БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДЫ И СНЕЖНОГО ПОКРОВА НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор загрязнения окружающей среды. Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др., накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их [1].

Анализ качества снежного покрова позволяет оценить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды.

Проанализировав снег на определённой территории, можно сделать вывод о чистоте и экологическом состоянии атмосферного воздуха, поверхностного слоя почвы и близлежащих водоёмов, так как это компоненты природных экосистем. Они тесно взаимосвязаны между собой и нарушение в одном из них ведёт к нарушению деятельности всего биогеоценоза, что в свою очередь приводит к негативным последствиям, влияющим на здоровье самого человека.

Основным и главным источником загрязнения окружающей среды в Бирске является автомобильный транспорт, так как в городе отсутствуют предприятия, оказывающие вредное воздействие на окружающую среду. Сажа, соединения свинца, оксиды серы, азота, углерода и другие соединения в составе выхлопных газов от автомобилей поднимаются в воздух, а затем оседают на поверхность снежного покрова.

Применение этилированного бензина, содержащего в своём составе соединения свинца, вызывает загрязнение воздуха токсичными его соединениями.

Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами. Из них 30 % оседает на снег сразу, а 40 % остаётся в атмосфере и оседает постепенно. Один грузовой автомобиль средней грузоподъёмности выделяет 2,5—3 кг свинца в год [4].

Одним из источников загрязнения водоёмов являются паводковые воды. При таянии снега, все примеси и токсичные вещества, находящиеся в толще снежной массы, вместе с потоками воды смываются в низины, овраги или водоёмы. Нерастворимые в воде частицы попадают в водоём и чаще всего оседают на дно. Если данные примеси неорганические (песок, глина), то они способствуют заилению водоёма и постепенному его зарастанию. Так как такие примеси чаще всего оседают на дно по краям, постепенно уменьшая площадь стока воды, образуя субстрат для заселения его живыми организмами. Примеси органического происхождения вызывают «цветение» воды, увеличивают окислительные процессы, тем самым уменьшая количество кислорода в воде. Что плохо отражается на водных обитателях. Загрязнение воды тяжёлыми металлами так же приводит к негативным последствиям. По цепям питания ядовитые вещества могут, в конечном итоге, попасть в организм человека.

Одним из видов анализа снежного покрова является биотестирование (процедура установления токсичности среды с помощью тест — объектов, сигнализирующих об опасности, независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест — объектов) [2].

Для анализа снега данным методом использовалась методика «Исследование снега методом биотестирования» [3].

Оборудование:

·     одинаковые по размеру семена двух сортов огурцов;

·     чашки Петри;

·     стерильная вата;

·     пробы воды (дистиллированная, родниковая, водопроводная вода).

Ход работы

1.  Взято по 2 пробы воды трех различных типов (дистиллированная, родниковая, водопроводная).

2.  Подготовлено 6 чашек Петри для опытов.

3.  Использованы семена огурцов 2 сортов: — «Корнишон» и «Нежинские» по 2 штуки, которые были помещены в подготовленные чашки и налит одинаковый объём воды, с указанием пробы воды и варианта (табл. 1)

Таблица 1.

Вариант и тип воды

4.  Приготовленные чашки Петри были помещены на освещенное окно.

5.  Ежедневно проводились наблюдения в течение 10 дней за прорастанием семян, результаты наблюдений представлены на (рис.1).

Результаты исследования

Проанализировав все данные, полученные в результате проведенного исследования, выяснили, что самой благоприятной средой для выращивания семян является дистиллированная вода (вариант № 1).

Рисунок 1. Влияние воды на прорастание семян огурцов и длину корешков

В ходе эксперимента выяснилось:

·     что самой благоприятной из представленных типов воды является — дистиллированная из-за отсутствия в ней солей, различных примесей;

·     родниковая вода — как талый снег содержит загрязнения, примеси и соли, которые тормозят прорастание семян;

·     водопроводная вода, очищенная от загрязнения методом озонирования, ещё хуже влияет на прорастание семян.

По результатам эксперимента стало ясно, что в снеге (взятым как элемент родниковой воды) по сравнению с дистиллированной и водопроводной водой содержится определенное количество примесей и загрязнений, которые мешают плодотворному прорастанию семян [5].

Следующий этап работы заключался в изучении возможности применения зерен пшеницы в качестве биоиндикатора для оценки фитотоксичности талых вод, содержащих тяжелые металлы.

В зернах пшеницы содержится большое количество полезных соединений и витаминов. Среди них: кальций, хром, медь, селен, кремний, цинк, йод, железо, фолиевая кислота.

Во время прорастания пшеницы содержание в ней всех вышеперечисленных составляющих увеличивается во много раз. Они переходят в более активную форму для снабжения ростка жизненными силами. Кроме того, возникает синергетический эффект, который проявляется во влиянии полезных соединений друг на друга. В результате активность и сила пророщенной пшеницы возрастает.

Показателем изменения морфометрических параметров служила длина корешков пророщенных зерен пшеницы в чашках Петри на марлевой ткани. Зерна проращивались в темном месте при комнатной температуре. В ходе эксперимента были заложены опыты с использованием талых вод различных источников:

1 — дистиллированная (стандарт);

2 — талая вода (проба снежного покрова была взята у оживленного перекрестка на ул. Мира);

3 — талая вода (проба снежного покрова была взята у трассы Р-315, находящейся рядом с полем);

4 — талая вода (проба снежного покрова была взята на чистом поле);

5 — ключевая вода из источника Солянка.

