ЗООТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЁННЫХ МЕДЬЮ

ZOOTOXICITY OF COPPER-CONTAMINATED SOILS

Ekaterina Ionova

student, Department of Biology of Soil Science, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Alexandra Bordunos

student, Department of Biology of Soil Science, Orenburg State University,

Russian, Orenburg

Lyudmila Galaktionova

Scientific adviser, Ph.D. biol. Sciences, associate professor, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

Интенсивная сельскохозяйственная деятельность и стремительная индустриализация привели к накоплению различных загрязняющих веществ в окружающей среде, преимущественно — тяжёлых металлов. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является серьезной глобальной экологической проблемой, поскольку оно отрицательно влияет на рост растений и накапливается в плодах и семенах. Это также изменяет активность почвенных беспозвоночных.

ABSTRACT

Intensive agricultural activity and rapid industrialization have led to the accumulation of various pollutants in the environment, mainly heavy metals. Environmental pollution with heavy metals is a serious global environmental problem as it negatively affects plant growth and accumulates in fruits and seeds. It also alters the activity of soil invertebrates.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, зоотоксичность, почва, загрязнение, окружающая среда, биосфера.

Keywords: heavy metals, zootoxicity, soil, pollution, environment, biosphere.

Актуальность данной проблемы заключается в том, что на сегодняшний день тяжелые металлы находятся на втором месте по степени опасности, уступая пестицидам. В случае, если количество тяжелых металлов, поступающих в почву, продолжит расти, то данная проблема может стать гораздо более опасной, чем отходы атомных электростанций и микропластик. Тяжелые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и в почву, загрязняя ее [3].

Тяжёлые металлы могут поступать в почву из различных антропогенных источников, таких как металлические шахтные отходы, свалки, утилизированный бензин и свинцовые краски, применение удобрений на полях, навоз животных, пестициды, отходы сжигания угля, нефтепродукты, а также атмосферные осадки [1].

Медь является широко распространенным контоминатором в мире и в высоких концентрациях оказывает токсичное воздействие на живые организмы. Соли меди относятся ко II классу опасности. Физиологическая активность меди связана главным образом с ее включением в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов (дегидрогеназа, каталаза и пероксидаза) [2].

Наночастицы меди широко применяются в современных сельскохозяйственных системах для замены традиционных пестицидов, что неизбежно приводит к их накоплению в почвах. Нанопестициды на основе наночастиц оксида меди могут влиять на отдельные звенья азотного цикла почвы, например процесс денитрификации [6].

Наноразмерные частицы меди используются во многих антимикробных препаратах и в производстве. Они могут намеренно и случайно проникать в земную среду, включая почву [7].

Целью нашего исследования является изучение влияния меди на выживаемость дождевых червей (Eisenia foetida) в условиях модельного эксперимента.

В качестве объекта исследования были использованы черноземы типичные.

В качестве загрязнителя был использован нанопорошок оксида меди от производителя Plasmotherm (Россия, г. Красногорск). Порошок содержит не менее 99,8% масс оксидных фаз CuO и Cu₂O, имеет черную окраску, а среднеарифметический размер частиц 50-80 нм.

Почву загрязнили медью концентрацией: 0,5 ПДК, 1 ПДК и 2,5 ПДК, а во втором случае к существующим концентрациям добавили почвоулучшитель Reasil Soil Conditioner от производителя ООО «ЛайфФорс» в рекомендуемой производителем концентрации, а также были использованы образцы с контролем (ПУ и без ПУ) и фоном.

Для оценки токсичности загрязнения почв медью был проведен лабораторный опыт с использованием Eisenia foetida.

Дождевых червей (Eisenia foetida) выращивали в пластмассовых контейнерах (500 мл), находящихся в климатической камере при температуре 18-24°C и освещенности – 200–400 лк.

Биотестирование было проведено в пластмассовых ящиках размером 20х10 см и высотой 10 см. Почву поместили в ящики и увлажнили отстоянной водопроводной водой до влажности 75–85 %. В качестве контроля использовали почву, которая не содержит токсичные вещества [4].

Червей поместили в 19 пластмассовых контейнеров (в каждый контейнер по 10 червей) с почвой, загрязнённой различными концентрациями меди и наличием почвоулучшителя.

