Спосіб тестування забруднення грунтів кадмієм

Спосіб тестування забруднення ґрунтів кадмієм, який містить аналіз атипового поліморфізму структурних елементів рослини-індикатора та одержання висновків за даними обліку й статистичної обробки про наявність структурнотрансформуючого ефекту, а також застосування Корисна модель відноситься до ембріології рослинного організму, фітоіндикації, біомоніторингу, промислової ботаніки, екологічної анатомії та морфологи рослин, фітотоксикології, охорони генофонду рослин природної флори та може бути використана для тестування токсичного впливу високих рівнів кадмію на основі ідентифікування індукованого ним атипового поліморфізму ембріологічних та карпологічних елементів рослин, а також для визначення оптимальних концентрацій токсичного елементу - кадмію та прогнозування наслідків антропотехногенезу та токсикогенних трансформацій будови рослин природної флори індустріального регіону. Загальновідомо, що головний фактор, який визначає вміст Cd у ґрунтах, - це хімічний склад материнських порід. Фонові рівні кадмію в глобальних масштабах не перебільшують 0,5мг/кг, вищі значення свідчать про антропогенний вклад у накопичення елемента в поверхневому шарі фунтів 11-4]. Міграція кадмію у ґрунтах униз за профілем вірогідніша, ніж його накопичення у поверхневому горизонті, встановлене на практиці перевищення вмісту цього елементу пов'язується із забрудненням [1,2, 5, 6]. Відомий спосіб визначення ділянок забруднення навколишнього середовища, де здійснюють добір зразків гумусового горизонту ґрунту, аналіз зразків ґрунту за валовим вмістом важких металів та впроваджують добір проб домінуючого виду у складі флори, готують зразок рослинності для ви тест-системи за розробленою 10-бальною індикаторною шкалою, який відрізняється тим, що використовують ступінь прояву різноякісності будови елементів генеративної сфери рослини - карполого-ембріолопчного апарату, та додаткові, спеціально розроблені Індикаторні шкали за показниками гістоструктурної мінливості насінин та плодів Cichonum mtybus L, а саме показниками частоти стрівальності конічної форми сім'янки та товщини шару ендосперму, та за цими індексами визначають ступінь та специфіку забруднення ґрунтів кадмієм. значення рухливих форм важких металів шляхом проведення кислотної витяжки та визначення вмісту важких металів, далі визначають вміст хлорофілу у зразках рослинності та за умов збігу позитивних аномальних полів важких металів у ґрунтах і рослинності та негативних аномалій вмісту хлорофілу в рослинності визначають наявність зон різного ступеня деградації ділянок навколишнього середовища з подальшим будуванням карт екологічного стану навколишнього середовища [7]. Існує також спосіб пошуку корисних копалин та екологічних забруднень, де пошуковий зразок розподіляють на 4 фракції та здійснюють оцінку спрямованості пошуку рудного тіла або екологічного забруднення за пошуковими індикаторними ознаками, отриманими у результаті дослідження фракцій [8]. Спосіб біотестування води та ґрунту на забруднення полютантами [9] є варіантом методу оцінки фітотоксичності ґрунтів та води, які забруднено важкими металами, пестицидами та іншими полютантами. Оцінку проводять за кількістю померлих клітин листеців ряски після забарвлення їх спеціальним барвником. На основі отриманих результатів складають бонітировочну шкалу забруднень. У способі виявлення техногенного забруднення ґрунтів нікелем, міддю, цинком та свинцем [10] відбирають зразки ґрунтів, та отримують з них 0,1 N та 1N солянокислі витяжки, визначають в них накопичення нікелю, міді, цинку та свинцю та, якщо їх концентрація перебільшує гранично допустимі О) О) 00 о 10899 4 ності будови елементів генеративної сфери росзначення, судять про наявність техногенного залини - карполого-ембріологічного апарату та додабруднення ґрунтів. ткові, спеціально розроблені індикаторні шкали за Відомий також спосіб визначення техногенного показниками гістоструктурної мінливості насінин та забруднення ґрунтів та донних осадів металами плодів Cichorium intybus L, а саме показниками [11], де вимірюють характерний ступінь забрудчастоти стрівальності конічної форми сім'янки (КФ) нення параметру на фоновому та дослідному міста товщини шару ендосперму (ТЕ), та за цими інцях та визначають ступінь забруднення за їх співдексами визначають ступінь та специфіку забрудвідношенням, для чого вимірюють магнітну нення ґрунтів кадмієм. чутливість ґрунтів та донних осадів порівняних ділянок. Спосіб оснований на тому, що використовують ступінь прояву різноякісності будови елементів Також