ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЕННЫХ ВЫТЯЖЕК ПО КРИТЕРИЯМ ВЫЖИВАЕМОСТИ И ПЛОДОВИТОСТИ ТЕСТ-ОБЪЕКТОВ

Александрова В.В.¹, Иванов В.Б.², Юмагулова Э.Р.³, Усманов И.Ю.⁴, Чибриков О.В.⁵

¹Кандидат биологических наук, ²кандидат педагогических наук, ³кандидат биологических наук, ⁴доктор биологических наук, ⁵ магистр, Нижневартовский государственный университет.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-44-00028

 ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЕННЫХ ВЫТЯЖЕК ПО КРИТЕРИЯМ ВЫЖИВАЕМОСТИ И ПЛОДОВИТОСТИ ТЕСТ-ОБЪЕКТОВ

 Аннотация

Исследовалась корреляционная зависимость влияния химических веществ почвенных вытяжек  на токсичность для тест-объектов Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate по критериям выживаемости и плодовитости, на десяти участках загрязненных пластовой высокоминерализованной водой на территории месторождений Нижневартовского района, с давностью разлива от 1 года до 10 лет.

Ключевые слова: биотестирование, тест-объекты, Ceriodaphnia аffinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate.

 

Aleksandrova V. V. ¹, Ivanov V.B. ², Yumagulova E.R.³, Usmanov I.Yu.⁴, Chibrikov O.V.⁵

¹ PhD in Biology, ² PhD in Pedagogy, ³ PhD in Biology,  ⁴ PhD in Biology, ⁵ Master, Nizhnevartovsk State University.

ASSESSMENT OF TOXICITY OF SOIL EXTRACTS BY CRITERIA OF SURVIVAL AND FERTILITIES OF TEST-OBJECTS

Abstract

Correlative dependence of influence of chemicals of soil extracts on toxicity for test-objects of Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate by criteria of survival and the fertility, on ten sites polluted by reservoir highly mineralized water in the territory of fields of the Nizhnevartovsk area with prescription of flood from 1 year to 10 years was investigated.

Keywords: biotesting, test-object, Ceriodaphnia аffinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate.

Цель данной работы заключалась в исследовании корреляционной зависимости влияния химических веществ почвенных вытяжек  на токсичность для тест-объектов Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate по критериям выживаемости и плодовитости.

Объекты и методы исследования

Для исследования токсичности почв было выбрано 10 участков загрязненных пластовой высокоминерализованной водой на территории месторождений Нижневартовского района, с давностью разлива от 1 года до  10 лет. Участки расположены на территории верховых болот (грядово-мочажинный сосново-кустарничково-сфагновый комплекс).

Пробоотбор проводили по равномерной случайно-упорядоченной сетке, на разных глубинах – 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см. В качестве контроля были отобраны пробы почв природного парка «Сибирские Увалы». Отбор проб почвы, воды, биотестирование, приготовление почвенных вытяжек производился по стандартным методикам, рН определялся рН – метром, массовую концентрацию сухого остатка (мг/л) проводили гравиметрическим методом [2, 3, 4,5].

Исследовалась корреляционная зависимость уровня выживаемости  и плодовитости тест-объектов Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate с содержанием минеральных элементов в сухом остатке почвенных вытяжек, рН почвенных вытяжек.

Каждая проба воды содержит комплекс химических веществ, а их химический анализ отражает количественные характеристики пробы, которые используются для определения опасности для живых организмов. Биологические тесты отражают качественные характеристики проб воды, однако реакция биологических объектов специфична к определенным компонентам общего комплекса загрязнителей. Для тестирования токсичности главное требование -  чувст­вительность тест-объектов, кроме того, для достоверности результатов рекомендуется использовать несколько тест-объектов, в связи с чем, для определения уровня чувствительности к загрязненности почв пластовой высокоминерализованной водой, посредством почвенных вытяжек, использовались следующие тест-объекты  Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate [1]. Указанные тест-объекты  отвечают целому ряду требований: доступность в природе, простота лабораторного содержания и высокий темп размножения, небольшой, но в тоже время достаточный для визуального наблюдения размер животного.

