Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями

Соломонова, Елена Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями
ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями"

На правах рукописи

Соломонова Елена Анатольевна

Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями

03.00.23 - биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 О {".'ОЯ 2009

Москва-2009

003483188

Работа выполнена в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова Научный руководитель:

Доктор биологических наук Остроумов Сергей Андреевич Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, Воробьева Галина Ивановна профессор

Доктор биологических наук Терепшна Вера Михайловна

Ведущая организация:

Российский университет дружбы народов.

Защита диссертации состоится 2009 г. в ¿^ч.^'мии. на заседании

Диссертационного совета Д. 002.111.02 при Учреждении ГНЦ РФ - Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, 76 А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - ИМБП РАН. Автореферат диссертации разослан «_»_2009 г.

Отзыв в двух экземплярах просим направлять по адресу:

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, 76 А, Диссертационный совет Д. 002.111.02

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук

^у Назаров Н.М.

Актуальность проблемы.

Высшие водные растения (ВВР) являются одним из широко используемых объектов биотехнологий [Жиров, 2008; Жученко, 2007; Крот, 2006; Эйнор, 1990; Blum et. al., 2003; Faulkner et al., 1989; Hammer, 1992; Wang et al., 2002]. Доказана перспективность и полезность использования ВВР в целях очищения воды и улучшения ее качества [Кокин, 1982; Кроткевич, 1982; Кудряшов, Садчиков, 2002; Остроумов, Лазарева 2009; Смирнова, 1980; Ратушняк, Андреева, 1998; Сакевич, 2003; Штамм, 1988; Brix, 1990; Thomas et al., 1989; Traina et al., 1996]. На многих объектах многократно продемонстрирована эффективность ВВР в очищении водной среды [Васюков, 2003; Власов, Гигевич, 2002; Магомедов, 1986; Журба, 2003].

Доказана способность ВВР снижать концентрации загрязняющих веществ в водных системах. Имеются количественные данные о концентрациях загрязняющих веществ, которые способны аккумулировать определенные виды ВВР.

Потенциальная сфера применимости биотехнологий с использованием ВВР очень широкая. Одно из препятствий в ее использовании - недостаточное количество научных данных об экологических особенностях ВВР, необходимых для обеспечения соответствия эксплуатационных показателей расчетным проектным значениям. Существует опасность вторичного загрязнения воды в гидрофитвых системах вследствие отмирания части ВВР в результате действия загрязняющих веществ и других факторов. При этом существует недостаток научной информации о том, каким образом следует учитывать неоднократное действие различных загрязняющих веществ на ВВР, в том числе нагрузку по загрязняющим веществам на ВВР в условиях неоднократного (распределенного во времени) поступления загрязняющих веществ в систему.

Разработка научно-методических основ для применения биосистем с ВВР необходима для решения современных задач организации биотехнологических гидрофитных систем различного типа, в том числе замкнутых систем водообеспечения и решения задач водоочистки и доочистки в условиях наземных гидрофитных систем.

Среди приоритетных вопросов организации биотехнологических гидрофитных систем различного назначения можно выделить: получение информации о видах ВВР, устойчивых к неоднократному поступлению в среду загрязняющих веществ, основанной на количественно различимых критериях оценки допустимых нагрузок загрязняющих веществ на фитокомпонент системы; поиск алгоритмов расчета допустимых сроков эксплуатации фитокомпонента гидрофитных систем в целях минимизации возможного негативного воздействия ВВР на качество воды и поддержания устойчивости функционирования гадрофитной системы; возможность расчета количества фитомассы (сырого веса) на единицу объема гидрофитной системы достаточного для удовлетворения функциональности системы.

Работа в этом направлении вносит вклад в биотехнологию использования ВВР в гидрофитных биосистемах, целенаправленно улучшающих воздействие на окружающую среду, и в формирование экологически доброкачественной среды обитания человека.

Степень разработанности проблемы.

В последние годы большое внимание уделяется разработкам биотехнологий с использованием ВВР в целях улучшения состояния объектов окружающей среды. Актуальна проблема определения допустимых нагрузок на водные экосистемы [Моисеенко 1999; Моисеенко, Яковлев, 1999].

К настоящему времени изучены многие вопросы о влиянии различных веществ на ВВР (включая тяжелые металлы, нефть, пестициды, фенолы и др.). Присутствуют данные о количественном содержании в тканях растений загрязняющих веществ. Описаны пут формирования качества вод под влиянием высших водных растений. В настоящее время активно разрабатывается вопрос о допустимых объемах выбросов химических веществ.

При этом в научной литературе практически не имеется данных о допустимых нагрузках загрязняющих веществ на ВВР, то есть о допустимой массе загрязняющих веществ, поступающих в систему в интервал времени, отнесенной к единице объема системы и приходящейся на единицу массы ВВР (сырого веса).

В связи с этим возникает необходимость получения информации об устойчивости (толерантности) различных видов ВВР к загрязняющим веществам.

При определении количественной характеристики допустимых нагрузок неизбежно встает вопрос не только о количестве поступающих в водную систему химических веществ, но и том, за какой период времени эти вещества поступают. Это делает необходимым проведение экспериментов по выявлению реакции компонентов водной системы на добавление в воду тех или иных химических веществ в форме нагрузки, распределенной на протяжении определенного периода времени.

В работе предлагается и апробируется конкретный метод для изучения этой проблемы, призванный восполнить существовавший пробел в изучении действия распределенных нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с ВВР.

Цель работы: Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения в условиях модельных лабораторных систем.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие

задачи исследования:

1) Разработать метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения.

2) Произвести его апробацию на пяти видах ВВР.

3) Выявить допустимые нагрузки загрязняющего вещества (на примере анионного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия) в условиях модельных систем, каждая из которых содержала один из использованных видов ВВР.

Научная новизна работы. Впервые разработан и апробирован метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения в условиях неоднмфатного поступления загрязняющих веществ в фитосистему. Данный метод восполняет существовавший пробел в изучении действия распределенных нагрузок за1рязняющих веществ на биосистемы с ВВР.

Впервые выявлены допустимые нагрузки загрязняющих веществ (на примере индивидуального ПАВ додецилсульфата натрия и ПАВ-содержащего смесевого препарата) в условиях неоднократного поступления контамивантов в модельные системы, каждая из которых содержала один из пяти использованных видов ВВР.

Впервые на основании выявленных допустимых суммарных нагрузок рассчитаны допустимые посуточные нагрузки использованных загрязняющих веществ на ВВР.

Впервые на основе исследования допустимых нагрузок загрязняющих веществ выявлены наиболее устойчивые (среди изученных видов) ВВР к действию неоднократных добавок ПАВ ДСН.

Разработанный метод позволил определять возможность устойчивости фотосистем к максимальным нагрузкам загрязняющих веществ, неоднократно поступающих в гидрофитную систему, определять длительность эксплуатации фитосистемы, выживаемость ВВР и сроки замены фигомассы.

Выявлены новые биологические эффекты воздействия СПАВ и ПАВ-содержащих смесевых препаратов на ВВР. Получены новые данные, свидетельствующие о негативном воздействии ПАВ и ПАВ-содержащих смесевых препаратов на ВВР.

обоснованного применения водных растений в целях биотехнологий восстановления водных объектов с использованием ВВР.

Получаемая информация в определенной степени характеризует пределы устойчивости системы с ВВР к химическому загрязнению воды в условиях поступления загрязняющего вещества в течение определенного интервала времени.

