Русское географическое общество

Воронежский государственный университет

Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области

Медико-экологический атлас города Воронежа

 

На главную

страницу

Содержание

атласа

Биотестирование состояния почвенного покрова города Воронежа

(описание к картам 23-25)

 

Фитотоксичность является одним из наиболее информативных показателей оценки суммарного техногенного загрязнения. С помощью данного метода можно выявить токсичное действие загрязняющих веществ или стимулирующее влияние, активизирующее развитие тест-культур. Для оценки степени загрязнения почвенного покрова нами использованы следующие растения-индикаторы: кресс-салат (Lepidium sativum) и овес посевной (Avena sativa). Биологические тесты на прорастание семян успешно применяются для установления воздействия различных физиологически активных веществ. В качестве биотестов использовали однодольное и двудольное растения, по которым следили за морфологическими изменениями качественных показателей под влиянием действия поллютантов: энергии прорастания, всхожести семян, длины главного корня, длины проростка, общей биомассы [1].

Исследования загрязненности почвы с помощью растений-индикаторов в 2014-2018 г. на проростках кресс-салата (Lepidium sativum) и овса посевного (Avena sativa) показали, что почвенный покров в промышленной и транспортных зонах города подвержен сильному загрязнению, что подтверждается высоким уровнем фитотоксичности. Определение фитотоксичности почвы в жилой зоне показало, что она находится на уровне 40%, что свидетельствует о среднем (умеренном) уровне загрязнения.

Для образцов почвы, отобранных в зонах рекреации и фоновых участках, характерны высокая всхожесть и хорошее развитие проростков овса и кресс-салата Почвенный покров в этих зонах не подвержен существенному загрязнению. Напротив, в образцах почв из промышленной и транспортной зон города отмечалось сокращение длины корневой системы. Проростки растений на этих образцах почвы были тонкие и короткие.

Загрязнение нефтепродуктами и тяжелыми металлами, по-видимому, привело к резкому снижению таких качественных показателей тест-объектов как всхожесть, рост и развитие проростков.

По результатам исследований овес посевной (Avena sativa) оказался более чувствительным к техногенному загрязнению; напротив, кресс-салат (Lepidium sativum) является более выносливым видом, т.к. отмечается хорошая всхожесть семян и небольшие деформации в процессе развития [1].

Повышенный уровень фитотоксического эффекта отмечался в зонах жилой современной многоэтажной застройки. Это обусловлено дефицитом мест для парковки автомобилей и использованием внутридворовых участков жилой зоны в качестве автомобильных стоянок, что приводит к загрязнению почв нефтепродуктами и тяжелыми металлами от выбросов автотранспорта в микрорайонах повышенной этажности.

Оценка уровня фитотоксического эффекта (ФЭ) показала, что фитотоксичность почв в транспортной зоне очень высокая и составляет около 70-80 %, а в некоторых точках достигает 100%. Сравнивая уровень ФЭ почвы в разных районах города, мы видим, что в зависимости от антропогенной нагрузки ФЭ городских почв изменяется в широком диапазоне: от 10-20% в парковой зоне до 50-60% в центре города и до 70-80% в промышленных зонах.

Слабое загрязнение почвенного покрова отмечается по результатам исследования в зоне рекреации. В зоне перспективной застройки отмечается средний уровень загрязнения почвенного покрова.

Энергия прорастания в образцах, отобранных в транспортной зоне города, снижена в 3-4 раза по сравнению с образцами, отобранными в зоне рекреации. Отмечено, что с увеличением техногенной нагрузки ухудшаются показатели роста и развития тест-растений. Происходит снижение темпа развития, уменьшается длина корневой системы. Корневая система проростков, выращенных на почве, отобранной в транспортной и промышленной зоне, развита более слабо, чем у проростков, выращенных на образцах почвы, взятых в других районах города. Длина корневой системы уменьшилась, а проростки здесь более тонкие и короткие. Так, длина главного корня в образцах из промышленной и транспортной зон города меньше в 2 раза по сравнению с фоном.

Результаты биотестирования уличного смета показали высокий уровень ФЭ для обоих тест-растений.

Нами было отмечено следующее: в большинстве образцов наблюдалась высокая всхожесть на 3-4 день, высокая длина стеблей, но на 6-7 день исследования отмечалась гибель тест-растений, а оставшаяся часть тест-растений была очень слабой. Эта особенность снова подтверждает тот факт, что высокое содержание тяжелых металлов провоцирует повышенный рост растений, но оказывает негативное влияние на рост и  развитие растений.

Причем, в верхних почвенных горизонтах наблюдаются максимальный рост и развитие растений, что обеспечивают следующие условия: низкая концентрация тяжелых металлов и благоприятные свойства почвенного покрова.

С глубиной отмечается изменение морфологических показателей: тест-растения становятся тонкими, невысокими. Но на уровне 150-160 см снова отмечаются высокие показатели всхожести и энергии прорастания. На этом уровне преобладает песчаная структура, что обеспечивает хорошую всхожесть и развитие растений.

