Экологические чтения_2013

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

и порядка воздействия агентов обусловливает разные типы ответной реакции организмов.

Существующий принцип нормирования содержания поллютантов в объектах окружающей среды, основанный на их предельно допустимых концентрациях, приводит либо к недооценке, либо к переоценке возможных последствий повышения техногенной нагрузки на популяции животных и растений [3, 4, 7].

Биологическая оценка качества среды остается приоритетной, поскольку дает возможность интегральной характеристики качества среды [1, 2, 9, 11].

Растения являются доминирующим компонентом биосферы и входят в прямой и опосредованный контакт со всем многообразием загрязнителей. Они вынуждены адаптироваться к стрессовому воздействию среды с помощью физиолого-биохимических и анатомоморфологических перестроек организма. Фиксация и оценка этих изменений, которые могут регистрироваться уже на самых ранних стадиях деградации, дают достоверную картину условий места произрастания растений и отражают состояние урбанизированных территорий. В связи с чем, применение растительных организмов в системе биологического мониторинга состояния окружающей среды является актуальным.

Саратов – один из крупнейших промышленных центров Поволжья, где на сравнительно ограниченной территории сосредоточено большое количество промышленных предприятий, оказывающих значительное влияние на качество окружающей среды. Ситуация осложняется орографическими и климатическими особенностями города

[5, 6].

Целью данной работы является изучение возможностей использования березы повислой, тополя пирамидального и кресс-салата в биоиндикации и биотестировании при оценке качества окружающей среды города Саратова.

Материалы и методы исследований. Для исследований было выбрано несколько участков на территории города Саратова. Выбор осуществлялся на основании интенсивности антропогенного воздействия и использования данного участка в качестве рекреационной зоны населением: Октябрьский район – городской парк (участок 1); Волжский район – Соколовогорский массив (участок 2); Кировский район – улица Рахова (участок 3); Заводской район – Кольцо 9 трамвая (участок 4).

Для исследования были выбраны доступные в постановке и информативные методы:

131

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

– морфогенетический метод флуктуирующей асимметрии [8, 9,

10];

– метод оценки загрязнения почвы по проросткам семян кресссалата.

Для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха был применен морфогенетический подход, который предусматривал анализ морфогенетических нарушений в индивидуальном развитии березы повислой (Betula pendula Roth.) и тополя пирамидального (Populus pyramidalis), возникающих в результате воздействий на них стрессирующих факторов, прежде всего различных загрязнителей. В качестве основного оценочного фактора использовалась флуктуирующая асимметрия листьев (ФА). Сбор листьев проводился после остановки роста листьев (июнь 2011, 2012 гг.). Каждая выборка включала 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья собирались из нижней части кроны деревьев.

Для измерения листья березы и тополя помещались перед собой брюшной (внутренней) стороной вверх. С каждого листа снимались показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа.

Для мерных признаков величина асимметрии у растений рассчитывалась как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса мерных признаков являлась средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывался как среднее арифметическое суммы относительной величины асимметрии по всем признакам у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя была использована балльная шкала.

Для оценки загрязнения почвы был использован кресс-салат. Опыты были заложены в лаборатории кафедры ботаники и экологии СГАУ им. Н.И. Вавилова (июнь 2011, 2012 гг.). Прежде чем ставить эксперимент на каждом участке исследования были заложены пробные площадки.

Размер каждой пробной площадки составлял 10×10 м. По углам и в центре площадки были отобраны образцы глубиной до 25 см, после чего почвенные образцы перемешивались, из почвы удалялись камни, корни растений и отбиралась средняя проба примерно 1 кг. Данная почва использовалась для закладки эксперимента. Каждый опытный вариант был в трехкратной повторности. Для анализа в пластмассовый контейнер насыпалась почва слоем в 1 см, раскладывались семена кресс-салата по 30 штук в каждый контейнер, затем по-

132

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

вторно насыпалась почва и поливалась. Затем в процессе эксперимента в течение 14 суток подсчитывалось количество проросших семян

иоценивались всходы по следующим критериям:

1.Загрязнение отсутствует (всхожесть семян составляет 90– 100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные).