На протяжении 21 дня оценивали динамику их жизнедеятельности. В ходе эксперимента почву поливали проточной водой. По истечению 21 дня были выполнены подсчёты количества живых особей и проведены измерения их длины и массы.

В соответствии с изменением концентрации меди в почве менялось и её влияние на живые организмы.

Результаты оценки зоотоксичности черноземов типичных, загрязненных медью представлены ниже (рис. 1).

Еще более выраженный токсический эффект наблюдался при тестировании почв, загрязненных кадмием (Рис. 4). Все концентрации кадмия оказывали строе токсическое действие на водоросли, и эффект был тем сильнее, чем выше концентрация металла в почве.

Еще более выраженный токсический эффект наблюдался при тестировании почв, загрязненных кадмием (Рис. 4). Все концентрации кадмия оказывали острое токсическое действие на водоросли, и эффект был тем сильнее, чем выше концентрация металла в почве.

Рисунок 1. Зоотоксичность почв по отношению к Eisenia foetida

Благодаря проведённому исследованию, были получены данные о влиянии различных концентраций меди на выживаемость дождевых червей. Из диаграммы можно отметить, как различные концентрации меди влияют на выживаемость червей (Eisenia foetida). Влияние загрязнения почв медью описывается дозозависимым эффектом. Т.е. при увеличении концентрации меди наблюдается увеличение показателя зоотоксичности. Максимальный токсичный эффект для дождевых червей наблюдается в варианте загрязнения 2,5 ПДК, при которой зоотоксичность составила 70 %. При внесении почвоулучшителя на фоне загрязнения снижается зоотоксический эффект на 10 % в варианте 0,5 и 1 ПДК, а максимальный эффект наблюдается в дозе загрязнения 2,5 ПДК меди более, чем на 60 %.

В соответствии с изменением концентрации меди в почве менялось и её влияние на живые организмы. На рисунке 2 показано изменение массы червей до опыта и после него.

Рисунок 2. Изменение массы червей в загрязнённой почве

В работе Baoyi Lv показано, что внесение почвоулучшителя снижает миграционную способность и доступность тяжелых металлов, а дождевые черви также могут уменьшить их подвижность, увеличивая при этом долю стабильной фракции тяжелых металлов [5].

Что объясняет полученные нами результаты снижения токсичности меди, при внесении органического удобрения.

Таким образом, накопление почвой тяжёлых металлов может отрицательно сказаться на живых организмах, обитающих в ней. Из литературных данных известно, что по накоплению тяжелых металлов дождевые черви занимают лидирующую роль. В результате проведенного нами модельного эксперимента, можно сделать вывод о том, что загрязнение медью отрицательно сказывается на выживаемости дождевых червей. А внесения почвоулучшителя на фоне загрязнения снижает токсический эффект.

Список литературы:

1. Alloway B. J. Heavy Metals in Soils:book // B. J. Alloway – USA : Springer Science & Business Media, 1995. – 368 с.
2. Xie Y. Effect of Heavy Metals Pollution on Soil Microbial Diversity and Bermudagrass Genetic Variation //Y. Xie, J. Fan – Beijing: Graduate University of Chinese Academy of Sciences, 2016. – 42 с.
3. Демина Т. А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды / учебник Т. А. Демина. – М: АспектПресс, 2004 – 143 с.
4. 4. Гривко Е. В. Экология: актуальные направления : учеб.пособие / Е. В. Гривко, М. Ю. Глуховская. – О : ОГУ, 2014. - 394 с.
5. Lv B. Speciation and transformation of heavy metals during vermicomposting of animal manure // B. Lv, M. Xing, J. Yang - Bioresour Technol, 2016
6. Zhao S. Copper oxide nanoparticles inhibited denitrifying enzymes and electron transport system activities to influence soil denitrification and N₂O emission // S. Zhao, X. Su, Y. Wang, X. Yang – Chemosphere, 2020.
7. Anjum N. A, Nanoscale copper in the soil-plant system - toxicity and underlying potential mechanisms // V. Adam, R. Kizek, A. Duarte – EnvironRes, 2015.