка, мм 10,46±1,31 14,18±1,03* -0,36 11,88±0,88

Таблица 5. Исследование влияния проб воды на тест-функции кресс-салата в 2019 году

Тест-функции Дист. вода контроль Пруд 1 Пруд 4

Длина корешка, мм 9,24±0,6 10,65±0,89 9,81±1,15

Длина проростка, мм 4,68±0,55 5,41±0,46 4,65±0,39

Таблица 6. Исследование влияния проб воды на тест-функции овса в 2020 году

Тест-функции Пруд 1 Пруд 4 Дист. вода контроль

Длина ростка, мм 11,37±1,76 11,36±1,90 11,17± 1,11

Длина большего корня, мм 10,19±1,74 11,05±1,94 10,96±1,15

Общая длина, мм 22,81±3,00 23,70±3,31 23,38±2,83

Масса ростка, г 0,04±0,01* -0,52 0,04±0,01 0,03±0,01

Масса корня, г 0,03±0,01* 0,05±0,01 0,05±0,01

+0,33

Масса семени, г 0,08±0,01 0,08±0,01 0,087±0,010

Общая масса, г 0,15±0,02 0,17±0,02 0,17±0,02

Таблица 7. Исследование влияния проб воды на тест-функции кресс-салата в 2020 году

Тест-функции Пруд 1 Пруд 4 Дист. вода контроль

Длина ростка, мм 6,25±0,42* -0,58 4,70±0,35 2,78±0,33

Длина корня, мм 5,22±0,56 7,75±0,72* -0,47 3,85±0,75

Общая длина, мм 11,46±0,84 12,44±1,02* -35% 6,62±1,015

Отношение корня к длине ростка 0,86±0,11* +0,34 (III кл) 1,64±0,14 1,33±0,25

Методика проведения биотестирования с помощью проростков высших растений относительно проста и позволяет за короткий промежуток времени получить множество данных о состоянии водоемов и токсичности водной среды.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Растительные тест-организмы (овес (лат. Avéna sativa), кресс-салат (лат. Lepidium sativum)) можно использовать для биотестирования водной среды, так как они показали высокую чувствительность ряда тест-функций к действию стандартного токсиканта би-хромата калия (K2Cr2O7). Каждый тест-объект обладает своим набором чувствительных к токсикантам тест-функций.

2. Экологическое состояние исследуемых малых водоемов, расположенных на территории г. Коврова, согласно полученным данным биотестирования с помощью выбранных растительных организмов нельзя назвать опасным. Однако выявлена тенденция к повышению токсичности воды в водоёмах по откликам наиболее чувствительных тест-функций изучаемых видов тестовых растений (показатели корешков проростков).

Список источников и литературы

1. Болонина, Г. В. Геоэкологическая оценка состояния водоемов агломератов в условиях городской среды / Г. В. Болонина, А. Н. Мармилов, Т. С. Чигина, Е. Н. Свечникова. -Текст : непосредственный // Геология, география и глобальная энергия. - 2015. - № 1 (56). - С. 171-179.

2. Бубнов, А. Г. Биотестовый анализ - интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды: учебно-методическое пособие / А. Г. Бубнов, С. А. Буймова, А. А. Гущин, Т. В. Извекова / под общ. ред. В. И. Гриневича. - Иваново : ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т., 2007. - 112 с. - Текст : непосредственный.

3. Григорьев, Ю. Новые технологии биотестирования / Ю. Григорьев. - Текст : непосредственный // Технадзор. - 2013. - № 11 (84). - С. 36.

4. Дроздова, Е. В. Оценка интегральной токсичности факторов и объектов среды обитания с использованием альтернативных биологических тест-моделей: методология и технологии / Е. В. Дроздова, Н. В. Дудчик, С. И. Сычик, В. В. Шевляков. - Минск : Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр гигиены», 2017. - 216 с. - Текст : непосредственный.

5. Захаров, И. С. Проблемы получения информации о безопасности водной среды биотестированием на основе существующих нормативов / И. С. Захаров. - Текст : непосредственный // Региональная информатика и информационная безопасность. - Санкт-Петербург, 2017. - С. 388-389.

6. Кокорин, А. М. Биотестирование как экспресс метод оценки загрязнения городских почв объектами инфраструктуры автомобильного транспорта / А. М. Кокорин. - Текст : непосредственный // Научный аспект. - 2016. - № 4. - С. 142-147.

7. Кокорин, А. М. Оценка токсичности водной среды в водоемах, расположенных на территории г. Коврова, с помощью метода биотестирования / А. М. Кокорин, Е. С. Наумова, А. Г. Пан. - Текст : непосредственный // Экологический сборник7: Труды молодых ученых. Всероссийская (с международнымучастием) молодежная научная конференция / Под ред. канд. биол. наук С. А. Сенатора, О. В. Мухортовой и проф. С. В. Саксонова. - Тольятти : ИЭВБ РАН, «Анна», 2019. - С. 234-237.

8. Остроумов, С. А. Тестирование токсичности химических веществ без использования животных / С. А. Остроумов. - Текст : непосредственный // Экологическая химия. -2016. - Т. 25, № 1. - С. 5-15.

9. Поклонов, В. А. Фитотоксичность синтетических моющих средств, содержащих поверхностно-активные вещества, при биотестировании на проростках растений / В. А. Поклонов, С. В. Котелевцев, С. А. Остроумов. - Текст : непосредственный // Успехи наук о жизни. - 2013. - № 6. - С. 71-78.

10. Поспелова, О. А. Влияние функциональных зон города на фитотоксичность вод малой реки / О. А. Поспелова, С. В. Окрут, Е. Е. Степаненко, Ю. А. Мандра. - Текст : непосредственный // Известия самарского научного центра российской академии наук. -2011. - Т. 13, № 5. - С. 216-219.

11. Практикум по агрохимии : учеб. пособие / под ред. академика РАСХН В. Г. Минеева. -Москва : МГУ, 2001. - 689 с. - Текст : непосредственный.

12. Семенов, А. Г. Оценка экологических последствий применения химических средств защиты растений в агроценозе методом биотестирования [фитотоксичность пестицидов] / А. Г. Семенов. - Текст : непосредственный // Экологическая безопасность в АПК. Реферативный журнал. - 1999. - № 1. - С. 178.

13. Семенова, И. Н. Использование растительных тест-систем для оценки токсичности донных отложений / И. Н. Семенова, Г. Ш. Кужина, Ю. Ю. Серегина, Г. А. Ягафарова, А. Б. Зулкарнаев, Х. Г. Мусин. - Текст : непосредственный // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. - № 10 (185). - С. 232-235.

14. Сорока, Н. В. Оценка экологической безопасности использования отходов при рекультивации полигонов твердых коммунальных отходов / Н. В. Сорока, А. В. Синдирева, Д. А. Мельников. - Текст : непосредственный // Вестник Омского государственного аграрного университета. - 2018. - № 2 (30). - С. 53-62.

15. Терехова, В. А. Экотоксикологическая оценка повышенного содержания фосфора в почвогрунте по тест-реакциям растений на разных стадиях развития / В. А. Терехова, Д. Б. Домашнев, М. А. Каниськин, А. В. Степачев. - Текст : непосредственный // Проблемы агрохимии и экологии. - 2009. - № 3. - С. 21-26.

16. Шайхутдинова, А. А. Биотестирование природной воды р. Белой по проросткам растений-индикаторов / А. А. Шайхутдинова, А. С. Трубникова, А. Ф. Кадыргулова. - Текст : непосредственный // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2017. - № 6 (68). - С. 204-207.

17. Ostroumov, S. Assessing environmental hazards of chemicals: the efficient method with higher plants / S. Ostroumov, S. Kotelevtsev. - Text : direct // Black Sea Scientific Journal of Academic Research. - 2015. - Т. 25, № 7. - С. 8-11.

18. Sánchez-Meza, J. C. Toxicity assessment of a complex industrial wastewater using aquatic and terrestrial bioassays daphnia pulex and lactuca sativa / J. C. Sánchez-Meza, V. F. Pacheco-Salazar, T. B. Pavón-Silva, V. G. Guiérrez-García, C. D. J. Avila-González, P. Guerrero-García. - Text : direct / Journal of Environmental Science and Health. Part A: Toxic /Hazardous Substances and Environmental Engineering. - 2007. - Т. 42, № 10. - С. 1425-1431.