2.Слабое загрязнение (всхожесть семян составляет 60–90%, проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные).

3.Среднее загрязнение (всхожесть семян составляет 20–60%, проростки по сравнению с контролем короче и тоньше, некоторые имеют уродства).

4.Сильное загрязнение (всхожесть очень слабая, меньше 20%, проростки мелкие и уродливые).

Результаты исследований и их обсуждение. Значения флуктуи-

рующей асимметрии березы повислой в 2011 г. варьировали от 0,045 (Соколовогорский массив) до 0,087 (Кольцо 9 трамвая), то в 2012 г. они составили 0,046 (Соколовогорский массив) – 0,087 ( Кольцо 9 трамвая) (рис. 1).

	Показатели флуктуирующей асимметрии листьев
	березы повислой (Саратов, 2011, 2012)
	0,1
ФА	0,08	y = 0,0225x
		R2 = -0,9588
	0,02
Величина
	0,06			2011 г.
	0,04			2012 г.
	0
	1	2	3	4
		Участки исследований

Рис. 1. Показатели флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Саратов, 2011, 2012 гг.)

Параметры флуктуирующей асимметрии тополя пирамидального в 2011 г колебались от 0,046 (Соколовогорский массив) до 0,090 (Кольцо 9 трамвая), в 2012 г. показатели флуктуирующей увеличились: 0,061 (Соколовогорский массив) – 0,092 ( Кольцо 9 трамвая) соответственно (рис. 2).

В 2011 г. в районе Соколовогорского массива (участок 2) флуктуирующая асимметрия листьев березы повислой (0,045) и тополя пирамидально (0,046) была наименьшей за весь период исследований и свидетельствовала о среднем уровне отклонения от нормы (III балла). В 2012 г. значения флуктуирующей асимметрии березы повислой практически не изменились – 0,046, а у тополя пирамидального существенно возросли – 0,061.

133

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):
материалы Международной научно-практической конференции
	Показатели флуктуирующей асимметрии листьев
	тополя пирамидального (Саратов, 2011, 2012 гг.)
	0,1		y = 0,0231x
ФА	0,08
			R2 = -0,3186
Величина	0,06			2011 г.
	0,04			2012 г.
	0,02
	0
	1	2	3	4
		Участки исследований

Рис. 2. Показатели флуктуирующей асимметрии листьев тополя пирамидального (Саратов, 2011, 2012 гг.)

Неблагополучными с экологической точки зрения являются территория, прилегающая к городскому парку (участок 1) и ул. Рахова (участок 3).

На территории, прилегающей к городскому парку, флуктуирующая асимметрия листьев березы повислой составляла 0,055 и 0,056 (2011 и 2012 гг. соответственно), что свидетельствовало о критическом состоянии среды (V баллов). Показатели флуктуирующей асимметрии тополя пирамидального были также высокими – 0,061 (2011 г.)

и0,063 (2012 г.).

Взоне ул. Рахова также отмечается критическое состояние окружающей среды (V баллов): флуктуирующая асимметрия листьев березы повислой 0,057 (2011 г.) и 0,060 (2012 г.), тополя пирамидального

– 0,059 и 0,067 соответственно по годам исследований.

Наиболее загрязненным участком оказалось Кольцо 9 трамвая (участок 4) – флуктуирующая асимметрия листьев березы повислой

0,087 (2011 г. и 2012 г.), тополя пирамидального – 0,090 (2011 г.)

и0,092 (2012 г.).

Входе исследований было выявлено, что показатели флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой и тополя пирамидального в 2012 г. возросли по сравнению с 2011 г.

Вероятно, этот факт объясняется высокой концентрацией на этих участках транспортных средств, что обусловливает наличие значительного количества разнообразных загрязнителей в окружающей среде и их специфику влияния на растения. Кроме этого, на растения могли повлиять крайне неблагоприятные погодные условия в течение всего периода исследований (высокие температуры воздуха и длительное отсутствие осадков).

