Халиуллина Алия Радиковна МБОУ СОШ №98, Республика Башкортостан, г.Уфа

Научные руководители: Суханова Н.В., к.б.н., доцент каф. биоэкологии и биологического образования БГПУ им. М.Акмуллы, Юсупова М.Н., учитель биологии МБОУ СОШ №98

ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ Г. МАГНИТОГОРСК (ЧЕЛЯБИНСКАЯ ОБЛ.) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИАНОБАКТЕРИИ NOSTOC SP. В КАЧЕСТВЕ ТЕСТ-ОБЪЕКТА

Актуальность. Городская среда – это сложное образование, продукт взаимодействия природы и человеческой деятельности. Эта среда насыщена промышленными предприятиями, транспортными средствами, объектами жилищно-коммунального хозяйства, которые воздействуют на природный ландшафт.

Немаловажное значение в городских природоохранных мероприятиях занимает контроль за состоянием окружающей среды. Существующая система контроля воздуха, воды и почвы основана на физико-химических методах, которые позволяют определить их химический состав, но не дают возможности оценить воздействие на живые организмы, т.е. токсичность. К тому же, в окружающую среду одновременно сбрасывается огромное количество токсичных веществ, которые реагируют между собой, а воздействие вновь образовавшихся веществ на природную среду непредсказуемо. Необходимо более широкое использование методов экологического мониторинга, которые в значительной степени дополняют систему существующих физико-химических методов качественно новыми биологическими показателями, так как важно знать не уровень загрязнения, а вызываемые ими биологические эффекты [8].

Одним из методов экологического мониторинга является биотестирование – экспериментальное определение токсичности воды, почвы, воздуха, основанное на регистрации реакций тест-объектов. Методы биотестирования успешно применяются при изучении состояния природных вод, оценки токсичности сточных вод [7], почвенного и снежного покрова [5], атмосферного воздуха [6], химических препаратов [4].

Целью настоящей работы являлась оценка токсичности почвы города Магнитогорск с помощью методов биотестирования. Для реализации поставленной цели выполнены следующие задачи: изучены источники литературы по данной проблеме, разработана методика биотестирования с использованием в качестве тест-объекта цианобактерии Носток (Nostoc sp.), получена накопительнная культура тест-объекта, отобраны пробы почвы в г. Магнитогорск, поставлен эксперимент и проведена статистическая обработка результатов, проведено сравнение результатов биотеста почвы г. Магнитогорск с аналогичными результатами биотестирования почвы города Аша (Челябинская область). Работа выполнена в Научно-исследовательской лаборатории «Экология почвенных водорослей» им. Л.Хайбуллиной кафедры биоэкологии и биологического образования БГПУ им. М. Акмуллы.

Город Магнитогорск – один из крупнейших центров черной металлургии в мире, второй по величине город в Челябинской области [2]. Площадь города равна 392,35 км 2 . Магнитогорск постоянно включается в приоритетный список городов Российской Федерации с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха по бенз(а)пирену, диоксиду азота, сероуглероду, фенолу (соответствует зоне чрезвычайной экологической ситуации).

Отбор проб. Пробы почвы отбирали на однотипно загрязненных участках (биотопах), таких как: придорожные газоны на разном удалении (1 м и 5 м) от дорожного полотна, под деревьями на участках широколиственного леса и на тропинках, а также на участке злаково- разнотравного луга городского Парка Ветеранов, а также на пустыре вблизи ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод» (МЦЗ). Были выбраны участки с гомогенной высшей растительностью. Размер пробных площадок составлял от 25 до 50 м

2 . Отбирали по одной смешанной почвенной пробе, состоящей из 5 почвенных монолитов размером 5х5х5 см, классическими методами [10]. В целом на территории г. Магнитогорск было отобрано 11 почвенных проб, из них пробы №1, 2, 3 на газонах вдоль дорог на расстоянии 1 м от дорожного полотна, пробы №4, 5, 6 на газонах вдоль дорог на расстоянии 5 м от дорожного полотна, пробы №7, 8, 9 в городском Парке Ветеранов, пробы №10, 11 на пустыре возле Магнитогорского цементного завода. Характеристика тест-объекта. Нoстoк (Nostoc sp.) – имеет слоевища желатиновые, аморфной или сферической формы, а затем нерегулярно сферические. Оболочки вокруг трихом присутствуют, но видно их обычно только на периферии колонии. Нити в колонии нерегулярно свернуты, иногда более собраны в периферийном слое. Трихомы одинаковой ширины по всей длине, клетки цилиндрические, бочкообразные до почти сферической формы. Гетероцисты одиночные. Нoстoк относится к пpoкapиoтaм, т.к. в клетках нет обособленного ядра. Встречается в воде, почве [1].

Методика.

