BioScience Blog – Научный Биологический блог

Почвенный покров является приемником большинства химических веществ, вовлекаемых в биосферу. Благодаря своим свойствам почва также выступает как главный аккумулятор, сорбент и разрушитель токсикантов (Почвоведение,1989). Загрязнения меняют ход почвообразовательного процесса, резко снижают урожаи и накапливаются в растениях, из которых прямо или косвенно попадают в организм человека. Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением вод и атмосферы (Инженерная экология, 2003).
Основной вклад в выбросы в атмосферу от стационарных источников в вносят предприятия деятельности сухопутного транспорта (линейные производственные управления магистральных газопроводов, нефтеперекачивающие станции, АБЗ, ДРСУ – 43,8%) (Государственный доклад.., 2006). По данным государственных докладов за последние 5 лет самым значительным загрязнителем воздуха Чувашской Республики является ЛПУМГ «Заволжское».
В настоящей работе представлены результаты мониторинга состояния почвенного покрова в 2006-2008 гг. в зоне влияния загрязнений от упомянутого источника. Для этого был охарактеризован состав возможных загрязнителей, выявлены наиболее токсичные из них; методом биотестирования определена токсичность почвы в различных точках; выявлены направление и зона распространения токсичных выбросов на почвы вокруг станции; определены тест-объекты, наиболее чувствительные для изучения подобных источников воздействия. В наши задачи также входила сравнительная оценка разных подходов биотестирования и выявление наиболее оптимального похода для определения влияния подобных загрязнителей.
Наиболее масштабным загрязнителем газокомпрессорных станций является метан (до 98% выбросов). Химическим стоком метана в тропосфере служит реакция его с гидроокислом. Общий итог зависит от содержания в воздухе легко окисляющейся окиси азота. Источниками гидроокисла в атмосфере могут являться процессы фотодиссоциации молекул воды, перекиси водорода, формальдегида, азотной кислоты (Исидоров, 2001).
CH4+4O2+4NO=CO2+2Н2О+4NO2
Основные загрязняющие вещества компрессорных станций – оксиды азота и углерода, иногда – серы (Бухгалтер, Самсонов, 2007). Установлено, что реакция фотодиссоциации двуокиси азота на оксид азота и атомарный кислород, при которой поглощается излучения ультрафиолетовой области спектра, играет преобладающую роль в атмосферных фотохимических процессах.
Реакция диссоциации двуокиси азота дает толчок к множеству вторичных реакций, появлению свободных радикалов, образованию озона, полимеризации. Кроме того, на протекание этих реакций оказывает влияние окисление углеводородов, в ходе которого образуются вещества с карбонильной группой (альдегиды, кетоны) (Бухгалтер, Дедиков, 2002).
Для изучения токсичности почв на разном удалении от ЛПУМГ «Заволжское» было взято 8 точек по направлению сторон света в 2006 г. и по 2 точки в северном, западном и восточном направлениях в 2007 г. и 2008 г. на расстоянии 200 м и 500 м от станции.
Пробы почв отбирались ежегодно в течение трех сезонов в две серии: первая в июле для определения начального уровня накопления поллютантов в почве; вторая в сентябре с целью оценки суммарного накопления за весь сезон. Испытание токсичности почв проводилось биотестированием субстратов по проросткам растений-индикаторов (2006-2007 гг.), а также биотестированием водных вытяжек (2008 г.).
1. Биотестирование субстратов с помощью редиса и кресс-салата (2006 г.). Использовавшийся метод биотестирования заключается в определении параметров роста тест-объектов по сравнению с контролем. При этом субстрат закладывают в стаканчики, увлажняют одинаковым количеством воды. Семена тест-растений предварительно намачивают в отстоянной очищенной водопроводной воде, раскладывают на два слоя фильтровальной бумаги в большую кювету, помещают в термостат для проращивания при температуре +250…+260С. Когда длина проростков достигнет 10-15 мм и появятся корни, ростки разделяют на фракции по длине и рассаживают по 20 растений каждой фракции в стаканчики на испытуемый субстрат. Контрольный субстрат берут в относительно чистой зоне. Полив производят через трубочку очищенной и отстоянной водопроводной водой (Федорова, Никольская, 2001).
Когда ростки достигнут длины 6-10 см (через 1-2 недели), производят их измерение и взвешивание. Ростки разделяют на части (надземную и подземную) и каждую часть измеряют и взвешивают отдельно (Федорова, Никольская, 2001).
Достоверность разницы проверяют по критерию Стьюдента (t-распределение) (Лакин, 1980).
По результатам опытов 2006 г. наиболее токсичными является почва в точках «Юго-запад 200 м», «Юго-запад 500 м» и «Запад 200 м». В этих точках в июле наблюдался рост растений, достоверно превышающий контрольные показатели, затем замедленный по сравнению с контролем (табл. 1, 2).
Таблица 1
Показатели роста надземной части тест-объектов

