Сравнительный анализ результатов пробоподготовки в экологическом мониторинге

Сравнительный анализ результатов пробоподготовки в экологическом мониторинге

В.Е. Бурак, к.с.-х.н., Московский ГУПС (Брянский филиал МИИТ);М.Е. Семиехина, аспирантка, Брянский ГУ

Биологический и химический анализы различных сред в экологическом мониторинге предваряются пробоподготовкой — сложной процедурой, позволяющей преобразовать пробу таким образом, чтобы она по своим физикохимическим параметрам соответствовала возможностям используемого для проведения анализов оборудования и требованиям нормативных документов [1-5].

В процессе подготовки пробы происходит её последовательное видоизменение, фиксируемое исследователем как по органолептическим, так параметрическим показателям. Уже на этом этапе могут проявляться существенные различия между вариантами в опыте.

К сожалению, вопрос использования данных, получаемых при пробоподготовке в экологическом мониторинге, до сих пор не решён. В итоге теряется ценная научная информация, которая могла бы позволить выявить существенные различия между пробами в случае, когда основной

анализ, ради которого осуществлялась пробо-подготовка, оказался неэффективным.

В первую очередь это относится к биотестированию, которое представляет собой в большинстве случаев качественный или полу-количественный метод исследования [1, 5, 6, 7].

С учётом вышеизложенного актуальными являются исследования, позволяющие найти информативные, математически фиксируемые и статистически обрабатываемые параметры, которые можно использовать как доказательную базу в экологическом мониторинге.

Целью исследований было установить информативные параметры, получаемые при пробоподготовке растительных объектов в биотестировании.

В задачи исследования входило определить:

— наиболее отзывчивый вид на процесс про-боподготовки;

— параметры, представляющие научную ценность при проведении экологического мониторинга;

— статистические закономерности, подтверждающие возможность использования полученных данных в сравнительной оценке вариантов опыта.

Объекты и методы. Были исследованы виды травянистых растений, устойчивые к урботехно-генному воздействию: одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg), мятлик луговой (Poa pratensis L.) и горец птичий (Polygonum aviculare L.).

Учёт интенсивности движения автомобильного транспорта осуществлялся по методике

С.В. Алексеева [8].

В качестве тест-объектов взяты виды — дафния магна (Daphnia magna), инфузория (Paramecium caudatum) и бактерия (Escherichia coli).

Пробоподготовка растительного сырья к биотестированию осуществлялась по общепринятым методикам (2—4).

Результаты исследований и их обсуждение. Отбор образцов растений для проведения исследований осуществлялся на территории г. Брян-

ска. В каждом из четырёх районов города была выделена пробная площадка, расположенная вблизи наиболее загруженной автомагистрали.

Предполагалось, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды в городе вносит автомобильный транспорт.

Расчёт интенсивности работы автомобильного транспорта с учётом различных типов автомашин, а соответственно различного топлива и выбросов загрязняющих веществ представлен в таблице 1.

Как видно из данных таблицы 1, наибольшее антропогенное воздействие испытывает Советский район г. Брянска, в котором количество движущихся машин за 1 час превышает аналогичный показатель по Володарскому району в 2,1 раза. В Бежицком и Фокинском районах города интенсивность движения, а соответственно, и загрязнения окружающей среды от транспорта ниже в 1,3—1,4 раза.

Поскольку указанные районы расположены автономно, на значительном удалении друг от друга, процессы саморегулирования, характерные для экосистем, нивелируют распределение загрязняющих веществ по территории. Поэтому различия между пробными площадками будут не столь заметными, однако вполне объективно характеризующими общее экологическое состояние территории.

Отобранные на пробных площадках растения высушивались до воздушно-сухого состоянии, измельчались на мельнице и просеивались через сито размером 1x1 мм.

Проведение биотестирования, как завершающего этапа работы на указанных в методике тест-объектах, позволило установить, что все исследуемые пробы обладают острым токсичным действием. Различий между вариантами в опыте выявить по методике [2] невозможно. Например, биотестирование водной вытяжки T.officinale и P.pratensis, хоть и даёт разный процент гибели D.magna по вариантам, однако в соответствии с

1. Сравнительная оценка интенсивности работы автомобильного транспорта

по районам г. Брянска, 2010 г.