Результаты и обсуждение

Рис. 1. Содержание сухого остатка  минеральных элементов в почвенных вытяжках исследуемых участков, мг/л

Содержание минеральных веществ в сухом остатке в первые три года после разлива пластовой высокоминерализованной воды на территориях месторождений нефти сконцентрировано в поверхностном слое почвы на глубине до  10 см -  2,52- 4,672 мг/л. В течение последующих лет происходит миграция элементов в более глубокие слои почвы глубиной до 20 см, в старых разливах, 9-10 лет, наибольшая концентрация наблюдается на глубине  от 20 до 30 см – 3,11– 5,541 мг/л. Содержание сухого остатка  минеральных элементов в почвенных вытяжках на всех экспериментальных участках превышало контрольные показатели.

Рис. 2 Показатель рН водной вытяжки в исследованных участках

Исследование рН почвенных вытяжек показали влияние пластовой высокоминерализованной воды на изменение рН среды почвы, на 6 исследованных участках из 10 отмечается подкисление почвы пластовыми высокоминерализованными водами, образующимися в процессе добычи нефти, в сравнении с контрольными показателями 6,04-6,08. На участке №1, №8, №9, на глубине от 0 до 30 см, рН почвы превышал контрольный показатель, в точке №8, №9 на глубине 10-20 см рН=7, среда характеризуется как нейтральная. Среда на участках с давностью разлива 3-5 лет, кислая, показатель рН на всех глубинах отбора проб в пределах 5.  Показатель рН на участках 7-9, с давностью разлива до 10 лет, не устойчивый и колеблется от 4,08 до 7,18, в целом анализ результатов на указанных участках говорит о тенденции нормализации рН среды и перехода от кислой среды к нейтральной за десятилетний период.

Рис. 3 Выживаемость (%) Ceriodaphnia affinis в тестируемых почвенных вытяжках

Пробы почв по критерию выживаемости Ceriodaphnia affinis, характеризуются как остро токсичные, если регистрируется смертность 50% и более особей в сравнении с контролем, согласно этому, остро токсичными являются пробы отобранные с участков №4, №5, №6, на глубине от 0 до 30 см., участков №2, №3, №9 на глубине  0-10 см., участков №2, №7, №8 на глубине 20-30 см. Не обладают токсичностью, не зависимо от глубины забора пробы, почвенные вытяжки из проб почвы исследуемого участка №1. Не обладают токсичностью пробы, отобранные на глубине 10-20 см., на участках №2, №7, №8, №9, а на глубине 20-30 см, участки №3, №9. В целом, наибольшей токсичностью обладают почвы с давностью разлива пластовой высокоминерализованной воды 3-5 лет.

Рис. 4 Выживаемость (%) Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate, в тестируемых почвенных вытяжках

Для определения «слабого звена» из батарей биотестов Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna, Poecilia reticulate, по критерию выживаемости, в водных вытяжках почв загрязненных пластовой высокоминерализованной водой,  использовались пробы отобранный на глубине 10-20 см, участков 1-9. Биотест Daphnia magna оказался самым чувствительным к загрязнению, по критерию выживаемости, в 95% тестов выживаемость Daphnia magna были ниже, уровня выживаемости Ceriodaphnia affinis  и  Poecilia reticulate. Динамика реакции Daphnia magna схожа с динамикой реакции Ceriodaphnia affinis, уровень выживаемости Poecilia reticulate, отличается значительно, что объясняется родством Ceriodaphnia affinis и Daphnia magna. Уровень выживаемости Poecilia reticulate в пробах с участков №3, №6 составил 60%, в пробе №5 80%, в остальных случаях, выживаемость составила 100%.

Коэффицент корреляции Спирмена (ρ), между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, в точках отбора проб с давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды 1 год на глубине разлива до 10 см составил  - 0,625, что свидетельствует о наличии обратной связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока. На глубине разлива до 20 см составил   0,500, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока. На глубине разлива до 30 см коэффицент корреляции Спирмена составил   - 0,500, что свидетельствует о наличии обратной связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока.

Коэффицент корреляции Спирмена (ρ), между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, в точках отбора проб с давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды 3-5 лет на глубине отбора проб от 10 см до 30 см составил   0,500, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока.

Коэффицент корреляции Спирмена (ρ), между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, в точках отбора проб с давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды 10 лет на глубине разлива до 10 см составил  0,500, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока. Как на глубине разлива 20 см., так и на глубине  30 см. коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил   0,875, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и тесноте связи по шкале Чеддока - высокой.

Коэффицент корреляции Спирмена (ρ), между рН почвенной вытяжки и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, в точках отбора проб с давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды 1 год на глубине разлива до 10 см составил   0,875, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и тесноте связи по шкале Чеддока - высокой. На глубине разлива до 20 см. и до 30 см., так же как на участках с давностью разливов 3-5 лет, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил   0,500, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока.