Практическое значение обусловлено тем, что в загрязняемые водные объекты контаминанты (в том числе синтетические ПАВ) могут поступать со сточной водой неединичными выбросами. Изучение устойчивости ВВР к загрязняющим веществам в подобных условиях - необходимый элемент разработки научных основ биотехнологий с использованием ВВР.

Таким образом, полученные результаты могут быть использованы при разработке, планировании, внедрении и практическом использовании биотехнологий очистки и доочистки водных объектов и систем с применением ВВР (фитотехнологии).

Апробация работы. Основные результаты работ по теме диссертации бьши представлены на международной конференции «Ломоносов-2005» (Москва, 2005), научной конференции «Водные экосистемы и организмы-7» (Москва, 2005), научной конференции «Водные экосистемы и организмы-8» (Москва, 2006), международной конференции «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), международной конференции «Пространство и время» (Москва, 2007), на 5-м съезде Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Москва, 2008), секции гидробиологии МОИП (Москва, 2008), семинаре «Химия и токсикология окружающей среды» (Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 2008), в ГУЛ г. Москвы «Институт МосводоканалНИИпроект» (Москва, 2009).

По теме диссертации опубликовано 34 печатных работ, из них: 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ - ИМБП РАН "Обитаемость замкнутых объектов и системы жизнеобеспечения" 15.06.2009 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Текст диссертации изложен на 151 странице, иллюстрирован 28 таблицами и 12 рисунками. Список литературы содержит 168 цитируемых источников, из которых 111 на русском и 57 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Организмы. В качестве тест-объекгов для исследований были выбраны представители различных групп ВВР, относящихся к различным отделам растений. Среди них представители полностью погруженных укореняющихся водных растений - Elodea canadensis Micbx. (сем. Hydrocharitaceae), Potamogeton crispus L. (сем. Potamogetonaceae), Najas guadelupensis L. (сем. Najadaceae), полностью погруженных прикрепляющихся Fontinalis antipyretica L. (сем. Fontinalaceae) и бриофит OST-1 (сем. Plaglotheciaceae), a также представители макрофитов, свободно плавающих на поверхности воды - Salvinia nutans L., S. auriculata Aubl. (сем. Salviniaceae). В опытах с проростками растений также использовали семена наземного высшего растения Fagopymm esculentum Moench. (сем. Polygonaceae).

Выбор объектов был обусловлен возможностью культивирования в лабораторных условиях и наличием ответной реакции на внесение ПАВ и ПАВ-содержащих смесевых препаратов. Среди указанных тест-объектов элодея канадская (Е. canadensis) успешно

использовалась ранее для биотестирования, например [Король, 1985]. Выбор объектов производился так, чтобы были представлены различные таксономические группы ВВР.

Растения (R canadensis, P. crispus) отбирали из естественных популяций городских водоемов (пруд на территории, примыкающей к Парку Культуры г. Москвы и река Чертановка на территории Бицевского лесопарка г, Москвы). F. antipyretica отбирали из естественной популяции реки Москвы (Рузский район, д. Старая Руза).

N. guadelupensis, бриофит OST-1, S. natans и S. auriculata отбирали из популяций, поддерживаемых в искусственных водоемах в закрытых помещениях.

1.2. Воздействующие вещества. В качестве воздействующих веществ применяли анионное поверхностно-активное вещество (АПАВ) додецилсульфат натрия (ДСН), а также ПАВ-содержащий смесевой препарат «Аист».

АПАВ Додецилсульфат натрия (ДСН, лаурилсульфат натрия, формула С12Н25 S04 Na, молекулярная масса 288.5) является одним из широко применяемых представителей первичных алкилсульфатов. Свойства: растворим в воде, хлороформе, метаноле, бутаноле, не растворим в диэтиловом эфире, бензоле, диоксане (до 40 С); ККМ (критическая константа мицеллообразования) 8,1 ммоль/л; ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс)=42,0. Широко применяется как пенообразователь, эмульгатор, солюбилизатор, смачиватель, диспергатор. ЛД50=2,7 г/кг (белые крысы, внутрибрюшинно). Аналог выпускается в Германии (фирма BASF) под названием Waschrohstoff 818 Teig.

ПАВ-содержащий смесевой препарат «Аист» - порошкообразное CMC белого цвета. Состав: поверхностно-активные вещества, натриевые соли фосфата, силиката, карбоната, сульфата, полимеры, оптический отбеливатель, ароматические добавки. рН: 9,5-10,5. ГОСТ 25644-96, ТУ 2381-001-00335215-94. Изготовитель: АО «Аист», Россия, 196084, Санкт-Петербург, Литовский пр., 281. Санитарно-эпидемиологические заключения: 61.РЦ.03.238.П.000926.08.02 и 61.РЦ.03.238.П.000923.08.02 от 15.08.2002 г.

Выбор воздействующих веществ был обусловлен тем, что синтетические ПАВ внесены в Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ. После прохождения физико-химической и биологической очистки на выходе с гидросооружений интенсивной очистки в очищенных сточных водах остается до 60% синтетических ПАВ [Жмур, 2003].

1J. Методы. Растения помещали в сосуды (емкостью 5 литров) с предварительно отстоянной в течение двух суток водопроводной водой для прохождения периода акклиматизации при температуре воды 20°С +3°С. Длительность периода составляла 10 суток. В течение этого периода производили смену отстоянной воды каждые 2-3 суток.

При постановке опытов использовали лабораторные модельные системы, содержащие ВВР. В опытах с водными растениями в сосуды с отстоянной в течение 48 часов водопроводной водой (объем воды - 1,2 л) помещали растения суммарной биомассой (сырой вес): 7-8 г (£ canadensis, P. crispus и F. antipyretica) и 4-5 г (N. guadelupensis, бриофит OST-1). В опытах с использованием CMC и бриофитом OST-1 объем воды составлял 0,8 л. В опытах с S. natans и S. auriculata учитывали число надводных листьев растений (по 40 надводных листьев в сосуде). Каждая модельная система содержала растения одного вида ВВР.

Опыты проводились в двукратных повторностях при температуре воды в сосудах 21°С ±3°С. Инкубация проводилась в условиях естественной фотопериодичности.

Лопика поставленных задач требовала проведения двух основных этапов исследования:

1J.1. Опыты с однократными добавками загрязняющего вещества в модельные системы с ВВР.

В ходе первого этапа изучение проводили с применением классического для токсикологических исследований качества воды подхода с использованием однократных

добавок контаминантов [Филенко, 1988]. Данные исследования проводили для получения информации об устойчивости использованных видов ВВР к действию однократных добавок загрязняющих веществ.

Концентрации ДСН в опытах с однократными добавками с N. guadelupensis и с бриофитом OST-1 составляли 50,0; 60,0; 100,0; 133,3; 166,7; 250,0; 298,8 мг/л; с P. crispus составляла: 60,0; 100,0; 133,3; 298,8 мг/л; с F. antipyretica: 100,0; 166,7; 250,0 и 300,0 мг/л с К canadensis. Для S. nutans и S. auriculata концентрация ДСН в опытах с однократными добавками составляла 120,0; 160,0; 320,0 мг/л.

Концентрации ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» в опытах с однократными добавками с бриофитом OST-1 и F. antipyretica составляли 100,0; 166,7; 200,0; 250,0; 300,0 мг/л. Кроме того, с бриофитом OST-1 использовали однократные добавки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» концентрацией 400,0; 600,0; 800,0 и 1000,0 мг/л.

Длительность проведения опытов с однократными добавками для Е. canadensis, Р. crispus, F. antipyretica, S. nalans и S. auriculata составляла от 7 до 30 суток в зависимости от сроков проявления воздействия веществ на жизнеспособность растений.