Низкие уровни фитотоксического эффекта, а, следовательно, слабое загрязнение характерно для верхних горизонтов почвенного покрова до глубины примерно 40 см, на глубине 80-100 см отмечается высокое загрязнение и высокий уровень фитотоксичности, что подтверждается исследованиями на содержание тяжелых металлов. Именно на этой глубине отмечаются повышенные концентрации тяжелых металлов (Zn, Pb, Cr, Ni).

Результаты мониторинга почвенного покрова с применением методов биотестирования и картографирования позволили выделить районы с интенсивной техногенной нагрузкой и высоким уровнем загрязнения почвенного покрова. Так, неблагополучная ситуация отмечается в районах перспективной застройки в Отрадном и Шилово, а также в транспортной и промышленных зонах города. Зонами, подверженными экологическому риску, являются территория Масловской промышленной зоны, участки окружной дороги по ул. Антонова-Овсеенко, район Отрожки под влиянием  вагоноремонтного завода и транспортных потоков города. Наиболее неблагополучные внутригородские районы  по данным биотестирования - Левобережный, Ленинский и Железнодорожный. Данные результаты в целом согласуются с выводами, полученными в результате исследований почвенного покрова на нефтепродукты и тяжелые металлы [1].

Таким образом, можно сделать следующие выводы по результатам анализа биотестирования:

- среди исследуемых тест-культур в качестве растений-индикаторов /овес посевной (Avena sativa) и кресс-салат (Lepidium sativum)/ наиболее чувствительной к антропогенному загрязнению тест-культурой является овес посевной; 

- стрессовая реакция растений овса близка к прямо пропорциональной по отношению к степени воздействия: чем больше загрязнена среда, тем всхожесть меньше;

- ранняя диагностика степени загрязнения почв, использующая в качестве тест-системы проростки овса посевного, может успешно применяться для оперативной оценки влияния нефтепродуктов, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ на активность прорастания и развития тест-растений.

- повышение фитотоксичности тест-растения овса посевного происходит по мере увеличения антропогенной нагрузки в следующей последовательности: рекреационная зона < жилая зона < транспортная зона < промышленная зона. Территория промышленной зоны отличается наибольшим уровнем неблагоприятного техногенного воздействия.

Эффективным подходом для определения степени токсичности является использование методов токсикологического анализа  на примере тест-культуры «Хлорелла» (Chlorella vulgaris). Результаты исследования показали, что для почвенных образцов, отобранных в промышленной зоне, характерно в основном превышение критерия токсичности, что составляет в среднем 30-50%. Это стимулирует рост тест-культуры.

В ряде точек в промышленной зоне, напротив, отмечается подавление роста тест-культуры (ул. Землячки, 1; ул. Лебедева, 2).

Картографирование уровней относительной токсичности на тест-культуре «Chlorella vulgaris» по результатам мониторинга почвенного покрова показано:

- в образцах, отобранных в зонах перспективной застройки и жилой современной многоэтажной застройки, отмечена стимуляция роста-тест культуры (увеличение на 36-37%). В остальных функциональных зонах нами не выявлено высокого уровня относительной токсичности;

- в целом на территории города выделены следующие зоны с высоким уровнем относительной токсичности почвенного покрова: район перспективной застройки Шилово, Масловская промышленная зона, микрорайон Подгорное, а также территории, находящиеся под влиянием активных дорожных транспортных потоков (ул. 9 января, Московский проспект, проспект Революции, ул. Грамши и др.);

- исследование влияния уличного смета на уровень относительной токсичности показал, что высокий уровень загрязнения характерен для жилой зоны в центрально-исторической части города, т.к. отмечается подавление роста тест-объекта на 59%;

- опасный уровень загрязнения обеспечен за счет высокого уровня относительной токсичности в ряде точек, в которых наблюдается подавление тест-культуры на 58-87% (ул. Володарского, 60; ул. Депутатская, 12; ул. Ломоносова, 83). Следует также отметить, что именно в этих точках нами отмечены высокие уровни концентрации подвижной формы Zn   228-673 мг/кг;

- средний уровень загрязнения отмечен в зоне рекреации: происходит подавление тест-объекта на 40%. Стимуляция роста отмечена в точке №19 по ул. Грамши, 25 в транспортной зоне города, где происходит увеличение роста тест-культуры до 92% . Это, видимо, связано с интенсивным транспортным потоком на улице. Во многих точках зоны рекреации отмечено подавление тест-культуры до 59% (парк Динамо, ул. Дарвина, Петровская набережная). В этих точках отмечено повышенное содержание нефтепродуктов около 600-900 мг/кг.

В целом анализ показателей относительной токсичности на примере тест-культуры «Хлорелла» (Chlorella vulgaris) показал, что повышение токсичности происходит по мере увеличения автотранспортного воздействия в следующей последовательности: жилая зона < рекреационная зона < промышленная зона < транспортная зона. Территория транспортной зоны отличается наибольшим уровнем неблагоприятного техногенного воздействия.

Следует отметить, что о высоком уровне загрязнения свидетельствуют как подавление, так и стимуляция роста тест-культуры. Применение методов токсикологического анализа позволяет получать и анализировать необходимую дополнительную информацию о состоянии почв помимо оценки химического загрязнения почвенного покрова города.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Середа Л.О. Эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения почвенного покрова промышленных городов / Л.О. Середа, С.А. Куролап, Л.А. Яблонских. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2018. – 196 с.