Образцы зерен с использованием дистиллированной воды дали наилучшие результаты. Проростки были видны в довольно ранний срок, по сравнению с другими образцами, длина корешков составила 1,5 см. Наблюдалось 100 %-е прорастание зерен.

Несколько хуже прорастание зерен наблюдалось в пробе, взятой из источника — Солянки. Длина корешков составила 1 см. Вода, взятая из источника, содержит много макро- и микроэлементов, которые благотворно влияют на организмы.

Хуже всего на прорастание зерен повлияла проба, взятая с перекрестка на улице Мира. На данном участке снежный покров содержит соли кадмия и других тяжелых металлов вследствие большой оживленности транспортного движения. Итоговые результаты биотестирования представлены на (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние воды на время, прорастание и длину корешков

семян пшеницы

Проанализировав полученные результаты, можно сделать соответствующие выводы:

·     биотестирование показало возможность применения зерен пшеницы для оценки качества вод;

·     полученные данные показали, что более пагубное влияние на прорастание зерен оказывают соли тяжелых металлов;

·     пробы, взятые с минеральных источников, оказывают положительное влияние на прорастание зерен [6].

Определить содержание тяжелых металлов в снеге можно с помощью метода тонкослойной хроматографии (ТСХ). Это один из эффективных методов исследования, не требующий сложного оборудования и дефицитных реактивов, позволяющий обнаружить вещества в ничтожно малых количествах (0,1—0,005 мкг).

Пробы снега для исследования были взяты со всей глубины снежного покрова. Растопленный снег подкисляют азотной кислотой и упаривают с 1 л до 3 мл. Пробы почвы отбирают на глубину до 10 см, так как именно в верхнем горизонте почвы накапливаются тяжелые металлы. Сухую измельченную почву массой 10 г заливают 50 мл 1 М раствора азотной кислоты и оставляют на сутки, затем смесь фильтруют и упаривают фильтрат до 3 мл.

Суть метода ТСХ заключается в разделении сложных смесей веществ на индивидуальные соединения за счет различий в сорбируемости в тонком слое сорбента. Для этого используют силуфоловые пластинки, представляющие собой закрепленный слой силикагеля с крахмалом, нанесенный на алюминиевую фольгу.

На вырезанной пластинке размером 3х7 см отмечают линию старта, на которую с помощью капилляров наносится анализируемая смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещают в стакан с элюентом (н-бутанол, дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе рН = 3).

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемую смесь, компоненты которой перемещаются с различными скоростями, и в слое сорбента происходит их разделение. Через 15—20 мин, когда растворитель достигает линии финиша, вынимают хроматограмму.

Для обнаружения ионов металлов опрыскивают хроматограмму из пульверизатора растворами реагентов, дающих цветные реакции с анализируемыми веществами. Обнаружение ионов Pb²⁺ проводят раствором йодистого калия; ионов Fe³⁺ — раствором гексацианоферрата (II) калия. При этом появляются окрашенные пятна (желтое, берлинской лазури соответственно). По высоте пятна на хроматограмме проводят количественное сравнение анализируемых ионов тяжелых металлов [7].

Во многих городах России, в том числе и в Бирске, до сих пор применяют этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец. В связи с этим объектами исследования были выбраны крупные автодороги результаты представлены на (рис. 3).

Рисунок 3. Содержание ионов Pb²⁺ и Fe³⁺ в снежном покрове г. Бирска

Анализ проб снега показал:

·     присутствие ионов свинца (входит в состав этилированного бензина), его содержание зависит от интенсивности автомобильного потока;

·     наличие ионов железа в снеге свидетельствует о техногенном загрязнении почвы.

Пробы снега в парке, взятые примерно в 100 м от автодороги, также показали значительное содержание свинца. Это подтвердило известные данные о том, что ширина придорожных аномалий свинца сильно варьирует и может достигать 100 м.

Наши наблюдения (рис. 3) показали, что сельскохозяйственные угодья, располагающиеся на расстоянии 20 м от автострад, свидетельствуют о том, что часть культур подвергается свинцовому отравлению. Следовательно, по трофическим цепям загрязненная продукция может попадать в организм человека и быть причиной отравления свинцом [7].

В последнее время в г. Бирске возросла интенсивность загрязнения атмосферы и почвы города тяжелыми металлами, в первую очередь свинцом, из-за выбросов двигателей автомобилей. Для того, чтобы уменьшить вероятность загрязнения сельскохозяйственных культур ионами свинца, необходимо располагать посевы на расстоянии не менее 300 м от автострад.

Список литературы:

1.            Валетдинов Р.К., Горшкова А.Т., Валетдинов А.Р. Эколого-геохимическая оценка загрязненности снежного покрова тяжелыми металлами. //Вестник ТО РЭА. — 2004. — № 2. — С. 43—46.

2.            Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения // Методы биотестирования вод. — Черноголовка, 1988. — С. 4—14.

3.            Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9—11 кл.: Школьный практикум. — М.: Гуманит. Изд.центр ВЛАДОС, 2001. — 112 с.:ил.

4.            МОУ Николо-Урюпинская основная общеобразовательная школа исследовательский проект« Экологические проблемы Красногорья»

5.            Нифантьев Э.Е. и др. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии: Кн. для учителя. — М.: Просвещение, 1983.

6.            Хазимуллина Ю.З. Биологическая оценка вод, содержащих ионы тяжелых металлов// Материалы 16 международной экологической студенческой конференции — Новосибирск, 2011.

7.            Хазимуллина Ю.З. Определение тяжелых металлов в снежном покрове методом тонкослойной хроматографии // Материалы 17 международной экологической студенческой конференции — Новосибирск, 2012