Уровень воды в модельных системах в опытах с однократными добавками поддерживали путем мониторинга (через каждые двое суток) за снижением уровня воды и добавления в модельные сосуды отстоянной воды до отметки требуемого уровня.

1-3.2. Опыты с применением неоднократных добавок загрязняющего вещества в модельные системы с ВВР.

Во втором этапе исследований для разработки метода выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР использовали подход, описанный в работе [Остроумов, 2006]. В указанной работе С.А. Остроумов предлагает для проведения токсикологических исследований использовать не только однократные добавки вещества в систему, но и проводить эксперименты по выявлению биологических эффектов воздействия загрязняющих веществ на гидробионты, используя периодически повторяющиеся добавки загрязняющих веществ. Для краткой характеристики данного типа добавок используется термин «рекуррентные добавки», где «рекуррентные» является производным от «recurrent» (англ., в свою очередь от лат. сссиггеге»), что означает «повторяющийся периодически» [Остроумов, 2006]. Предложенный метод основан на использовании многократных добавок загрязняющего вещества одинаковой концентрации, вносимых в модельные системы с гадробионтами в течение определенного периода времени с ежесуточным мониторингом состояния биокомпонента системы. Результатом предложенного метода должны быть данные о биологических эффектах воздействия загрязняющих веществ на гидробионты в условиях неоднократных добавок.

1.3.2.1. Метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ иа модельную биосистему с ВВР.

Задача по разработке метода выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР потребовала введения нами новых терминов, основанных на определении нагрузки по загрязняющему веществу в соответствии с ГОСТ 25150-82: Нагрузка по загрязняющему веществу сточных вод - масса загрязняющих веществ сточных вод в интервал времени, отнесенная к единице поверхности или объема сооружения [ГОСТ 25150-82].

Выражение «Нагрузка по загрязняющему веществу на ВВР» используется в данной работе в следующей интерпретации - масса загрязняющего вещества в интервал времени, отнесенная к единице объема системы, приходящаяся на единицу массы ВВР (сырой вес) (интерпретация термина предложена автором).

Допустимая нагрузка по загрязняющему веществу на ВВР - масса загрязняющего вещества в интервал времени, в течение которого не наблюдается негативного воздействия загрязняющего вещества на жизнеспособность ВВР, отнесенная к единице

объема системы, приходящаяся на единицу массы ВВР (сырой вес) (интерпретация термина предложена автором). Допустимость нагрузки оценивается в рамках данного исследования в плоскости технологического подхода, предполагающего смену и утилизацию макрофитов после увеличения нагрузки в системе свыше допустимой.

Суммарная (многократная) нагрузка по загрязняющему веществу на ВВР - общее количество загрязняющего вещества, внесенного в систему в виде распределенных во времени добавок, в интервал времени внесения общего количества добавок, отнесенное к единице объема системы, приходящееся на единицу массы ВВР (сырой вес) (интерпретация термина предложена автором).

Допустимая суммарная нагрузка по загрязняющему веществу на ВВР - общее количество загрязняющего вещества, внесенного в систему в виде распределенных во времени добавок, в интервал времени внесения общего количества добавок, отнесенное к единице объема системы, приходящееся на единицу массы ВВР (сырой вес), в течение которого не наблюдается негативного воздействия загрязняющего вещества на жизнеспособность ВВР (интерпретация термина предложена автором).

Количественные значения допустимой посуточной нагрузки по загрязняющему веществу на ВВР выражали как отношение общего количества загрязняющего вещества, внесенного в систему в виде распределенных во времени добавок, приходящегося на 1 г биомассы ВВР к максимальному количеству дней инкубации, в течение которого не наблюдалось негативного воздействия загрязняющего вещества на жизнеспособность ВВР (интерпретация термина предложена автором).

В контексте данной работы под диапазоном устойчивости ВВР к загрязняющим веществам понимали интервал значений допустимой нагрузки загрязняющих веществ на ВВР.

Конкретизируя изложенные выше концептуальные понятия, автор провел серию опытов по определению конкретных значений допустимых нагрузок по загрязняющему веществу на ВВР (на примере ПАВ ДСН и ПАВ-содержащего CMC «Аист» и нескольких видов ВВР).

Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на модельные биосистемы с ВВР проводилось в соответствии со следующими этапами работ:

1) Растения помещали в сосуды (емкостью 5 литров) с предварительно отстоянной в течение двух суток водопроводной водой для прохождения периода акклиматизации при температуре воды 20°С +3°С. Длительность периода составляла 10 суток. В течение этого периода производили смену отстоянной воды каждые 2-3 суток.

2) При постановке опытов использовали лабораторные модельные системы, содержащие ВВР. В сосуды с отстоянной в течение 48 часов водопроводной водой (объем воды - 1,2 л) помещали растения суммарной биомассой (сырой вес): 7-8 г (Е. canadensis, P. crispus и F. antipyretica) и 4-5 г (N. guadelupensis, бриофит OST-1). В опытах с использованием CMC и бриофитом OST-1 объем воды составлял 0,8 л. Каждая модельная система содержала растения одного вида ВВР.

3) Приготовленный исходный водный раствор ПАВ и ПАВ-содержащего смесевого препарата (концентрация ДСН и CMC в исходном растворе 2000 мг/л) вносили в сосуды, содержащие ВВР трижды в неделю.

При этом прирост количества ДСН после каждой добавки для К canadensis и Р. crispus составлял: 0,5; 0,8; 1,7; 8,3; 16,7; 49,8 мг/л. В опытах с N. guadelupensis и бриофитом OST-1: 0,5; 0,8; 1,7; 8,3; 16,7; 50,0; 100,0 мг/л соответственно. Прирост количества ПАВ-содержащего смесевого препарата после каждой добавки в опытах с F. antipyretica составлял 1,3; 2,5; 6,3; 12,5; 18,8; 25,0; 37,5; 50,0 мг/л и 1,3; 2,5; 6,3; 12,5; 18,8; 25,0; 37,5; 50,0; 62,5 мг/л с бриофитом OST-1.

Опыты проводились в двукратных повторностях при температуре воды в сосудах 21°С +3°С. Инкубация проводилась в условиях естественной фотопериодичности.

При выборе использованных в опытах концентраций веществ было учтено следующее: (1) необходимость поиска минимальных нагрузок СПАВ, оказывающих заметный биологический эффект; (2) необходимость поиска высоких значений допустимых нагрузок СПАВ с целью использования результатов для целей фиторемедиации загрязненных водных экосистем; (3) проведение предварительных опытов, т. е. учтены результаты ранее проведенных опытов; (4) учтены литературные данные об изучении биоэффеюов аналогичных веществ на организмы [Остроумов, 2001].

Уровень воды в модельных системах в опытах с периодически повторяющимися (рекуррентными) добавками поддерживали путем мониторинга (через каждые двое суток) за снижением уровня воды и добавления в модельные сосуды отстоянной воды до отметки требуемого уровня. При этом, долив воды требовался в малых количествах, т.к. пополнение уровня испарившейся воды в сосудах происходило за счет периодически повторяющегося добавления водных растворов ПАВ.

4) Проводили мониторинг состояния ВВР по следующим критериям: уменьшение биомассы растений, депигментация листьев; депигментация стеблей; модификация габитуса листовых пластинок (наблюдали эффект «набухания» листовых пластинок); опадение листьев; понижение тургорного давления; оценка структурной целостности стеблей (фрагментация стеблей); омертвение части листовых пластинок; погружение под воду надводных частей растений; гибель растений.