Объект Серия опытов Длина проростка, см
Юго-запад Восток Запад Север Контроль
200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м
Кресс-салат июль 5,48 6,08 7,95* 8,5 5,92* 4,74* 5,52* 4,9 6,4
сентябрь 7,6* 6,1* 4,8 5,6 5,9 6,9 6,4* 7,2* 6,9
Редис июль 7,95 5,5* 7,1 6,9* 7,9 6,02* 7,7* 8,5 7,49
сентябрь 5,7* 5,4* 4,1* 4,6* 5,1* 4,8* 5,6* 4,97* 7,3
*- значения достоверно отличаются от контроля по критерию Стьюдента (Лакин, 1980)
Таблица 2
Показатели роста подземной части тест-объектов

Объект Серия опытов Длина проростка, см
Юго-запад Восток Запад Север Контроль
200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м
Кресс-салат июль 4,39* 5,46 7,1* 6,1* 4,74 6,57 5,95 6,95 6,9
сентябрь 8,1 4,9* 6,3 5,5* 6,9 10,7 6,6 6,6* 7,16
Редис июль 8,5 5,9* 12,9 7,4* 8,9* 15,6 14,4* 10,5 9,12
сентябрь 9,9 7,96* 13,5 6,2* 10,1 14,5 8,8 11,3* 10,5
*- значения достоверно отличаются от контроля по критерию Стьюдента (Лакин, 1980)

2. Биотестирование субстратов с использованием различного типа тест-объектов (2007 г.).
Согласно описанной выше методике, сравнивали чувствительность тест-объектов с различными требованиями к азотному питанию к действию загрязнителей. Достоверность разницы определяли при помощи непараметрического критерия Вилкоксона, (Зайцев, 1987).
Проведенные опыты показали, что самой токсичной является почва в точках «Север 200 м», где в первой серии опытов наблюдается наименьший рост репы (5,1* см) и ячменя (8,3* см), во второй серии – репы (5,1* см), ячменя (9,6 см) и пшеницы (13,5*см) (табл. 3, 4). К числу сильно загрязненных почв также можно отнести точки «Запад 200 м» и «Восток 200 м». В этих точках прослеживается наименьший рост салата.
Таблица 3
Показатели роста надземной части тест-объектов

Объект Серия опытов Длина проростка
Восток Запад Север Контроль
200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м
Салат июль 3,4* 4,0* 4,5* 4,4* 4,2* 4,2* 5,6*
сентябрь 5,5 5,5 5,1* 5,9 5,5* 5,4* 6,4
Репа июль 5,2 5,4* 6,3 5,6* 5,1* 6,3 6,7
сентябрь 6,4 5,2* 6,6 6,6 5,1* 5,8 6,2
Редис июль 7,1 6,8 6,1 7,1 8,6 7,1 8
сентябрь 5,5 5,5 7,1 7,8 5,4 5,8 6,4
Ячмень июль 9,3* 8,9* 9,1* 8,9* 8,3* 8,8* 12,1
сентябрь 9,6 9,5 11,2* 11,2* 9,6 9,2 8,9
Пшеница июль 14,7 14,1* 14,7 14,0* 14,1 14,1* 15,3
сентябрь 14,3* 15,5 14,9 14,2* 13,5* 15,6 15,8
* – значения достоверно отличаются от контроля по критерию Вилкоксона (Зайцев, 1985)
Таблица 4
Показатели роста подземной части тест-объектов

Объект Серия опытов Длина корня
Восток Запад Север Контроль
200 м 500 м 200 м 500 м 200 м 500 м
Салат июль 9,0 7,6 8,2 8,1 5,8* 7,5 7,5
сентябрь 4,3 3,9 4,7 3,2* 5,1* 3,8 4,1
Репа июль 7,1 6,1 7,2 6,8 4,8 5,1 6,1
сентябрь 5,2 4,7 5,1 2,6* 4,1* 4,1* 5,8
Редис июль 11,9 7,7 12,1 10,6 10,7 11,0 7,2
сентябрь 5,5 7,2 9,8 4,3 7,8 5,5 6,3
Ячмень июль 10,4 13,3 10,2 10,3 11,7 10,6 11,6
сентябрь 12,6* 12,* 11,4* 12,5* 12,8* 11,3 9,6
Пшеница июль 12,6* 12,1 12,2 12,4* 13,9* 12,9* 10,6
сентябрь 12,1 12,7 11,4 8,9* 11,1 11,2 12,4
* – значения достоверно отличаются от контроля по критерию Вилкоксона (Зайцев, 1985)