Коэффицент корреляции Спирмена (ρ), между рН почвенной вытяжки и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, в точках отбора проб с давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды 10 лет на глубине разлива до 10 см составил   -0,500, что свидетельствует о наличии обратной связи между исследуемыми признаками и тесноте связи по шкале Чеддока - высокой. На глубине разлива до 20 см., коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  - 0,625, что свидетельствует о наличии обратной связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока, на глубине до 30 см. 0,875, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и заметной тесноте связи по шкале Чеддока.

В точках отбора проб с разной давностью разливов (от 1 года до 10 лет) на глубине разлива до 10 см между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  - 0,121, между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Daphnia magna, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  - 0,250, между содержанием минеральных элементов в сухом остатке и уровнем выживаемости Poecilia reticulate, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  - 0,087, что свидетельствует о наличии обратной связи между исследуемыми признаками и слабой тесноте связи по шкале Чеддока.

В точках отбора проб с разной давностью разливов пластовой высокоминерализованной воды (от 1 года до 10 лет) на глубине разлива до 10 см между рН почвенной вытяжки и уровнем выживаемости Ceriodaphnia affinis, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  0,338, между рН почвенной вытяжки и уровнем выживаемости Daphnia magna, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  0,350, между рН почвенной вытяжки и уровнем выживаемости Poecilia reticulate, коэффицент корреляции Спирмена (ρ), составил  0,404, что свидетельствует о наличии прямой связи между исследуемыми признаками и тесноте связи по шкале Чеддока умеренной.

Рис.5 Влияние железа на плодовитость C. аffinis

Концентрация железа в исследуемых пробах воды, отобранных из природных водных объектов Нижневартовского района, лежала в диапазоне от 0,66 до 7,19 мг/л, ПДК железа для исследуемых водных объектов составляет - 0,1мг/л. Корреляционная зависимость между количеством железа в пробе воды и уровнем плодовитости C. аffinis составила - 0,528.

Концентрация марганца в исследуемых пробах воды лежала в диапазоне от 0,056 до 0,4 мг/л, ПДК марганца для исследуемых водных объектов составляет - 0,01мг/л. Корреляционная зависимость между количеством марганца в пробе воды и уровнем плодовитости C. аffinis составила - 0,310.

Рис.6 Влияние марганца на плодовитость C. аffinis

Плодовитость тест-объекта C. аffinis в пробах отрицательно коррелирует как с концентрациями железа, так и с концентрациями марганца. Плодовитость тест-объекта C. аffinis в пробах воды в 36% случаев превышала плодовитость контрольной группы.

Литература

1. Александрова В.В., Биотестирование как современный метод оценки токсичности природных и сточных вод: Монография. – Нижневартовск: Изд-во Нижневарт.гос. ун-та, 2013.-119 с.
2. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб водных объектов для анализа на загрязненность. ГОСТ 17.1.5.04-81 - М., 1981. – С.12.
3. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и  подготовки проб  для   химического, бактериологического, гельминтологического анализа. ГОСТ 17. 4.4.02—84- М., 1986.
4. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. ГОСТ 17.4.3.01-83. - М., 2004.
5. ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.4-99. Токсикологические методы контроля. Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости цериодафний. - М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. – С. 31.

 

References

1. Aleksandrova V.V., Biotestirovanie kak sovremennyj metod ocenki toksichnosti prirodnyh i stochnyh vod: Monografija. – Nizhnevartovsk: Izd-vo Nizhnevart.gos. un-ta, 2013.-119 s.
2. Ohrana prirody. Gidrosfera. Obshhie trebovanija k otboru prob vodnyh ob#ektov dlja analiza na zagrjaznennost'. GOST 17.1.5.04-81 - M., 1981. – S.12.
3. Ohrana prirody. Pochvy. Metody otbora i  podgotovki prob  dlja   himicheskogo, bakteriologicheskogo, gel'mintologicheskogo analiza. GOST 17. 4.4.02—84- M., 1986.
4. Ohrana prirody. Pochvy. Obshhie trebovanija k otboru prob. GOST 17.4.3.01-83. - M., 2004.
5. PND F T 14.1:2:3:4.4-99. Toksikologicheskie metody kontrolja. Metodika opredelenija toksichnosti vody po smertnosti i izmeneniju plodovitosti ceriodafnij. - M.: Gosudarstvennyj komitet RF po ohrane okruzhajushhej sredy, 1999. – S. 31.