Для отображения динамики изменения структурной целостности стеблей нами была разработана балльная шкала оценки структурной целостности стеблей (табл. 1).

Таблица 1. Балльная шкала оценки структурной целостности стеблей цветковых ВВР.

Признак Баллы

Отсутствие фрагментации стеблей и признаков ей предшествующих 0

Снижение тургора стеблей 1

Наличие надломанных стеблей (1-2 надлома среди общей совокупности растений) 2

Более 2-х надломанных стеблей среди общей совокупности растений, при этом фрагментов не наблюдается 3

Отделение 1-2 участков стеблей общей совокупности растений 4

Наличие как минимум одного растения неподвергнувшегося фрагментации 5

Все растения подверглись фрагментации, при этом 50% фрагментов имеют длину от 6 см и длиннее 6

Менее 50% фрагментов имеют длину от 6 см, но при этом наличие более 2 фрагментов длиной от 6 см и длиннее 7

Наличие 1-2 фрагментов длиной от 6 см, остальные фрагменты короче 6 см 8

100% фрагментов имеют длину менее 4 см и находятся на дне сосуда, фрагменты с фотосинтезирующими листьями 9

100% фрагментов имеют длину менее 4 см и находятся на дне сосуда, при этом больше 50% листьев на них депигментарованы или отделились 10

5) Определяли максимальное общее количество загрязняющего вещества, поступившего в систему с ВВР в режиме периодически повторяющихся добавок, при котором ВВР не подвергались негативному воздействию загрязняющих веществ (по использованным параметрам), то есть были устойчивы к действию ПАВ.

6) Производили расчет общего допустимого количества загрязняющего вещества, поступившего в систему с ВВР в виде периодически повторяющихся добавок приходящегося на 1 г фитомассы (сырого веса) и период, характеризующий максимальную продолжительность инкубации ВВР.

7) Затем выявляли допустимые суммарные нагрузки загрязняющих веществ на использованные виды ВВР. То есть определяли общее количество загрязняющего вещества, внесенного в систему в виде распределенных во времени добавок, в интервал

времени внесения общего количества добавок, отнесенное к единице объема системы, приходящееся на единицу массы ВВР (сырой вес), в течение которого не наблюдается негативного воздействия загрязняющего вещества на жизнеспособность ВВР.

8) После этого производили расчет допустимых посуточных нагрузок загрязняющих веществ на использованные виды ВВР с учетом выявленных максимально допустимых (фоков инкубации системы с ВВР. Количественные значения допустимой посуточной нагрузки по загрязняющему веществу на ВВР выражали как отношение общего количества загрязняющего вещества, внесенного в систему в виде распределенных во времени добавок, приходящегося на 1 г биомассы ВВР, к максимальному количеству дней инкубации, в течение которого не наблюдалось негативного воздействия загрязняющего вещества на жизнеспособность ВВР.

Основные этапы проведения исследования с помощью метода выявления допустимых нагрузок и связь параметров, используемых при расчетах допустимых нагрузок с определением режимов эксплуатации щцрофитных систем, отражены в блок-схеме (рис. 1).

Модельная система с ВВР

Неоднократные рекуррентные добавки загрязняющего вещества

Выявление предельных : сроков устойчивости ВВР

Учет количества добавок и общего количества внесенной: в euerem- контамннанга

, Экспериментальная /"модельная

Масса ВВР (сырой вес)

Масса загряшяющегс вещества

Период инкубации

Выявление допустимой суммарной нагрузки

Расчёт допустимой посуточной рузки

Расчет параметров эксплуатации гидрофитных систем

система

Параметры нагрузки загрязняющего вещества на ВВР

. Экшы ^выполнения расчетов

Объем (размер) гидрофигной шотшженерной системы Фигомасса [количество ВВР оиоинженерной системы Количественный состав первичного стока Допустимый срок эксплуатации гидрофишоЕ системы

Параметры эксплуатации

- ПЩрофиТНЫХ

биоинженерных систем

Рисунок 1. Основные этапы проведения исследований с помощью метода выявления допустимых нагрузок и связь параметров, используемых при расчетах допустимых нагрузок с определением режимов эксплуатации гидрофитных систем.

133. Методы выявления биологической активности загрязняющих веществ по воздействию на степень прорастания семян растений.

Биологическую активность ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» также оценивали по воздействию на степень прорастания семян гречихи Fagopyrum евсикпшт, проростки которой были рекомендованы как один из приоритетных объектов для биотестирования в области исследования качеств вод [Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Ред. 3. Губачек, 1975].

Использовали метод оценка биологической активности веществ и загрязнения водной среды по воздействию на условную среднюю дайну проростков. Данные методы были предложены С.А. Остроумовым [Остроумов С.А., 1990 (а, б); 2001].

В чашки Петри помещали по 10 семян К евсикпшт.

Количество вносимого тест-раствора - 15 мл с концентрацией СМС - 0,01; 0,02; 0,03; 0,06; 0,125; 0,25; 0,50 мг/мл.

Опыт проводился в двух повторностях при температуре воды 20-22"С.

Для оценки эффекта тестируемого вещества использовали формулу:

£=[(Мо-Мк) / <К-Мк)] 100%, [Остроумов С.А., 1990 (а, б); 2001] (1)

где N. Мх, Мо- числа семян, взятых для тестирования в каждой из концентраций; не проросших в контроле и не проросших при испытуемой концентрации вещества соответственно.

После получения первичных результатов экспериментов с проростками проводили их статистическую обработку.

После вычисления средней длины (или условной средней длины) проростков в ряде опытов целесообразно вычисление скорости удлинения (V) и процента ингибирования I по формулам:

У=[х(12) -ха,)]/^-!,» (2)

1 = (1-Хоп/Хкошр ) 100% = [ (Хиипр -Хоп)/Хи»пр] 100% (3)

где х01), хф) - средняя длина проростков в моменты времени 11 и г?,

Хоп- средняя длина проростков в варианте, где действуют ПАВ или тестируемая (загрязнённая) водная среда;

Хюшр - средняя длина проростков в контроле.

Для оценки статистической значимости различий между средней длиной проростков в варианте с ПАВ-содержащим смесевым препаратом и средней длиной проростков в контроле использовался критерий (критерий Стъюденга).

Таблица 2 содержит сводную информацию об опытах, проведенных с использованием вышеописанных методов:

Таблица 2. Объекты и методы исследования.

Хап/п Вид растения Вещество Метод Сезон, год

1 Elodea canadensis Michx. ПАВ додецил-сульфат натрия (ДСН) Однократная добавка (биотестирование) Весна, 2005

2 К canadensis Осень, 2005

3 Potamogeton crispus L. Весна, 2005

4 P. crispus Осень, 2005

5 Najas guadelupensis (Spreng.) Magn. Лето, 2007

6 Salvinia nutans (L.) All. Лето, 2006

7 Salvinia auriculata Aubl. Лето, 2006

8 S. auriculata Лето, 2006

9 Fontinalis antipyretica L. Весна, 2006

10 Бриофит OST-1 Лето, 2007

11 E. canadensis Метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР Зима, 2004

12 E. canadensis Весна, 2005

13 P. crispus Весна, 2005

14 P. crispus Осень, 2005

15 N. guadelupensis Весна 2006-лето-осень - зима 2007

16 Бриофит OST-1 Лето 2006 - осень -зима - весна - лето 2007

17 F. antipyretica ПАВ-содержа- смесевой препарат Однократная добавка(биотестирование) Весна, 2006

18 Бриофит OST-1 Лето 2006 -- осень - зима 2007

19 F. antipyretica Метод выявления допустимых нагрузок Весна, 2006

20 Бриофит OST-1 Лето 2006 - осень -зима - весна - лето 2007

"Аист" Однократная

Fagopyrum esculentum добавка(био- Весна,

21 Moench. тестирование) 2006

2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В работе имеются два крупных раздела, первый из которых основан на использовании традиционного подхода в изучении биоэффектов воздействия однократных добавок загрязняющих веществ на макрофиты (на примере АПАВ ДСН и изученных видов ВВР). Второй раздел посвящен изучению допустимых нагрузок загрязняющего вещества на макрофиты (на примере АПАВ ДСН и изученных видов ВВР).