Показатели Советский р-он Фокинский р-он Бежицкий р-он Володарский р-он

Количество машин, шт./час 2265,5 1619,0 1790,5 1080,0

Выбросы СО, дм3/час 178,7 131,5 142,5 83,7

Выбросы СхНх, дм3/час 30,0 22,1 23,9 14,1

Выбросы N02, дм3/час 12,6 9,3 9,8 5,9

2. Результаты определения степени токсичности водных вытяжек T.officinale и P.pratensis

Место отбора проб (район) T.officinale P.pratensis

кол-во выживших, шт. доля гибели, % кол-во выживших, шт. доля гибели,%

контроль проба контроль проба

Советский 10,0 3,7 63 10,0 1,0 90,0

Фокинский 10,0 5,3 47 10,0 1,3 87,0

Бежицкий 10,0 4,3 57 10,0 2,3 77,0

Володарский 10,0 7,7 23 10,0 8,0 20,0

3. Результаты определения степени токсичности водной вытяжки P.aviculare

Место отбора проб (район) Среднее значение оптической плотности Индекс токсичности

P. caudatum E.koli М-1? P.caudatum E.koli М-1?

контроль проба контроль проба

Советский 140 11 4678 125 0,92±0,57 97,33±9,7

Фокинский 140 23 4678 211 0,83±0,51 95,50±9,5

Бежицкий 140 18 4678 191 0,87±0,54 96,25±9,6

Володарский 140 31 4678 195 0,78±0,48 95,83±9,5

4. Результаты определения доли непросеянного остатка, %

Пробные площадки по районам Виды В среднем по районам

Т. officinale P.pratensis P.aviculare

Советский 7,8 6,1 4,2 6,0

Фокинский 4,8 3,6 2,8 3,7

Бежицкий 6,1 4,4 3,3 4,6

Володарский 4,3 2,6 2,0 3,0

В среднем по видам 5,8 4,2 3,1 4,3

14 12 10 8 6 4 2 0

Советский р-он Фокинский р-он Бежицкий р-он Володарский р-он

И Количество машин, 1010 шт/час Н Выбросы СО, 10х2 дм3/час I! Выбросы СхНх, 1 0х2 дм3/час И Выбросы 1\Ю2, дм3/час Ш Масса остатков, %

Рис. - Зависимость массы грубых механических тканей (массы остатков на сите 1x1 мм) от интенсивности автомобильной нагрузки

методами пробоотбора [5] вполне справедливо для всех вариантов считается установленным «достоверное острое токсичное действие» (табл. 2).

Аналогичные выводы можно сделать и по результатам биотестирования водной вытяжки P.aviculare (табл. 3).

Данный результат подтверждает положение о негативном воздействии загрязняющих веществ техногенного происхождения на растительность урбанизированных территорий.

Вместе с тем остаётся открытым вопрос о различиях между вариантами, которые должны неизбежно возникать в силу наличия разных условий существования на пробных площадках и фиксироваться экспериментальными методами.

Такие различия прежде всего проявляются при подготовке проб к биотестированию [1].

Так, например, масса непросеянного остатка, т.е. грубых механических тканей, количество

которых увеличивается при ухудшении условий существования растений, существенно различается по вариантам (табл. 4).

Невзирая на то, что видовые особенности вносят заметный вклад в различия по вариантам, велики и значимы различия по содержанию остатков грубых механических тканей в зависимости от места положения пробных площадок. Растения, произрастающие в наиболее загрязнённом Советском районе г. Брянска, давали при пробоподготовке наибольшую массу непросеянного остатка, превышающую таковую в Володарском районе в 2,0 раза.

Полученные данные коррелируют с расчётами по загрязнению окружающей среды автомобильным транспортом. На рисунке показана зависимость степени огрубления листьев Р.аviculare от интенсивности автомобильной нагрузки на территории района.

3G6

5. Объём фильтрата водной вытяжки, мл

Пробные площадки по районам Тип используемой воды Вид растений

T.officinale P.pratensis P.aviculare

объём % объём % объём %

дистиллированная 192,0 76,8 196,0 78,4 180,0 72,0

культивационная 200,0 80,0 200,0 80,0 - -

дистиллированная 198,0 79,2 200,0 80,0 186,0 74,4

культивационная 200,0 80,0 204,0 81,6 - -

дистиллированная 194,0 77,6 198,0 79,2 188,0 75,2

культивационная 198,0 79,2 200,0 80,0 - -

дистиллированная 200,0 80,0 210,0 84,0 198,0 79,2

культивационная 204,0 81,6 214,4 85,5 - -

6. Коэффициенты корреляции между объёмом фильтрата и интенсивностью

автомобильной нагрузки

Виды Тип используемой воды Кол-во машин, шт/час Выбросы СО, дм3/ час Выбросы СхНх, дм3/час Выбросы NO2, дм3/час

T.officinale дистиллированная культивационная -0,94857 -0,71415 -0,93652 -0,73767 -0,93576 -0,73646 -0,92339 -0,71327