Как показали результаты исследований, проростки растений кресс-салата во всех вариантах опыта появились на третий день.

134

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

К концу эксперимента процент всхожести семян варьировал (рис. 4, 5). В 2011 году от 50,1 (Кольцо 9 трамвая) до 78,3% (Соколовогорский массив), в 2012 году от 46,6 (Кольцо 9 трамвая) до 72,2% (Соколовогорский массив).

Наименьший процент проросших семян кресс-салата наблюдался при выращивании на почвенных образцах, отобранных на Кольце 9

трамвая: 50,1 (2011 г.) и 46,6% (2012 г.).

80

70

60

50

Проросшие семена, % 40

	30			2011
	20
				2012
	10
	0			2012
	1	2	3	2011
	участок			4
		участок участок
				участок

Участки исследований

Рис. 3. Процент проросших семян кресс-салата (2011, 2012 гг.)

Наибольший процент проросших в лабораторных условиях семян отмечался при анализе почвы Соколовогорского массива: 78,3

(2011 г.) и 72,2% (2012 г.).

Полученные результаты свидетельствуют о среднем уровне загрязнения почвы изучаемых участков.

Выводы. По результатам исследований выявлено, что Соколовогорский массив является территорией со средним уровнем загрязнения окружающей среды.

Наиболее загрязненным участком оказалось Кольцо 9-го трамвая (Просяной проезд). В течение всего периода исследований (2011, 2012 гг.) значения флуктуирующей асимметрии листьев растений были самыми высокими.

Полученные результаты свидетельствуют о среднем уровне загрязнения почвы изучаемых участков.

Характерные изменения значений величины флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой и тополя пирамидального свидетельствуют о чувствительности морфогенетического метода с использованием этих растений и целесообразности его использования для оценки воздушной среды г. Саратова. Результаты использования растений кресс-салата при оценке загрязнения окружающей среды показали меньшую чувствительность, чем морфогенетический метод.

135

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

Библиографический список

1. Биоиндикация в городах и природных зонах. – М. : Наука, 1993. – 122 с.

2.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация

ибиотестирование : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелехова [и др.] ; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. –

М. : Академия, 2007. – 288 с.

3.Булгаков, Н.Г. Индикация состояния природных экосистем

инормирование факторов окружающей среды: обзор существующих подходов / Н.Г. Булгаков // Успехи современной биологии. – 2002. –

Т. 122, № 2. – С. 115–135.

4. Гелашвили, Д.Б. Структурные и биоиндикационные аспекты флуктуирующей асимметрии билатерально-асимметричных организмов / Д.Б. Гелашвили, Е.В. Чупрунов, Д.И. Иудин // Журнал общей биологии. – 2004. – Т. 65, № 5. – С. 433–441.

5.Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2011 году. – Саратов, 2012. – 245 с.

6.Дружкина Т.А., Скриниговая оценка экологического состояния городской среды по древесным культурам / Т.А. Дружкина, Л.В. Лебедь, Н.Н. Гусакова ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов,

2008. – С. 136.

7.Захаров, В.М. Асимметрия морфологических структур животных как показатель незначительных изменений состояния среды / В.М. Захаров //. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Л. : Гидрометеоиздат, 1981. – Т. 4. – С. 59–66.

8.Захаров, В.М. Описание методологии биотест. Биотест: интегральная оценка здоровья экосистем отдельных видов / В.М. Захаров,

Д.М. Кларк. – М., 1993. – 79 с.

9.Захаров, В.М. Онтогенез и популяция (стабильность развития

ипопуляционная изменчивость) / В.М. Захаров // Экология. 2001. –

№3. – С. 177–191.

10.Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров [и др.]. – М. : Центр экологической политики России, 2000. – 68 с.

11.Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю. А. Израэль. – Л. : Ленингр. ун-т, 1984. – 259 с.