2.1. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ додецилсульфата натрия на высшие водные растения

Опыты с однократными добавками ДСН показали, что среди изученных цветковых растений Р. сгкрш был относительно более чувствительным к действию однократных добавок ДСН. Так, в опытах гибель более 50 % растений была зафиксирована через 4 суток от начала опыта при концентрациях ДСН 100,0; 133,3 и 298,8 мг/л. В опыте с элодеей при концентрациях ДСН равных 298,8 мг/л гибель растений наступала на 8 сутки от начала опьгта. Среди использованных цветковых водных растений наиболее устойчивой к действию ДСН была наяда. Гибель растений К^а<к1ирегк1з в вариантах опыта с концентрацией ДСН 298,8 мг/л отмечали через 17 суток.

Среди использованных бриофитов относительно более чувствительным к действию ДСН был фонтиналис (F. antipyretica). Гибель растений F. antipyretica в вариантах опыта с концентрациями 100,0; 166,7; 250,0 и 300,0 мг/л фиксировали через 7 дней. За время проведения опыта (30 суток) с бриофитом OST-1. при тех же концентрациях АПАВ гибели растений не произошло. Бриофит OST-1 в течение более длительно!« времени выдерживал воздействие ДСН в концентрациях от 250,0 мг/л и выше, чем наяда. Так, при концентрациях 250,0 и 298,8 мг/л гибели бриофита OST-1 за время проведения опыта (30 суток) не произошло. При воздействии ДСН в концентрациях 250,0 мг/л гибель более 50 % растений N.guadelupensis была зафиксирована через 19 и 21 суток, при воздействии ДСН в концентрациях 298,8 мг/л - через 17 суток.

Изученные виды высших водных папоротников оказались крайне чувствительными к использованным концентациям ДСН от 120,0 мл/г. Омертвение части листовых пластинок S. natans в опытах с концентрациями ДСН 160,0 и 320,0 мг/л наступала на следующий день инкубации. Гибель более 50% растений регистрировали на 7 сутки при концентрации ДСН 120 мг/л и на 4 сутки при концентрации ДСН 120 мг/л 160,0 и 320,0 мг/л. Гибель более 50% растений S. auriculata наступала на 5 сутки.

В результате проведения опытов с однократными добавками были исключены относительно неустойчивые к действию однократных добавок ПАВ виды К ним были отнесены плавающие на поверхности воды водные папоротники & natans и S. auriculata. Данные виды ВВР реагировали на добавку ДСН отмиранием части листовых пластинок, погружением под воду участков листа или всей листовой пластинки, а также депигментацией листьев через 2 суток от внесения добавки ДСН от 120 мг/л. Проведенные опыты позволили предварительно выявить растения как относительно более чувствительные к действию однократных добавок относительно высоких концентраций ДСН (P. crispus, S. natans, S. auriculata, F. antipyretica), так и относительно более устойчивые среди изученных виды растений (бриофит OST-1, N. guadelupensis).

2.2. Изучение допустимых нагрузок ПАВ ДСН на высшие водные растения в условиях периодически повторяющихся (рекуррентных) добавок коитаминанта

В ходе проведения второго этапа опытов при изучении устойчивости макрофитов к ДСН в условиях периодически повторяющихся добавок ПАВ, была получена дополнительная информация, характеризующая опасность ПАВ.

Таблица 3. Биоэффекты воздействия ДСН на N. guadelupensis.

№ системы Биомасса ВВР (сырой вес) (г) Прирост количества ДСН после одной до-бавки(мг/л) Время, через которое наступала гибель > 50% ВВР (суг.) Количество добавок, после которых наступала гибель ВВР Суммарное количество ДСН*

мг/1,2л мг/л

1,2 4,45 0,0 _** .**

3,4 4,4 0,5 372 160 78,5 65,4

5,6 4,35 0,8 372 160 132,8 110,7

7,8 4,4 1,7 334 144 240,45 200,4

9,10 4,4 8,3 40 18 149,4 124,5

11,12 4,5 16,7 32 14 233,8 194,8

13,14 4,4 50,0 15 7 350,0 291,7

15,16 4,5 100,0 7 4 400,0 333,3

* Общее количество ДСН, внесенное в систему в виде распределенных во времени добавок, которое было добавлено и вызвало гибель ВВР после инкубации в течение периода, длительность которого указана в колонке 4. ** За время проведения опыта (372 суток) гибели растений не произошло. *** Опыт к указанному времени (30 суток) уже не проводится, поскольку макрофиты в этих вариантах опытов погибли значительно раньше (время, через которое наступала гибель более 50% ВВР, указано в колонке 4).

Количественные данные, представленные в таблице 3, свидетельствуют, что в определенном диапазоне доз внесения (добавок) ДСН существует прямая зависимость между разовой добавкой и общим количеством внесенного в систему загрязняющего вещества. Следовательно, чем больше разовая добавка, тем большую суммарную дозу загрязняющего вещества выдерживают растения, прежде чем погибнуть. При этом данная зависимость нарушается при увеличении разовой добавки с 1,7 до 8,3 мг/л, а при дальнейшем увеличении дозы возобновляется. Однако для комментирования данной тенденции необходимо также обратиться к третьему параметру нагрузок - временному (в соответствии с колонкой 4 таблицы 3). Так, для вариантов опытов с разовыми добавками от 0,5 до 1,7 мг/л время инкубации составляло от 334 до 372 суток - то есть относительно близка к периоду в один год. Для опытов с разовыми добавками от 8,3 до 16,7 мг/л этот показатель составлял от 32 до 40 суток, то есть порядка одного месяца. Для опытов с разовыми добавками от 50 до 100 мг/л время инкубации составляло от 7 до 15 суток, то есть не более 1 - 2 недель (рис.2).

Общее 350 количество 300 ДСН, мг/л 250 200 150 100 50 0 ¡¡¡¡1

•х!

Шш

—

Время гибели > 50 ВВР, сут. 372 372 334 40 32 15 1

Период инкубации = 1 год » 1 месяц к 1-2 недели

Разовая добавка ДСН, мг/л 0,5 0,8 1,7 8,3 16,7 50,0 100,0

Рис. 2. Динамика изменения значений общего количества ПАВ ДСН, после внесения которого наступала гибель >50% ВВР в опытах с Ж.^ма^е/иреяда.

Таким образом, в первом случае описанная зависимость между разовой и суммарной добавкой загрязняющего вещества с учетом временных параметров нагрузок ДСН свидетельствует об относительной безопасности разовых добавок от 0,5 до 1,7 мг/л, вносимых в систему хронически. В вариантах опытов с относительно большими значениями разовых добавок (от 50 мг/л и выше) время инкубации было крайне непродолжительным (1-2 недели), при этом суммарные дозы явно выходили за пределы диапазона устойчивости данного вида водных растений. В вариантах опытов, время инкубации которых составляло порядка одного месяца (при увеличении разовой добавки с 1,7 до 8,3 мг/л), было выявлено снижение значения суммарной дозы при увеличении количества ДСН в разовых добавках. Это свидетельствует о снижении уровня устойчивости. Были выявлены несколько точек, характеризующих максимальные значения диапазонов устойчивости данного вида растений к ДСН в условиях использованного режима инкубации.