Одну часть почвы (по объему) заливали четырьмя частями водопроводной воды, взбалтывали в течение 15-20 мин, затем выдерживали в течение суток. Суспензию отфильтровывали через бумажный складчатый фильтр, разливали по колбочкам (50 мл). Далее брали стерильные чашки Петри по одной на каждую пробу и одну для контроля, выкладывали на дно чашек фильтровальную бумагу, смачивали почвенной вытяжкой в объеме 1 мл, затем вносили небольшое количество тест-культуры. Контролем служила питательная среда Z-8. Тест-культура была выращена на агаризированной питательной среде Z-8 в чашке Петри. Для проведения эксперимента с помощью стерильной препоравальной иглы вырезали агаровую пластинку с культурой Nostoc sp. размером 2х2 мм. В одну чашку Пeтpи помещают пять кусочков агаровой пластинки с культурой Nostoc sp. – один в центр, четыре по периферии. Все работы проводятся с соблюдением правил стерильности. Чашки Петри закрывают и инкубируют на люминостате при комнатной температуре. При подсыхании фильтровальную бумагу периодически смачивают почвенной вытяжкой той же пробы. Фильтровальную бумагу с контролем смачивают средой Z8. Просмотр начинают через 20 дней со дня постановки опыта. У каждой колонии измеряется не менее четырех диаметров с помощью линейки.

После проведения эксперимента рассчитывали индекс токсичности фактора по формуле [4]: ИТФ = О/К, где ИТФ – индекс токсичности фактора, О – среднее значение величины (диаметра колоний) в опыте, К – среднее значение величины в контроле. Класс токсичности определяли по шкале токсичности [4]. Для статистической обработки результатов рассчитывали [3, 10]: М – среднюю арифметическую,  – среднее квадратическое отклонение (сигма), mM – ошибку средней арифметической, V – коэффициент вариации, t в – критерий достоверности разницы. Критерий достоверности разницы сравнивали со стандартными значениями критериев, которые определяли по таблице Стьюдента с учетом заданного уровня значимости (не менее Р = 0,95) и объема выборки.

Результаты.

По результатам эксперимента составили таблицу величин ИТФ (табл.) почвенных проб на территории г. Магнитогорск по отношению к цианобактерии Nostoc sp. Значения ИТФ почвы колебались в пределах от 0,19 до 0,38 (в среднем 0,30), что соответствует классу высокой токсичности и проявляется в снижении величины тест-функции в опыте по сравнению с контролем.

Сравнивая полученные значения критерия достоверности разницы с табличными, можно сказать, что во всех случаях опыт достоверно отличается от контроля при заданной доверительной вероятности Р=0,999.

Наиболее токсичными по отношению к Nostoc sp. являлись пробы, отобранные на городских газонах на расстоянии 1 м от дорожного полотна (диаграмма). Токсичность остальных проб была примерно на одном уровне. Высокую токсичность снежного и почвенного покрова территории Аши (Челябинская обл.), города с развитой металлургической промышленностью, по отношению к цианобактериям наблюдали в период с 2002 по 2006 г. [9].

Выводы

1. Разработана методика биотестирования для оценки токсичности почвенного покрова городских территорий с использованием цианобактерии Nostoc sp. Данная методика проста в применении и не требует дорогостоящего оборудования и возможно ее использование при оценке токсичности почвы.

2. Nostoc sp. является чувствительным тест-объектом по отношению к почвенной вытяжке. Разработанная методика не требует значительных временных затрат и может использоваться при экспресс-оценки токсичности почвы больших территорий в целях ранней диагностики экологических нарушений.

3. Пoчвeнные пpoбы территории г.Магнитогорск характеризуются высоким уpoвнем тoксичнoсти пo oтнoшeнию к Nostoc sp. Нaибoльшeй тoксичнoстью oблaдaли пpoбы, oтoбpaнныe нa газонах автомобильных дорог на расстоянии 1 метра от дорожного полотна.

4. Основываясь на результаты проведенных исследований, можно сделать рекомендацию по замене почвы на старых придорожных газонах, т.к. они являются наиболее токсичными.

Источники литературы

1. Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И. Синезеленые водоросли. М.: Советская наука, 1953. 651 с.

2. Города России: энциклопедия/ Под ред. Лаппо Г.М. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. 295 с.

3. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1984. 424 с.

4. Кабиров Р.Р. Альготестирование и альгоиндикация (методические аспекты, практическое использование)/ Уфа: Башк. пед-т, 1995. 124 с.

5. Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городских территорий// Экология, 1997. №3. С.218-220.

6. Кабиров Р.Р., Суханова Н.В., Хайбуллина Л.С. Оценка токсичности атмосферного воздуха с помощью микроскопических водорослей// Экология, 2000. №3. С.231-232.

7. Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения// Методы биотестирования вод. Черноголовка: ОИФХ, 1988. С. 4-12.

8. Патин С.А. Биотестирование как метод изучения и предотвращения загрязнения водоемов//Биотестирование природных и сточных вод. М.: Наука, 1981. С.7-16.

9. Суханова Н.В., Едренкин В.А. Об использовании микроскопических водорослей и цианобактерий в целях мониторинга снежного покрова городских территорий. Мат-лы I Всероссийской научно-практической конференции «Альгологические исследования: современное состояние и перспективы на будущее», Уфа: Изд-во БГПУ, 2006.

10. Хазиев Ф.Х., Кабиров Р.Р. Количественные методы почвенно-альгологических исследований. Уфа: БФАН СССР, 1986. 172 с.