136

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

Секция «ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ. ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ В РАЗВИТИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ВОСПИТАНИЯ. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ И ЗДОРОВОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ СОВРЕМЕННОГО ОБЩЕСТВА»

УДК 541.183

О.А. Веревкина, Т.А. Диденко Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАНОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ЭКСПРЕССНОГО АНАЛИЗА ВОДЫ

Высокий уровень загрязнения водных ресурсов обусловливает необходимость в разработке простых в использовании и доступных тест-методов определения вредных веществ. В настоящее время практический интерес представляет разработка методов быстрого определения таких показателей качества воды, как жесткость, содержание железа (III) и других ионов металлов, а также органических веществ. Одним из самых простых принципов, на которых могут быть основаны тест-средства, является изменение окраски его рабочей части в присутствии определенного количества контролируемого вещества или иона. В основном ион или вещество на уровне предельно допустимой концентрации не имеет собственной окраски, поэтому возможен его перевод в окрашенный комплекс. Для увеличения надежности применения и удобства использования необходимо применение сорбента – твердого материала, который будет поглощать окрашенное соединение, а также создавать и поддерживать значение кислотности нужное для образования комплексного соединения.

Сорбционный материал для описанных целей должен обладать заданными кислотно-основными свойствами, а также давать возможность увидеть окраску образующегося комплекса. Последнему требованию будет удовлетворять силикагель, который помимо этого обладает также высокой механической прочностью, термостойкость и наличие на поверхности большого числа функциональных групп. Однако поверхность силикагелей имеет слабокислый характер, поэтому большой интерес представляет модифицирование поверхности силикагелей соединениями, содержащими аминогруппы. Такое модифицирование позволит получить сорбент с основными свойствами поверхности.

137

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

Целью данной работы является химическая модификация поверхности силикагеля аминогруппами и применение модифицированого сорбента для экспрессного анализа воды.

Для модифицирования был выбран силикагель марки КСКГ. Данный силикагель выпускается промышленно, а также обладает развитой поверхностью (220 м2/г) и является преимущественно мезопористым (средний радиус пор 12 нм). Методом термического анализа установлено, что содержание силанольных групп на образце силикагеля составляет 4,5 SiOH/нм2.

Модифицирование поверхности силикагеля проводили моноэтаноламином. Для этого навеску силикагеля, предварительно прокаленного до постоянной массы при температуре 200 ºС, помещали в круглодонную колбу и прибавляли свежеперегнанный обезвоженный моноэтаноламин. Реакцию модифицирования проводили на силиконовой бане при температуре 150 ºС и постоянном перемешивании в течении 5 часов. Затем твердую фазу отделяли, промывали водой и высушивали до сыпучего состояния при температуре 60 ºС [3].

Модифицирование поверхности силикагеля моноэтаноламином протекает по схеме [1, 2]:

≡Si – O Н + Н O – (CH 2)2 – NH 2 → ≡Si – O – (CH 2)2 – NH 2 + Н2О.

После проведения модификации моноэтаноламином удельная поверхность сорбента уменьшается с 220 до 200 м2/г. Термический анализ модифицированного силикагеля, показал, что в данных условиях степень модифицирования поверхности равна 2,0% масс. Следовательно, содержание привитых аминогрупп составляет 2,7 SiOH/нм2.

Значение изо-рН для образца, модифицированного моноэтаноламином, составило 9,0. В водной суспензии поверхностные группы модифицированного силикагеля находятся в состоянии ≡Si–O– (CH2)2–NH 3+, в качестве противоионов у поверхности сосредоточены гидроксогруппы ОН– , поэтому рН слоя жидкости у поверхности полученного образца будет выше, чем рН в объеме воды. Исходя из этого можно предположить, что при внесении в суспензию модифицированного силикагеля соединений, обладающих слабокислотными свойствами, значение рН у поверхности образца будет достаточным для образования их менее протонированных форм. Для доказательства этого утверждения нами на примере индикатора арсеназо I спектроскопическим анализом подтверждена возможность образования формы Н2Ind4-, способной образовывать окрашенные комплексные соединения с ионами кальция. Спектр поглощения регистрировали в види-

138

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

мой и ультрафиолетовой области на однолучевом спектрофотометре UNICO 2800 с шагом 0,1 нм. На спектре поглощения раствора индикатора с ионами кальция в присутствии аммиачного буферного раствора и в суспензии модифицированного силикагеля не происходит смещения максимумов поглощения ни в видимой, ни в УФ-области.