В результате проведения второго этапа опытов с цветковыми водными растениями (Elodea canadensis, Potamogeton crispus, Najas guadelupensis), а также с бриофитом OST-1, были установлены максимальные нагрузки, создаваемые с помощью распределенных во времени добавок, при которых не наблюдалось значительных изменений в состоянии макрофитов по сравнению с контролем в течение относительно длительного периода времени, то есть нагрузка в использованном режиме инкубации находилась в пределах диапазона толерантности.

Допустимая суммарная нагрузка ДСН относительно более устойчивых макрофитов в условиях проведенных опытов составляла: для N. guadelupensis - 58 мг/л на 1 г фитомассы при сроке инкубации 291 сутки. Для бриофига OST-1 - 128 мг/л на 1 г фитомассы при сроке инкубации 213 суток. Для менее устойчивых видов максимально допустимая суммарная нагрузка ДСН составляла: для К canadensis -0,7 мг/л на 1 г фитомассы при сроке инкубации 18 суток. Для P. crispus - 0,6 мг/л на 1 г фитомассы при сроке инкубации 8 суток.

Параметры 350 допустимой суммарной 300

нагрузки 250

200 /

150 /

100 / лг'

50 - **

0 Е. canadensis P. crispus N. guadelupensis Бриофит OST-1

Максимальная О II продолжительность инкубации, сут. * 18 8 291 213

Общее количество ДСН, внесенное в систему в виде --о-- распределенных добавок, приходящееся на 1 г биомассы (сырой вес), мг/л 0,7 0,6 58,3 128,5

Количество загрязняющего вещества в одной добавке, мг/л 0,5 0,8 1,7 5,0

Рисунок 3. Допустимые в использованном режиме инкубации суммарные нагрузки АПАВ ДСН на 1 г сырой массы макрофитов и объем системы 1000 мл. (биомасса в расчете на сырой вес). Примечание: * Время, в течение которого не наблюдалось видимых изменений в состоянии ВВР в модельных системах. Первым из наблюдаемых признаков негативного воздействия ДСН на указанные виды ВВР была депигментация листьев.

На основании полученных количественных данных о допустимых суммарных нагрузках был произведен расчет посуточных допустимых нагрузок АПАВ ДСН на 1 г сырой массы макрофитов (Е. canadensis, P. crispus, N. guadelupensis, бриофит OST-1) и объем системы 1000 мл.

Таблица 4. Допустимые посуточные нагрузки АПАВ ДСН на 1 г сырой массы макрофитов и объем системы 1000 мл.

Наименование Параметры допустимых нагрузок

растения Масса вещества Интервал Длительность

(количество ДСН) времени инкубации

(МГ) (суг.) (сут.)

Е. canadensis 0,04 1 18

P. crispus 0,08 1 8

N. guadelupensis 0,20 1 291

Бриофит OST-1 0,60 1 213

В результате использования метода выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ были получены данные об интервалах времени, в ходе которых макрофиты были устойчивы к действию ДСН. Это позволило получить данные, которые (при отсутствии других сведений о потенциальной длительности эксплуатации подобной фитосистемы) вносят вклад в информацию для предварительной оценки возможных сроков эксплуатации фитосистемы (фитотехнологий) в условиях действия длительных (многократных) нагрузок контаминантов на ВВР.

Таким образом, допустимые нагрузки АПАВ ДСН на макрофиты составляют:

Для Е. canadensis: 0,04 г додецилсульфата натрия на объем системы 1 м3 за 1 сутки на 1 кг биомассы К canadensis. При этом в указанном режиме нагрузок ДСН максимальная длительность инкубации системы с К canadensis составляет 18 суток.

Для P. crispus: 0,08 г додецилсульфата натрия на объем системы 1 м3 за 1 сутки на 1 кг биомассы P. crispus. При этом в указанном режиме нагрузок ДСН максимальная длительность инкубации системы с P. crispus составляет 8 суток.

Для бриофита OST-1: 0,6 г додецилсульфата натрия на объем системы 1 м3 за 1 сутки на 1 кг биомассы При этом в указанном режиме нагрузок ДСН максимальная длительность инкубации системы с бриофитом OST-1 составляет 213 суток.

Для N. guadelupensis: 0,2 г додецилсульфата натрия на объем системы 1 м3 за 1 сутки на 1 кг биомассы N. guadelupensis. При этом в указанном режиме нагрузок ДСН максимальная длительность инкубации системы с N. guadelupensis составляет 291 сутки.

Следует отметить, что такие широко распространенные на территории России виды ВВР как элодея канадская и рдест курчавый рекомендованы для целей фиторемедиашш. При установленных менее высоких диапазонах устойчивости к АПАВ ДСН элодеи канадской и рдеста курчавого, полученные данные позволяют обосновано организовать более эффективный режим эксплуатации фитоочистных систем с данными видами макрофитов, для того чтобы не допустить вторичного загрязнения вод с высвобождением ранее аккумулированных растениями загрязняющих веществ.

23. Сезонные особенности в реагировании водных растений на ДСН

Представляет интерес ответ на вопрос, играет ли роль фактор сезонности во взаимодействиях ДСН с макрофитами. Были поставлены опыты, в которых регистрировали степень негативного воздействия ПАВ на состояние ВВР. Степень воздействия ранжировали в соответствии с 10-бальной шкалой (табл. 1).

В опытах с периодически повторяющимися добавками ПАВ в модельных системах с P. crispus и Е. canadensis было установлено следующее: в лабораторных условиях в весенний период использованные количества ДСН оказывали меньший отрицательный эффект на состояние (в том числе на структурную целостность стеблей)

обоих видов ВВР, чем в осенний и зимний периоды (табл. 5). Так, в осенний период (сентябрь) растения P. crispus погибали при суммарной нагрузке ДСН 33,2 мг/л за 4 добавки, внесенные за период 8 суток. Весной в этих же условиях опыта растения Р. crispus испытывали лишь сублетальные изменения, проявляющиеся в снижении тургорного давления. Весной гибели растений P. crispus в вышеуказанном варианте опыта не происходило. Растения элодеи также были устойчивее к ДСН в апреле (по сравнению с опытом в декабре).

Таким образом, опыты (табл. 5) подтвердили существование сезонных различий во взаимодействии ДСН с растениями в условиях модельных систем. Вывод о наличии сезонных особенностей в реагировании ВВР на загрязняющие химические вещества согласуется с данными, полученными в других экспериментальных системах [Король, 1985; Кузьмицкая, 1999], а также зарубежными авторами.

Таблица 5. Сезонные различия в степени воздействия ДСН на состояние стеблей (включая структурную целостность и фрагментацию) P. crispus и Е. canadensis при рекуррентных добавках** в условиях модельных систем.

№ системы Кол-во ДСН в добавке, мг Прирост кол-ва ДСН после каждой добавки, мг/л Суммарное количество ДСН за 4 добавки, мг/л Степень воздействия*

P. crispus Б. canadensis

Апрель Сентябрь Апрель Декабрь

1 0,0 0,0 0,0 0 0 0 0

2 0,0 0,0 0,0 0 0 0 0

3 0,6 0,5 2,0 0 0 0 0

4 0,6 0,5 2,0 0 0 0 0

5 1,0 0,8 за 1 1 0 1

б 1,0 0,8 3,2 1 1 0 2

7 2,0 1,7 6,8 1 1 0 2

8 2,0 1,7 6,8 1 1 0 2

9 10,0 8,3 33,2 1 9 - 3

10 10,0 8,3 33,2 1 9 - 4

11 20,0 16,7 66,8 9 10 - 10

12 20,0 16,7 66,8 9 10 - 10

13 60,0 49,8 199,2 10 10 - 10

14 60,0 49,8 199,2 10 10 - 10

* Степень воздействия на состояние стеблей оценивали по 10-бальной шкале (табл.10).

