Главная / Наука о пчелах / Биоиндикация

Биоиндикация мышьяковистого загрязнения на примере липы мелколистной (tilia cordata l.)

На территории Камбарского района Удмуртской Республики находится объект хранения химического оружия (ОУХХО). Люизит в количестве 6349т хранится там с 1953г. Люизит - смесь мышьякорганических соединений, получаемых из хлорида мышьяка (III) и ацетилена (а-, в- и у- люизиты). Существует реальная угроза попадания люизита в окружающую среду. Поэтому на данной территории существует необходимость проведения экологического мониторинга. Одной из составляющих биомониторинга является биоиндикация. Использование метода биоиндикации позволяет решать задачи экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять непосредственно.

Целью работы являлось проведение апробации липы мелколистной как индикатора мышьяковистого загрязнения. Для этого нами проведена серия экспериментов по общепринятой вегетационной методике. Тестируемым объектом выбрана липа мелколистная (Tilia cordata), которая в достаточно больших количествах произрастает вблизи ОУХХО. Мышьякорганические соединения в почве трансформируются до неорганических арсенатов и арсенитов, поэтому для моделирования мышьяковистого загрязнения был использован водный раствор арсенита кальция Ca3(AsO3)2, разлитый в различной концентрации кратно фону для Удмуртии. Оцениваемые параметры: доля сухих почек, доля почек с пятнами, доля черных точек на почках, доля увядших листьев, доля пожелтевших листьев (хлороз), изменение окраски ствола (рис. 1-6).

Рис. 1. Доля сухих почек (Ось Y-%, ось Х-дата)

Доля сухих почек

Из рис. 1 видно, что количество живых почек уменьшается пропорционально степени загрязнения. На контрольном образце живые почки остаются до конца эксперимента, в то время как в образцах с внесением мышьяка полное исчезновение живых почек наблюдается через 10 дней после начала эксперимента. В начале эксперимента, чем выше была концентрация мышьяка, тем больше появлялось сухих почек. К концу эксперимента процент сухих почек уменьшился: на сухих почках появлялись черные пятна, что оценивалось отдельно.

Рис. 2. Процент сухих почек с пятнами (Ось Y-%, ось X-дата)

Процент сухих почек с пятнами

Первые черные пятна появились на почках через неделю. Видно, что при первом появлении пятен, наибольшее их количество наблюдалось при концентрации в 40 фонов. Самый высокий процент почек с пятнами отмечен при концентрации 10 фонов. Это проявление двухфазного эффекта, присущего всем суперэкотоксикантам, при котором реакция на малую дозу может быть более заметна, чем на большую. К концу эксперимента доля почек с пятнами падает, так как многие почки целиком изменили окраску на чёрную. Появление первых черных почек произошло через 6 дней. Снова наибольшее их число было при самой высокой концентрации мышьяка в 40 фонов. К концу эксперимента некоторые почки отпали. Эта зависимость линейна, и может быть использована непосредственно при оперативном мониторинге в зоне влияния объекта.

Рис. 3. Процент черных почек (OcbY-%, осьХ-дата)

Процент черных почек

В ходе эксперимента была выявлена ступенчатая реакция почек на присутствие мышьяка:

  1. Усыхание почек.
  2. Появление черных пятен.
  3. Полное почернение почек.

В ходе опыта мы наблюдали не только за состоянием почек, но и за состоянием листьев (рис. 4-5). Листья отреагировали на присутствие мышьяка практически сразу. Через 6 дней не осталось ни одного живого листа. Из-за присутствия мышьяковистого загрязнения листья липы мелколистной стали увядать, а затем и желтеть. На них появился хлороз (бледные желтые пятна). На рис. 7 видно, что наибольший процент пожелтевших листьев наблюдается при концентрации в 20 фонов.

Рис. 4. Процент увядших зеленых листьев (ОсьY-%, осьX-дата)

Процент увядших зеленых листьев

Это также объясняется действием двухфазного эффекта. Первое появление на листьях хлороза отмечено через 6 дней после начала проведения опыта. В ходе эксперимента выяснилось, что на присутствие мышьяка реагируют не только почки и листья липы, но также наблюдаются изменения в окраске ствола.

Рис. 5. Процент пожелтевших листьев (ОсьY-%, осьX-дата)

Процент пожелтевших листьев

Выяснено, что при наличии мышьяковистого загрязнения, ствол липы начинает краснеть. Первые покраснения ствола отмечены через 6 дней после начала эксперимента при концентрациях 20 и 40 фонов. С течением времени ствол покраснел практически на всех тестируемых объектах. В ходе эксперимента также было отмечено появление на концах веток черных точек. К концу опыта ствол многих веток был сморщен.

Рис. 6. Изменение окраски ствола (Ось Y-%, ось Х-дата)

Изменение окраски ствола

Рис. 7. Карта биомониторинга района размещения ОУХХО по липе мелколистной

Как показал эксперимент, липа является хорошим биоиндикатором мышьяковистого загрязнения. Данные, полученные в лабораторных условия, подтверждены натурными исследованиями: на территории, прилежащей к ОУХХО, обнаружены: на листьях - хлороз, на почках - черные точки. Наблюдалось покраснение ствола у прикорневой поросли. В процессе исследования выявлено 3 сектора (рис. 7):

I. Встречаются многие признаки загрязнения: хлороз листьев, почернение почек, покраснение ствола;

II. Встречаются черные пятна на почках;

III. Признаки загрязнения не выявлены.

Для выявления практических преимуществ метода биоиндикации было проведено сравнение стоимости стандартного метода мониторинга, основанного на пробоотборе и последующем анализе проб фотометрическим методом и стоимости биоиндикации.

Фотометрический метод: 4911,85 руб.
Метод биоиндикации: 1882,8 руб.

При проведении фотометрического метода для принятия решения требуется несколько дней. С помощью нашего метода решение может быть принято в тот же день. Биоиндикация не требует специального оборудования, не требует затрат времени на лабораторные исследования. Необходим лишь выезд специалиста на место предполагаемого обследования. Биоиндикация является наиболее быстрым, дешевым и достаточно точным методом определения загрязненности почвы мышьяком. Биоиндикация загрязнений при помощи растений может быть еще одним из методов биомониторинга окружающей среды. Данный метод не требует больших капиталовложений, покупки дорогостоящего инструментария. Метод может являться дополнением к существующим аналитическим методам оценки качества среды.

Е.С. Шичаева. ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет