Оценка токсичности водной среды в водоемах, расположенных на территории г. Коврова, с помощью метода биотестирования

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10058 А.М. КОКОРИН, Е.С. НАУМОВА, А.Г. ПАН

Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярёва, г. Ковров, Россия

ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ВОДНОЙ СРЕДЫ В ВОДОЕМАХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ Г. КОВРОВА, С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ

Контроль за состоянием природной среды, оценка ее 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 уникальность ландшафта 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 (Болонина и др., 2015).

Безопасность - важнейший информационный фактор развития человека и среды. Сегодня развиты методы биологического контроля токсичности водных сред, которые основаны на восприятии биологическими объектами интегрального загрязнения вредными веществами (Захаров, 2017).

Целью нашей работы является оценка токсичности воды в водоемах расположенных на территории г. Коврова методом биотестирования.

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 (Григорьев, 2013).

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

Для решения поставленной цели были установлены следующие задачи:

1 - проанализировать качество воды в прудах с помощью растений-организмов;

2 - определить наиболее чувствительные тест-функции растительных организмов.

Создание различных эталонных наборов видов тест-объектов и необходимых

тест-реакций для изучения состояния определенных водных объектов является одной из важных задач наших исследований (Кокорин, 2015).

© 2019 Кокорин Алексей Михайлович, AMK1975@bk.ru; Наумова Елизавета Сергеевна; Пан Александра Григорьевна

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

Объектами исследования стали малые водоемы (пруды), расположенные на территории города. Объекты располагаются в разных микрорайонах города (условно обозначим пруды 1, 2, 3, 4). Их средняя площадь составляет 200-400 м2. Все пруды расположены около асфальтированных дорог и окружены жилыми постройками (много бытового мусора попадает в воду). В качестве контроля использовалась дистиллированную воду.

Отбор проб воды из объектов исследования 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 (Avena sativa), кресс-салат (Lepidium sativum), маш, или бобы мунг (Vigna radiata) (Поспелова и др., 2011; Поклонов и др., 2013; Галиакберов и др., 2017). Предлагаемый метод биологической оценки токсичности природных вод по проросткам растений-индикаторов проводился методом полива проростков тест-растений испытуемой водой.

Биотестирование проводилось в трехкратной повторности для каждого анализа пробы. Эксперимент проводился в лаборатории кафедры БЖД, экологии и химии Ковровской Государственной Технологической Академии имени В.А. Дегтярева в осенний период 2018 г. Продолжительность эксперимента составила 9 суток.

В каждую пробу семян помещали этикетку с указанием регистрационного номера средней пробы, номера проращиваемой пробы (повторности), дат учета энергии прорастания и всхожести.

Семена раскладывали в контейнеры на фильтровальную бумагу. Поливали исследуемой водой (5 мл - в кресс-салат и 10 мл - в овес и маш). Семена проращивали в одинаковых условиях (t = 18-23°C; pH = 6-7; освещенность не менее 12 часов в сутки с интенсивностью 300-400лк). Проверяли состояние увлажненности, не допуская переувлажнения.

Оценку и учет проросших семян при определении энергии прорастания и всхожести проводили в сроки, указанные в ГОСТе. При этом день закладки семян на проращивание и день подсчета энергии прорастания или всхожести считали за одни сутки.

Результаты исследований мы представили в таблицах и рисунках. В процентах указан индекс токсичности (определяется при наличии достоверности отличий междуконтрольными и опытными значениями).

1к — ion г =

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

Ion - величина тест-реакции для исследуемой пробы

Он имеет положительное значение при наличии токсичности, отрицательное значение свидетельствует о стимулирующем воздействии. Диапазон значений индекса токсичности 0-25% свидетельствует о нетоксичной среде (I класс), 25-50% - о малотоксичной (II класс), 50-75% - о токсичной (III класс), 75-100% - о высокотоксичной среде (IV класс).

Нами были изучены масса и ростовые показатели тест-организмов. К таковым были отнесены: масса всего растения (г), масса корешка (г), масса проростка (г), длина корешка (мм), длина проростка (мм). Полученные данные представлены в таблицах 13.

Одна из наиболее важных характеристик, высокочувствительная к стрессовому воздействию среды, - энергетика физиологических процессов. Другая базовая характеристика, перспективная для оценки стрессовых воздействий, - темп и ритмика ростовых процессов (Кокорин, 2015).