** Сделано 4 добавки за период 8 суток.

2.4. Биоэффекты воздействия ПАВ-содержащего смесевого препарата на ВВР

На основании результатов, полученных в экспериментах с использованием индивидуального ПАВ, была сформулирована гипотеза, что этот же подход можно применить к смесевым препаратам, и что можно выявить конкретные концентрации и нагрузки ПАВ -содержащих смесевых препаратов, которые характеризуют диапазон устойчивости макрофитов к использованным смесевым препаратам.

Гипотеза была проверена на ПАВ-содержащем смесевом препарате «Аист» с использованием бриофитов (К апИругеЧса и бриофит ОБТ-!).

2.4.1. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата на бриофиты

Опыты с однократными добавками ПАВ-содержащего смесевого препарата показали, что бриофит 08Т-1 был значительно более устойчив к действию данного смесевого препарата, чем Я апМругеНса. За время проведения опыта (30 суток) гибели бриофитов ОЭТ-! не произошло.

Таблица 6. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата "Аист" на бриофиты.

Отно- Время, через Время,

шение которое через

количества наблюдались которое

№ Био- Концент- в-вак первые наступала

со- масса рация биомассе негативные гибель >50%

Наименование су- (сырой ДСН, растений, признаки**, растений,

растения да вес), г мг/л мг/г сут. сут.

Бриофит 08Т-1 1 4,4 0,0 0,0 -*

2 4,0 0,0 0,0 -*

3 4,1 100,0 24,4 -*

4 7,0 100,0 14,3

5 4,4 166,7 37,9 -*

6 4,5 166,7 37,0 -*

7 4,4 200,0 45,5 11 -*

8 4,0 200,0 50,0 11 -*

9 4,3 250,0 58,1 И -*

10 4,5 250,0 55,6 11 -*

11 4,0 300,0 75,0 11 -*

12 4,2 300,0 71,4 11 -*

13 4,5 400,0 88,9 И -*

14 4,5 400,0 88,9 11 -*

15 4,2 600,0 142,9 И -*

16 4,4 600,0 136,4 11 -*

17 4,3 800,0 186,0 11 -*

18 4,5 800,0 177,8 11 -*

19 4,5 1000,0 222,2 11 -*

20 4,3 1000,0 232,6 11 -*

К стНругеНса 1 7,3 0,0 0,0

2 7,2 0,0 0,0 .»

3 7,4 100,0 13,5 5 7

4 7,0 100,0 14,3 5 7

5 7,1 166,7 23,5 2 7

6 7,0 166,7 23,8 2 7

7 7,4 200,0 27,0 2 5

8 7,2 200,0 27,8 2 5

9 7,4 250,0 33,8 2 5

10 7,0 250,0 35,7 2 5

И 7,0 300,0 42,9 2 5

12 7,1 300,0 42,3 2 5

* За 30 суток проведения опыта гибели растений не произошло.

** Депигментация листьев.

2.4.2 Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата на прорастание семян Fagopyrum esculentum

В научной литературе к настоящему времени существует большой объем научной информации, полученной в ходе предыдущих опытов, основанных на однократных добавках загрязняющих веществ в систему с гречихой F. esculetum [Остроумов С.А., 1990 (а, б); 2001]. Для того чтобы связать уже имеющиеся в литературе данные с нашей работой, мы также проводили опыты на проростках семян данного вида.

В водной среде, содержащей смесевой препарат «Аист» (0,06 мг/мл), рост проростков гречихи F. esculetum подавлялся.

Так, через 25 ч. после инкубации в воде условная средняя длина (УСД) проростков составляла 0,5 мм по сравнению с 1,1 мм в контроле.

Через 74 ч. инкубации УСД проростков составляла соответственно 10,8 мм и 46,0 мм в контроле.

Таким образом, в среде, содержащей 0,06 мг/мл ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист», УСД проростков снижалось более чем в 4 раза.

При содержании ПАВ-содержащего смесевого препарата 0,13 мг/мл и выше эффект воздействия CMC проявлялся еще более ярко.

В присутствии ПАВ-содержащего смесевого препарата резко снижалась всхожесть семян F. esculentum (табл. 7).

Таблица 7. Условная средняя длина проростков Fagopyrum езсиЫпШт в водной среде с ПАВ-содержащим смесевым препаратом "Аист".

Время, ч CMC мг/мл УСД», мм СКО** Стандартная ошибка М*** п р*»**

25 0.00 1.1 1.1 0.2 8 20 -

0.01 0.8 0.4 0.1 5 20 0,0686

0.02 0.8 0.4 0.1 4 20 0,1172

0.03 0.5 0.5 0.1 10 20 0,0010

0.06 0.5 0.7 0.2 12 20 0,0001

0.13 .**♦* - - 20 20 0,0001

0.25 - - - 20 20 0,0001

0.50 - - - 20 20 0,0001

74 0.00 46.0 19.9 4.5 1 20 -

0.01 47.3 25.6 5.7 2 20 0,2531

0.02 47.0 23.8 5.3 0 20 0,3091

0.03 30.5 15.3 3.4 2 20 <0,0001

0.06 10.8 14.4 3.2 12 20 <0,0001

0.13 0.5 0.9 0.2 16 20 <0,0001

0.25 0.3 0.6 0.1 16 20 <0,0001

0.50 0.03 0.1 <0.01 19 20 <0,0001

* УСД - условная средняя длина проростков [1].

** СКО - среднее квадратическое (квадратичное) отклонение от УСД при п=20. ***М - число непроросших семян.

**** - прочерк соответствует отсутствию проросших семян на момент измерения.

**** р - вероятность, соответствующая парному критерию Стьюдента, с односторонним

распределением.

Также наблюдалось влияние ПАВ-содержащего смесевого препарата на изменение в соотношении длины стеблей и корней проростков. На седьмой день опыта в

контрольных чашках соотношение средней длины стеблей и корней составляло 1:2. Опыты показали, что через 7 сут. культивирования проростков гречихи на водной среде, содержащей смесевой препарат «Аист» (0,01; 0,02; 0,03 мг/мл), корни проростков были короче, чем в контроле, при этом соотношение средней длины стеблей и корней составило 1:1,5 соответственно.

Однако, при более высоких концентрациях препарата (от 0,06 мг/мл) корни проростков были длиннее, чем в контроле. При таких условиях соотношение средней длины стеблей и корней напротив составило 1,5:1.

Результаты опытов показали наличие ингибирующего действия ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на прорастание семян.

Проведенный эксперимент дает новую информацию о биологической активности ПАВ-содержащего препарата и согласуется с данными о биологической активности некоторых других видов ПАВ-содержащих смесевых препаратов и поверхностно-активных веществ на проростки риса (CMC «Каштан») и гречихи (додецилсульфат натрия, Тритон Х-100, сульфонол, CMC «Кристалл», ПМС «Вильва») [С.А. Остроумов, 2001].