Протекающий процесс может быть описан схемой:

–NH 2 + Н3Ind3- ↔ –NH 3+ + Н2Ind4-

Водный раствор арсеназо I в нейтральной среде имеет розовую окраску, переходящую в оранжево-красную при рН 9–10 за счет образования основной формы (иона Н2Ind4– ). Ионы кальция образуют с индикатором арсеназо I соединения сине-фиолетового цвета, которые устойчивы лишь в щелочной среде, когда в растворе увеличивается содержание ионов Н2Ind4– .

Максимум поглощения комплекса индикатора с ионами кальция

вприсутствии буферного раствора соответствуют литературным данным [4], что показывает на присутствие именно соединений

[CaН2Ind]2– . На полученных спектрах наблюдается совпадение максимумов полос поглощения комплекса арсеназо I с ионами кальция

вприсутствии буферного раствора и модифицированного моноэтаноламином силикагеля. Таким образом, полученные результаты подтверждают, что поверхность модифицированного силикагеля оказывает на ионы индикатора депротонирующее действие аналогично буферному раствору. На основе выявленных протолитических свойств модифицированного силикагеля планируется разработка методики экспрессного анализа для определения жесткости воды, обусловленной присутствием ионов кальция и магния.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагоги- ческие кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. Соглашение №14.B37.21.1197.

Библиографический список

1.Киселев А.В. Исследование монослоев моноэтаноламина на кремнеземе и алюмосиликагеле методом инфракрасной спектроскопии кремнезема / А.В. Киселев, В.И. Лыгин, А.В. Соломонова // Жур-

нал физической химии. – 1970. – № 5 – С. 1249–1255.

2.Шаров А.В. Протолитические равновесия на поверхности кремнеземов, содержащих аминогруппы / А.В. Шаров, О.В. Филисте-

139

Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения – 2013):

материалы Международной научно-практической конференции

ев // Вестник Курганского государственного университета. Серия

«Естественные науки». – 2012. – Т. 2, № 21 – С. 103–110.

3.Веревкина О.А., Синтез и исследование свойств модифицированного моноэтаноламином сорбента / О.А. Веревкина, Т.А. Диденко

//Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства : материалы науч.-техн. конф. (24–25 апр. 2013

г.). – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2013. – С. 187–189.

4.Фрумина И.С. Аналитическая химия кальция / И.С. Фрумина, Е.С. Кручкова, С.П. Муштакова. – М. : Наука, 1974. – 252 с.

УДК 579.26

В.С. Зонов, О.В. Синельникова

Омская обл., МКОУ «Кормиловский лицей»

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ВОЛН НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

В природных условиях существует множество физических факторов, влияющих на все живые организмы. К этим факторам относят температуру, давление, УФ-излучение, магнитные поля, электромагнитные излучения различных диапазонов, электрические импульсы. Изменение параметров любого из этих факторов может вызвать угнетение или стимуляцию физиологической активности у биологических объектов. В настоящее время происходит интенсивное развитие отраслей промышленности, использующих электромагнитное излучение. Поэтому сейчас практически повсеместно биосфера находится под воздействием различных электромагнитных излучений (ЭМИ). В связи с развитием техники, радиосвязи, телевидения, радиолокации и радионавигации в настоящее время электромагнитные излучения разделяют на три группы: поля естественного происхождения, излучения биологической природы и поля искусственного происхождения. Электромагнитные излучения являются физическим фактором среды, который оказывает существенное влияние на различные живые организмы. На Земле не существует естественных источников электромагнитного излучения в сантиметровом диапазоне (СВЧ). Однако ЭМИ в сантиметровом диапазоне применяются в медицине и микробиологии. Многие исследователи использовали СВЧ-излу- чение для подавления роста микроорганизмов при стерилизации всевозможных. Есть сведения о стимулирующем действии этого излуче-

140