В ходе проведения эксперимента была выявлена в целом сходная картина реагирования тест-объектов на загрязнение. Однако развитие проростков ячменя более четко отличалось в опыте по сравнению с контролем, что может свидетельствовать о большей чувствительности данной культуры.
3. Биотестирование почвенных вытяжек с помощью редиса и кресс-салата (2008 г.)
По стандартной методике (Федорова, Никольская, 2001) были приготовлены вытяжки из почв, взятых по упомянутой выше схеме, заложен опыт. При прорастании более 50 % семян согласно рекомендациям (Федорова, Никольская, 2001) оценивали степень их прорастания в различных опытах и величину проростков по отношению к контролю, принятому за 100 %. Контроль ставили на дистиллированной воде.
Проведенные опыты показали, что наиболее токсичными являются почвы в точках «Север 200 м», «Север 500 м» и «Восток 200 м». В данных точках наблюдался рост, достоверно превышающий контроль, во вторую серию – минимальный рост (табл. 5, 6). Можно предположить, что это обусловлено стимулирующим развитие растений действием относительно невысоких доз поллютантов в июле и их подавляющим эффектом в связи с накоплением значительных количеств в конце вегетационного сезона. Сходный эффект воздействия разных доз основных загрязнителей отмечен и при анализе характеристик роста тест-объектов на расстоянии 200 и 500 м от источника. Последнее позволяет сделать вывод о малой зоне распространения выбросов, около 500 м (2008 год). Это подтверждает выявленные ранее другими подходами закономерности.
Таблица 5
Средняя длина проростка тест-объектов (см)
(1-ая серия опытов, июль)
Тест-объекты Запад 200 м Запад 500 м Восток 200 м Восток 500 м Север 200 м Север 500 м Конт-роль
Редис 2,8 2,78 3,04 2,34 3,17 3,00 2,59
Кресс-салат 4,56 4,65 3,48 4,18 3,81 3,64 2,47

Таблица 6
Средняя длина проростка тест-объектов (см)
(2-ая серия опытов, сентябрь)
Тест-объекты Запад 200 м Запад 500 м Восток 200 м Восток 500 м Север 200 м Север 500 м Конт-роль
Редис 5,93 6,11 5,81 6,11 4,8 5,22 5,12
Кресс-салат 3,43 3,1 3,04 2,34 3,17 3 2,59

Проведение исследования данным методом значительно упростило достижение необходимого результата: сократило сроки проведения опытов, облегчило процедуру подсчета.
Обобщая исследования, проведенные в течение трех лет, мы пришли к следующим выводам:
? Главным фактором негативного влияния на экосистему на территории расположения станции являются оксиды азота, диоксид углерода;
? Загрязнение распространяется, главным образом, в северном направлении, что обусловлено розой ветров.
? На расстоянии 500 м от станции токсичное действие поллютантов не установлено, развитие тест-объектов приближается к фоновым показателям.
? Развитие проростков ячменя более четко демонстрирует разницу в опыте по сравнению с контролем, что, на наш взгляд, свидетельствует о большей чувствительности данной культуры.
? На наш взгляд, биотестирование почвенных вытяжек с помощью тест-объектов более удобно при проведении подобных исследований.

Список литературы
1. Бухгалтер, Э. Б. Экология подземного хранения газа / Э. Б. Бухгалтер, Е. В. Бухгалтер, Л. Б. Бухгалтер. – М. : МАИК «Наука/интерпериодика», 2002. – 431с.
2. Экология газового комплекса / Бухгалтер, Э.Б. и др. – М. : Научный мир, 2007. – 383 с.
3. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Чувашской Республики в 2005 году. – Чебоксары, 2006. – 132 с.
4. Зайцев, Г. Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. – М. : Наука, 1984. – 424с.
5. Инженерная экология и экологический менеджмент : учебник / М. В. Бутарина, П. В. Воробьёва, А. П. Дмитриев и др. / под ред. К. И. Иванова, Н. М. Фадина. – М. : Логос, 2003. – 528 с.
6. Исидоров, В. А. Экологическая химия. – СПб. : Химиздат, 2001. – 303с.
7. Лакин, Г. Ф. Биометрия : учеб. пособие для биологич. спец. вузов / Г. Ф. Лакин. – М. : Высш. Школа,1980 – 293 с.
8. Почвоведение / И. С. Кауричев, Н. П. Панов, Н. Н. Розов и др./ под ред. И. С. Кауричева. – М. : Агропромиздат, 1989. – 719 с.
9. Федорова, А. И., Никольская, А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Федорова, А. И., Никольская А. Н. – М. : Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 288 с.