P.pratensis дистиллированная культивационная -0,94183 -0,90725 -0,95625 -0,92138 -0,95590 -0,97301 -0,94793 -0,90670

P.aviculare дистиллированная -0,96139 -0,97254 -0,90436 -0,97893

В среднем -0,89464 -0,90487 -0,90436 -0,89404

Измельчённые растительные остатки (фракция < 1 мм) использовались для получения водной вытяжки. Для биотестирования на D.magna в соответствии с методиками готовили вытяжку на культивационной воде, а для биотестирования на P.caudatum. и E.coli — на дистиллированной. В процессе отстаивания образовывалась масса органоминеральных коагулятов, не проходящих через фильтр «белая лента». Как было установлено прежде, чем выше степень загрязнения окружающей среды, тем больше образуется коагулятов и тем меньше выход фильтрата [1]. Указанная закономерность в полной мере проявилась для всех видов растений в эксперименте (табл. 5).

Вышеуказанное даёт возможность сделать несколько выводов:

— дистиллированная вода даёт меньший выход фильтрата;

— наименьший выход фильтрата дистиллированной воды был характерен для Р.аviculare;

— для Р.аviculare был зафиксирован наибольший диапазон значений, а значит, и наибольшая чувствительность в эксперименте;

— наибольший выход фильтрата дистиллированной и культивационной воды — из образцов Володарского района;

— наименьший выход фильтрата дистиллированной и культивационной воды — из образцов Советского района.

Наибольший интерес представляет увязка полученных результатов с антропогенной нагрузкой. Для установления этой закономерности был произведён расчёт коэффициента корреляции между результатами определения объёма полученного фильтрата по всем пробным

площадкам и по загрязнению окружающей среды автомобильным транспортом (табл. 6).

Расчёты показали наличие высокой отрицательной корреляции между объёмом фильтрата и интенсивностью автомобильной нагрузки для всех вариантов в опыте. Наибольшая чувствительность была характерна для Р.аviculare по всем показателям загрязнения окружающей среды.

Выводы

Таким образом, использование данных, полученных при пробоподготовке, позволяет установить уже на начальном этапе эксперимента наличие значимых различий между вариантами.

Биотестирование водных вытяжек образцов T.officinale, P.pratensis и P.aviculare показало наличие острого токсического действия относительно

D.magna и других тест-объектов.

Растения, произрастающие на более загрязнённых территориях, — T.officinale, P.pratensis и P.aviculare — образуют большее количество грубых механических тканей, выделяемых при просеивании измельчённой фитомассы.

Выход фильтрата дистиллированной и культивационной воды, используемой в биотестировании при приготовлении водных вытяжек, уменьшается при увеличении техногенной нагрузки на растения.

Установлена высокая степень отрицательной корреляции между интенсивностью автомобильного воздействия на окружающую среду и объёмом фильтрата.

Наибольшей способностью к проявлению адаптационных морфологических и физиологических изменений к техногенной нагрузке среди изученных видов обладает P.aviculare.

Проведённые исследования позволили установить по данным, полученным при пробопод-готовке, что наиболее загрязнённым районом г. Брянска является Советский район.

Литература

1. Бурак В.Е., Рудакова Т.А. Пробоподготовка как информационный компонент экологического мониторинга // Научно-технический журнал Вестник МАНЭБ. Т. 15. 2010. № 4. С. 95-97.

2. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. М.: Акварос, 2007. 17 с.

3. Методика определения токсичности проб почв, донных отложений и осадков сточных вод экспресс-методом с применением прибора «БИОТЕСТЕР». СПб.: 000«Спектрон», 2010. 20 с.

4. Методика определения интегральной токсичности поверхностных, в том числе морских, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных экстрактов почв, отходов, осадков сточных вод по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «ЭКОЛЮМ». М.: ЗАО «НВО Иммунотех», 2010. 20 с.

5. Карпов Ю.А., СавостинА.П. Методыпробоотбораипробо-подготовки. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. 243 с.

6. Рудакова Т.А., Бурак В.Е. Морфологические признаки Daphnia magna как тест-реакции при оценке хронического токсического действия // Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений: мат. межд. науч.-практ. конф. Вып. 2. М.: ООО РПЦ «Офорт», 2010. С. 179-184.

7. Семиехина М.Е. Биотестирование как метод оценки токсичности среды // Экологическая безопасность региона: сборник статей международной научно-практической конференции. Брянск: Изд-во «Курсив», 2010. С. 175—178.

8. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьёв А.Г. Практикум по экологии: учеб. пособие. М.: АО МДС, 1996. 192 с.