Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время перспективным для оценки воздействия загрязняющих веществ на почвы и сопредельные среды считают «триадный» подход (TRIAD approach), основанный на интеграции данных химического анализа, биоиндикации природных сообществ и организмов (in situ) и биотестирования токсичности образцов (ex situ), определяемой по реакциям стандартизованных лабораторных тест-культур ^hapman, 1996; 2002; Dagnino et al., 2008; Amorim, 2013 и др.). Биологическим методам в оценке экологического риска загрязнений отводится особая роль, поскольку они позволяют установить биодоступность поллютантов. При этом лабораторное биотестирование относят к методам «опережающего» контроля. В краткосрочных экспериментах по реакциям чувствительных тест-организмов, среди которых в настоящее время преимущественно гидробионты, можно оценить биобезопасность сред до проявления видимых (индицируемых) изменений в природных сообществах (Воробейчик и др., 1997; Филенко и др., 2007; Терехова, 2007, и др.).
Интерес к почвообитающим беспозвоночным животным - энхитреидам как тест-организмам обусловлен относительной простотой культивирования. Энхитреиды предложены в странах ЕС для определения опасности индивидуальных соединений и синтезируемых химических веществ (Phillips, 1993; Rombke, 1995; Rombke, Moser, 1999; Filimonova, Pokarzhevskii, 2001; Didden, 2003). Чувствительность биотестов определяется пороговыми концентрациями реагирования тест-культур на действующее вещество. Она зависит от видовой принадлежности организмов. Пригодность энхитреид для оценки разных типов загрязнений почв исследована недостаточно. Мало данных о видовой чувствительности энхитреид и механизмах их устойчивости к токсикантам, о влиянии на эти процессы свойств разных типов почв, эффективности измерения стандартных тест-параметров при анализе субстратов, сорбирующих многообразные формы загрязняющих веществ. Биотестирование на основе реакций почвообитающих организмов - неотъемлемый элемент экологического контроля почв. Использование представителей педобионтов в разработке системы оценок экологического риска от различных загрязнений приобретает особое значение в условиях активизации процессов деградации почв, накопления токсикантов и их смесей, появления продуктов и отходов новых технологий.
В связи с этим актуальным представляется исследование чувствительности отдельных видов энхитреид к химическим веществам неорганической и органической природы, которые представляют потенциальную опасность при загрязнении почв в составе отходов производства и потребления.
Цель работы: определение чувствительности биотестов по реакциям почвообитающих беспозвоночных животных - энхитреид (Oligochaeta: Enchytraeidae) на загрязняющие почву химические вещества разной природы.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Выявить влияние тяжелых металлов (на примере кадмия) на выживаемость энхитреид и уровень его накопления в тканях двух видов -Enchytraeus crypticus и Enchytraeus albidus .
-
Охарактеризовать выживаемость энхитреид Enchytraeus crypticus при воздействии особо опасного азотсодержащего химического вещества - несимметричного диметилгидразина (НДМГ) в воде и почве.
-
Оценить воздействие органических азотсодержащих отходов белковой природы и продуктов их разложения на выживаемость и размножение энхитреид Enchytraeus crypticus.
-
Установить место энхитреид в ряду стандартизованных тест-культур разной таксономической принадлежности по чувствительности к поллютантам почв.
Научная новизна. Настоящая работа представляет первое сравнительное исследование видовой чувствительности энхитреид к поллютантам почв разной природы.
При анализе реакций двух видов - Enchytraeus crypticus и Enchytraeus albidus на загрязнение почв кадмием впервые установлена более высокая чувствительность Enchytraeus albidus. Полученные данные о динамике аккумуляции и экскреции кадмия в биомассе животных свидетельствуют о том, что в более мелких особях Enchytraeus crypticus катионы Cd медленнее накапливаются и быстрее выводятся из организма при перемещении их в чистую почву, что может служить объяснением большей устойчивости этого вида.
Впервые продемонстрированы различия в чувствительности таких тест- параметров как выживаемость и размножение энхитреид при анализе поллютантов почв органической и неорганической природы. Доказано, что экспресс-анализ токсичности тяжелых металлов и азотсодержащих химических отходов (НДМГ) в почве можно проводить в краткосрочных экспериментах (96 ч.) на основе подсчета выживших особей, тогда как для оценки избыточного содержания азотсодержащих продуктов органической (белковой) природы целесообразно использовать показатель изменения прироста численности энхитреид в более продолжительной экспозиции (30 сут.). Получены экспериментальные подтверждения влияния почвенных свойств на проявление токсичности поллютантов.
Определено положение энхитреид в «батарее» стандартизованных тест- организмов, ранжированных по чувствительности к модельному токсиканту. Сравнение эффективных концентраций кадмия по отношению к микроводорослям, высшим растениям и ракообразным позволяет заключить, что чувствительность почвенных энхитреид высока. По этому показателю они уступают лишь представителям ракообразных (дафниям).
Практическая и теоретическая значимость. Результаты работы способствуют пониманию механизмов устойчивости энхитреид к поллютантам, связанных с различной способностью особей разных размеров накапливать химические вещества.
Определены условия применения показателей выживаемости и изменения прироста численности особей при биотестировании почв, загрязненных разными видами поллютантов. Выводы о чувствительности энхитреид к органическим и неорганическим отходам могут быть использованы при разработке методики выполнения измерений (МВИ) токсичности почв при проведении экологического мониторинга. Полученные данные служат основой для расчета метрологических показателей метода лабораторного тестирования загрязненных почв по реакциям энхитреид. Текст методики и экспериментальные данные подготовлены для метрологической аттестации МВИ токсичности почв и отходов по реакциям энхитреид с целью последующего включения в Федеральный реестр МВИ и реестр природоохранных нормативных документов (ПНД Ф).
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на конференции «Зоокультура и биологические ресурсы» (Москва, 2004), на 6 Международном симпозиуме по энхитреидам (Эстония, 2004), на Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2004), на Конференции молодых сотрудников и аспирантов Института проблем экологии и эволюции РАН «Актуальные проблемы экологии и эволюции в исследованиях молодых ученых» (Москва, 2004), на 16 Международном коллоквиуме по почвенной зоологии и экологии в Руане (Франция, 2004), на 11 Международной конференции аспирантов по эволюционной биологии (Франция, 2005), на 3 ежегодном совещании общества экотоксикологов SETAC в Кракове (Польша, 2012), Международной конференции «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» в МГУ (Москва, 2013).
Публикации результатов исследований.
По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 120 страницах текста, содержит 10 таблиц, 15 рисунков. Список литературы включает 210 наименований, из них 80 на английском языке.