існує спосіб оцінки забруднення ґрунтів генеративної сфери рослини - карпологоважкими металами [12], де проводять облік водоембріологічного апарату та додаткові, спеціально розчинної форми важких металів, найбільш шкідрозроблені індикаторні шкали за показниками гіливої та небезпечної для здоров'я людини за умов стоструктурної мінливості насінин та плодів перевищення певних допустимих величин. Є також Cichorium intybus L, а саме показниками частоти і спосіб біоіндикації забруднення повітряного сестрівальності конічної форми сім'янки (КФ) та товредовища [13], де визначають резидентну стафіщини шару ендосперму (ТЕ), та за цими індексами лококову бактеріальну наявність у дітей молодшовизначають ступінь та специфіку забруднення ґруго шкільного віку, визначають співвідношення нтів кадмієм. контрольних до дослідних показників. Найбільш близьким за технічною сутністю і досягненням результату є спосіб визначення забруднення ґрунтів важкими металами [14], де для визначення віддалених та безпосередніх наслідків впливу факторів середовища, зокрема важких металів, використовують в якості тест-системи індекс атиповості за розробленою 10-бальною індикаторною шкалою для структурних елементів дрібних жилок листкових пластинок, а саме показники гетерогенності трахеальних елементів (ГТЕ) та деформованості термінальної флоеми (ДТФ), та за цими індексами визначають ступінь та специфіку забруднення ґрунтів важкими металами. Недоліками цього способу є мала достовірність при визначенні забруднення ґрунтів певним токсичним елементом, адже визначаються насамперед загальний сумаційний та інтегральний ефекти токсичних впливів важких металів, а не певні реакції рослинного організму на окремий чинник. В основу корисної моделі поставлена задача тестування забруднення ґрунтів саме кадмієм та поліпшення методів оцінки токсичних факторів навколишнього середовища за допомогою рослин природної флори на прикладі Cichoriurn intybus L, де обліку підлягають не впроваджені раніше показники змін будови карполого-ембрюлогічного апарату, а рослинні збори проводять як з об'єктів, які сформовані у штучних умовах, так і з рослин природних місцезростань з посиленим забрудненням ґрунтів кадмієм; та за рахунок цього використання способу дозволить більш точно встановлювати ступінь забруднення кадмієм в природних умовах, прогнозувати структурні трансформації рослин техногенних екотопів, оцінити специфіку забруднення міддю антропогенне змінених територій, проводити постійний та безперервний моніторинг навколишнього природного середовища. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб тестування забруднення ґрунтів кадмієм, який містить аналіз атипового поліморфізму структурних елементів рослини-індикатора та свідчення за даними обліку й статистичної обробки про наявність структурно трансформуючого ефекту, а також застосування тест-системи за розробленою 10-бальною індикаторною шкалою, згідно корисній моделі використовують ступінь прояву різноякіс Термінологічний апарат з'ясовано за літературними джерелами [15-19]. Приклад Вказаний спосіб визначення забруднення ґрунтів кадмієм було проведено на рослині Cichonum intybus L, що вирощували на території промислових майданчиків Артемівського та Костянтин і вського районів Донецької області у наступних пробних площах: СЕРЕБ - сільський населений пункт Серебрянка, долина р.Сіверський Донець (контроль); ЛУГ - населений пункт міського типу Луганське, ділянка степового типу рослинності (контроль); НОВ - сільський населений пункт Новогригорівка, ділянка степового типу рослинності (контроль); ЧАС - Часовоярський вогнетривкий комбінат; ПТ - Артемівський машинобудівний завод "Победа труда"; РК - рудеральний комплекс Артемівського центрального звалища сміття; ОКМ - Артемівський завод з обробки кольорових металів; АВТ - автовокзал м.Артемівськ; АСЗ - Артемівський скляний завод; ПІВД - рудник виробничого об'єднання "Південний"; КСЗ - Костянтинівський механізований скляний завод; УКЦ - Костянтинівський завод "Укрцинк"; КАВТ - автовокзал м.