Таблица 1. Исследование влияния проб воды на тест-функции Avena sativa

Тест-функции Контроль Пруд 1 Пруд 2 Пруд 3 Пруд 4

Масса всего растения, г 0,27±0,03 0,3±0,02 0,31±0,03 0,36±0,03* -33.3% 0,35±0,03* -29.6%

Масса 0,17±0,02 0,19±0,03 0,22±0,02* 0,25±0,02* 0,25±0,02*

корешка, г -29.4% -47.06% -47.06%

Масса проростка, г 0,1±0,02 0,11±0,01 0,09±0,01 0,11±0,03 0,1±0,01

Длина корешка, мм 10,7±1,84 13,09±1,4 1,86±1,57 14,1±1,52* -31.8% 13,22±1,13

Длина проростка, мм 10,46±1,31 14,18±1,03* -35.6% 11,6±1,09 13,49±0,82* -28.9% 11,88±0,88

* - достоверные отличия

Таблица 2. Исследование влияния проб воды на тест-функции Lepidium sativum

Тест-функции Контроль Пруд 1 Пруд 2 Пруд 3 Пруд 4

Длина корешка, мм 9,24±0,6 10,65±0,89 4,07±0,72* +56.0% (II кл) 10,89±1,02 9,81±1,15

Длина проростка, мм 4,68±0,55 5,41±0,46 7,62±0,4* -62.8% 4,77±0,36 4,65±0,39

Таблица 3. Исследование влияния проб воды на тест-функции Vigna radiata

Тест-функции Контроль Пруд 1 Пруд 2 Пруд 3 Пруд 4

Масса всего растения, г 0,55±0,04 0,61±0,05 0,55±0,03 0,67±0,04* -21.8% 0,61±0,06

Масса 0,15±0,01 0,19±0,024* 0,14±0,02 0,3±0,05* 0,22±0,02*

корешка, г -26.7% -100% -46.7%

Масса проростка, г 0,39±0,01 0,42±0,04 0,41±0,03 0,35±0,03 0,4±0,06

Длина корешка, мм 9,73±1,47 8,29±1,33 5,73±0,76* +41.2 (III кл) 7,74±1,31 8,69±0,69

Длина 10,02±1,47 10,8±1,52 6,84±0,84* 7,33±1,08* 13,43±4,83

проростка, мм +31.7

В нашей работе мы провели исследование четырех водных объекта г.Коврова. В целом можно сказать, что анализируемые опытные пробы воды, взятые из водоёмов не оказывают токсического действия на растительные организмы. Однако для тест-организма «Кресс-салат» водная среда пруда №2 показала токсическое действие на тест-функцию «Длина корешка», а для тест-организма «Маш» отмечено малотоксичное воздействие на тест-функции «Длина корешка» и «Длина ростка».

В тоже время нами отмечено и стимулирующее воздействие анализируемых проб воды. По данным расчетов мы выяснили, что на семена овса самое благоприятное воздействие оказывал пруд 3. Масса всего растения превышает контроль на 33,3%,

масса корешка на 47,06%, длина корешка на 31,8% и длина ростка на 28,9% (см. табл. 1).

На семена кресс-салата, а точнее на длину его ростков благоприятное воздействие оказывает пруд 2, т.к. она превышает контроль на 62,8%, в то время как длина корешков в пробах пруда 2 больше значений контроля на 55,96% (см. табл. 2).

На семена маш стимулирующее воздействие также оказали пробы водной среды пруда 3. Масса всего растения превышает контроль на 21,8%, масса корешка ровно в два раза больше массы контроля, но при этом длина ростка уменьшилась на 26,8% (см. табл. 3).

В связи с этим можно сделать вывод, что самыми благоприятными условиями для роста используемых нами для биотестирования растений обладают пробы воды пруда 3.

С другой стороны морфологические и динамические показатели растений значительно отличаются от контроля в положительную сторону, это могло произойти потому, что в дистиллированной воде нет минеральных веществ, которые предопределяют быстрое развитие растительных организмов.

Таким образом, экологическое состояние исследуемых малых водоемов, расположенных на территории г. Коврова согласно полученным данным биотестирования с помощью выбранных растительных организмов нельзя назвать опасным.

Растительные тест-организмы (Avena sativa, Lepidium sativum, Vigna radiata) можно использовать для биотестирования водной среды, так как они показали высокую чувствительность ряда тест-функций. Каждый тест-объект обладает своим набором чувствительных к токсикантам тест-функций.

Список литературы

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

Галиакберов В.В., Дементьев Д.Г., Белозерова Е.А. Фитотоксичность поверхностных вод реки Малый Кизил // International scientific news. 2017. ХХУШ Международ. науч.-практич. конф. 2017. С. 95-98.

Григорьев Ю. Новые технологии биотестирования // Технадзор. 2013. №11 (84). С. 36.

Захаров И.С. Проблемы получения информации о безопасности водной среды биотестированием на основе существующих нормативов // Региональная информатика и информационная безопасность 2017. С. 388-389.

Кокорин А.М. Изучение способностей к биотестированию качества воды у разных видов организмов. В сборнике: Актуальные проблемы экологии в XXI веке труды II международной научной конференции (заочной). Ответственный редактор Грачева Екатерина Петровна. 2015. С. 73-78.

Поклонов В.А., Котелевцев С.В., Остроумов С.А. Фитотоксичность синтетических моющих средств, содержащих поверхностно-активные вещества, при биотестировании на проростках растений. Успехи наук о жизни. 2013. № 6. С. 7178.

Поспелова О.А., Окрут С.В., Степаненко Е.Е., Мандра Ю.А. Влияние функциональных зон города на фитотоксичность вод малой реки // Изв. Самарск. НЦ РАН. 2011. Т. 13, № 5. С. 216-219.