Костянтинівка. Обрані рослини з контрольних місць зростання додатково вирощували в лабораторних умовах на нітратних металоносних субстратах з концентраціями РЬ - 500, Zn - 500, Cd 10, Ni -300, Cr - 300, Mo - 10, Fe - 200, Mn - 4000, Cu - 300, Hg - 5мг/кг. Вміст металів у субстраті обумовлений гранично допустимими концентраціями [2, 20-22] з поправкою на місцеві стандарти та фонові рівні [23]. Повторність лабораторного експерименту дорівнювала 5. Для встановлення індикаторних індексів обиралися стиглі плоди тест-рослини. Для аналізу використовували насіннєвий матеріал, що обирався з ЗО особин, що відповідало даним для однієї моніторинговоГ зони - пробній площі. Препарати готували за загальноприйнятими цитологічними методиками [24-26]. Екологічний каузальний підхід (екотоксикологічний) до карполого-ембрюлогічних досліджень являє собою основу фітоіндикаційної оцінки та суттєво відповідає каузальнофункціональному аналізу в палінології, антоекології тощо, але відрізняється спрямованістю при ви 10899 значенні екологічної функції, а також спектром дослідних форм. При еколого-ботанічному оцінюванні насінин та плодів в умовах антропогенне трансформованого середовища вивчали морфоанатомічні ознаки, до яких відносяться форма (визначається розмірами та співвідношенням складових компонентів), та анатомічна будова (гістоструктурні трансформації). Анатомічна будова сім'янок Cichorium intybus в антропогенне трансформованих екотопах досить різноманітна. Для порівняльного аналізу гістоструктурних складових плодів та насінин тест-видів ми обрали наступні загальні ознаки поперечних зрізів стиглих сім'янок Cichorium intybus L. нормально/ (1), сферичної (2), багатореберної (3) та конічної безреберної (4) форм, де к - кутикула, ек - екзокарпій, с склеренхіма, пп - повітряна порожнина, нш - насіннєва шкірка, є - ендосперм, пх- паренхіма (фіг.1). КФ - частота стрівальності конічної форми сім'янки, %. Нами було відзначено, що ребра (грані) майже відсутні при формуванні конічних плодів Cichonum intybus. Серед усіх показників атипової форми сім'янок відсоткове варіювання КФ було незначним, але достовірним (див. табл.1), що обумовило специфіку інтервальних переходів при формуванні 10бальної індикаторної шкали: 1 - 0,50; 2 - 0,50-0,99; З - 1,00-1,49; 4 - 1,50-1,99; 5 - 2,00-2,49; 6 - 2,502,99; 7 - 3,00-3,49; 8 - 3,50-3,99; 9 - 4,00-4,49; 10 >5,00, за якою було проведене індексування для модельних пробних площ в таблиці 2 за різні роки спостереження. Таблиця 1 Пробна площа СЕРЕБ ЛУГ НОВ ЧАС ПТ РК ОКМ АВТ АСЗ КФ, % 0,20+0,01 0,75±0,02 0,70+0,02 0,30+0,01 3,26±0,06 1,23±0,04 3,10±0,06 0,70+0,01 0,93±0,02 0,63±0,01 0,81+0,02 0,69±0,02 0,95+0,04 півд ксз УКЦ КАВТ CV, % 5,34 7,38 8,89 5,82 10,20 9,04 5,09 9,38 5,64 5,79 9,04 10,01 10,03 CV, % 5,23 6,74 5,10 6,24 6,64 5,97 4,37 6,00 5,54 6,67 6,11 4,34 6,23 ТЕ, мкм 42,06±1,12 38,34±1,21 38,61±1,97 41,54±1,64 33,97+1,37 36,64±1,42 32,34±1,20 37,00±1,01 38,97+1,97 38,64±1,64 38,57±1,04 38,55±1,31 38,43±1,24 Таблиця 2 СЕРЕБ ЛУГ НОВ ЧАС Пробні площі РК ОКМ АВТ ПТ АСЗ піед КСЗ УКЦ КАВТ НДЄКСУ КФ ТЕ 1 1 2 1 1 2 1 1 7 7 КФ ТЕ 1 1 2 2 2 2 1 1 7 7 КФ ТЕ 1 1 1 2 F 1 2 1 1 8 7 КФ ТЕ 1 1 2 2 2 2 1 1 9 7 КФ ТЕ 1 1 1 1 2 2 1 1 8 7 КФ ТЕ 1 1 1 2 2 2 1 1 7 6 1998р. 3 4 1999р. 3 4 2000р. 3 4 2001р. \ 3 4 2002р. \ 4 4 2003 р 3 4 Територіальне розподілення високих індексів КФ здебільшого відповідало забрудненню ґрунтів кадмієм, що зареєстровано у пробних площах ПТ, ОКМ. 7 8 2 3 2 2 2 1 1 2 2 1 2 2 7 7 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7 6 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 7 7 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7 7 2 4 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 7 6 2 2 2 1 1 1 1 2 1 2 2 1 ТЕ - товщина шару ендосперму плодів, мкм. Встановлено, що під впливом різноманітних екстремальних факторів темпи розвитку ендосперму змінюються. Як відставання, так і дуже швидкий розвиток ендосперму призводять до порушення 8 10899 нормального надходження поживних елементів, сперматогенезу є відставання темпів розвитку енщо обумовлює слабке або пперстимульоване зродосперму, асинхронність розвинення ендосперму стання цієї тканини Аналіз отриманих результатів та зародку, атиповий поділ ядер та клітин, відсутзначення показника ТЕ дозволяє умовно вважати, ність процесу перетворення ендосперму із ядернощо в зонах посиленого металонавантаження на го стану в клітинний, часткова або повна дегенефунти відбувається процес потоншення шару енрація структур ендосперму та інше [15-18] До того досперму, як це продемонстровано для модельних ж ці аномалії однаково виявляються як за умов пробних площ в таблиці 1 на прикладі Cichonum пбридізаци, так і під впливом несприятливих intybus Тому цю тенденцію було визначено однофакторів зовнішнього середовища спрямованою для побудови індикаторної шкали 1 З таблиці 2 видно, що мінімальні індекси ати- >39,00, 2 - 39,00-38,01, 3 - 38,00-37,01, 4 - 37,00пової будови здебільшого відповідають контроль36,01, 5 - 36,00-35,01, 6 - 35,00-34,01, 7 - 34,00ним зонам дослідження, за останні роки спостере32,01, 8 - 32,00-30,01 9 - 30,00-28,01, 10 -