2.43. Изучение допустимых нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата

на высшие водные растения в условиях периодически повторяющихся (рекуррентных) добавок CMC

Опыты с применением периодически повторяющихся добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» позволили получить информацию о пределах устойчивости использованных бриофитов к данному смесевому препарату в использованном режиме инкубации. Так, бриофит OST-1 показал устойчивость к значительно более высоким нагрузкам данного смесевого препарата, чем F. antipyretica (табл. 8).

Максимальные нагрузки, создаваемые с помощью периодически повторяющихся добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист», при которых не наблюдалось значительных изменений в состоянии бриофитов в модельных системах по сравнению с контролем, отражены в таблице 8:

Таблица 8. Изучение пределов устойчивости (толерантности) водных растений в модельных системах. Максимальные нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист», создаваемые с помощью рекуррентных добавок, при которых не наблюдалось значительных изменений в состоянии махрофитов по сравнению с контролем.

Наименование Суммарные нагрузки Кол-во Кол- Время, в течение

растения (количества) CMC, не CMC в во которого не

приводящие к видимым одной доба- наблюдалось видимых

изменениям в состоянии доба- вок изменений в состоянии

ВВР в модельных вке, ВВР в модельных

системах, мг/л мг/л системах, сут.

Бриофит OST-1 1 687,5 12,5 135 314

F. antipyretica 62,5 12,5 5 11

* За время проведения опыта гибели растений не произошло.

Для К апНругеИса допустимая в использованном режиме инкубации суммарная нагрузка ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» составляла 62,5 мг/л при инкубации в течение 11 суток при количестве вещества в 1 добавке -12,5 мг/л.

Для бриофита 08Т-1 допустимая в использованном режиме инкубации суммарная нагрузка ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» составляла 1687,0 мг/л при инкубации в течение 314 суток при количестве вещества в 1 добавке -12,5 мг/л.

Таким образом, устойчивость изученных видов бриофитов к ПАВ-содержащему смесевому препарату «Аист» при использованном режиме инкубации возрастала в следующем порядке: К апНругейса < Бриофит 08Т-1.

На основании полученных данных был произведен расчет допустимых в использованном режиме инкубации суммарных нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на систему с макрофитами в пересчете на 1 г. биомассы растений.

Параметры 350 допустимой суммарной 300 на1рузки 250 200 150 100 50 0 0 /•

/ / //

// //

// /У

/г

F. antipyretica Бриофит OST-1

Максимальная * продолжительность инкубации, сут. * 11 314

Общее количество CMC, внесенное в систему в виде —о— распределенных добавок, приходящееся на 1 г биомассы (сырой вес), мг/л 7,0 333,3

Количество загрязняющего вещества в одной добавке, мг/л 12,5 12,5

Рисунок 4. Допустимые в использованном режиме инкубации суммарные нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на систему с ВВР в пересчете на 1 г биомассы растений.

Таким образом, в использованном режиме инкубации допустимые суммарные нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на системы с ВВР в пересчете на 1 г биомассы растений составляли для К апНругеНса: 7,0 мг/г при максимальной продолжительности инкубации 11 суток и количестве вещества в одной добавке 12,5 мг/л.

Допустимые суммарные нагрузки данного смесевого препарата на 1 г биомассы для бриофита 08Т-1 составляли 333,3 мг/г при максимальной продолжительности инкубации 314 суток и количестве вещества в одной добавке 12,5 мг/л.

На основании полученных количественных данных о допустимых суммарных нагрузках был произведен расчет посуточных допустимых нагрузок использованного ПАВ-содержащего смесевого препарата на 1 г сырой массы ВВР и объем системы 1000 мл (табл. 9).

Таблица 9. Допустимые посуточные нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на 1 г сырой массы макрофитов и объем системы 1000 мл.

Параметры допустимой нагрузки

Наименование Масса вещества Интервал Длительность

растения (количество времени инкубации

СМС) (мг) (сут.) (сут.)

Бриофит ОБТ-1 1,06 1 314

Р. апНругеИса 0,64 1 11

Таким образом, допустимые посуточные нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на макрофиты составляют:

Для К апНругеЧса: 0,64 мг на объем системы 1 л за 1 сутки на 1 г биомассы Р. апНругеНса. При этом в указанном режиме нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата максимальная длительность инкубации системы с Р. апЧругеЧса составляет 11 суток.

Для бриофита 08Т-1: 1,06 мг на объем системы 1 л за 1 сутки на 1 г биомассы бриофитов ОвТ-1. При этом в указанном режиме нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата максимальная длительность инкубации системы с бриофитом ОЭТ-! составляет 314 суток.

Таким образом, можно заключить, что предложенный метод подходит как для выявления допустимых нагрузок индивидуальных загрязняющих веществ на ВВР, так и для выявления допустимых нагрузок комплексных смесевых препаратов на ВВР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования показали, что относительно более устойчивыми видами растений к действию ПАВ ДСН были бриофит 08Т-1 и N. ^с!е1ирет1В.

Выявленные в данном исследовании количественные показатели устойчивости макрофитов к АПАВ ДСН и ПАВ-содержащему смесевому препарату вносят вклад в информацию для более обоснованного применения водных растений в целях восстановления водных объектов и кондиционирования воды.

Таким образом, полученные результаты могут быть использованы при разработке, планировании, внедрении и использовании биотехнологий очистки и доочистки водных объектов и систем с применением высших водных растений (фитотехнологии).

Проведенные опыты подтвердили, что изучение устойчивости макрофитов к ПАВ в подобных экспериментальных условиях дает новые дополнительные данные, которые позволяют сопоставить различные виды растений с точки зрения их перспективности для использования в целях очистки и доочистки водных объектов.

Разработанный метод пригоден для получения аналогичной научной информации об устойчивости других видов ВВР и расчета параметров полезных для проектирования и эксплуатации систем, использующих биотехнологии с ВВР.

ВЫВОДЫ

1. Разработан и апробирован метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения (ВВР). Метод основан на использовании периодически повторяющихся (рекуррентных) добавок загрязняющего вещества одинаковой концентрации, вносимых в модельные системы с ВВР в течение определенного периода времени с ежесуточным мониторингом состояния ВВР как биокомпонента системы. На основании полученных данных о допустимых суммарных нагрузках производится расчет допустимых посуточных нагрузок загрязняющих веществ на ВВР.

2. Выявлены допустимые нагрузки загрязняющих веществ (на примере индивидуального поверхностно-активного вещества (ПАВ) додецилсульфата натрия и ПАВ-содержащего смесевого препарата) в модельных системах, каждая из которых содержала один из пяти использованных видов ВВР.

3. На основании выявленных допустимых суммарных нагрузок рассчитаны допустимые посуточные нагрузки использованных загрязняющих веществ на ВВР.

4. Установлено, что допустимые суммарные нагрузки ПАВ додецилсульфата натрия (ДСН) на 1 г фитомассы (сырой вес) в условиях модельных систем составляли: для N. guadelupensis — 58,3 мг/л при сроке инкубации 291 сутки. Дня бриофита OST-1 -128,5 мг/л при сроке инкубации 213 суток. Для К canadensis - 0,7 мг/л при сроке инкубации 18 суток. Для P. crispus - 0,6 мг/л при сроке инкубации 8 суток.

5. Рассчитанные допустимые посуточные нагрузки ДСН на 1 г фитомассы (сырой вес) составляли: для Е. canadensis - 0,04 мг/л при максимальном сроке инкубации 18 суток. Для P. crispus - 0,08 мг/л при максимальном сроке инкубации 8 суток. Для бриофита OST-1 - 0,6 мг/л при максимальном сроке инкубации 213 суток. Для N. guadelupensis - 0,2 мг/л при максимальном сроке инкубации 291 сутки.

6. Разработанный метод позволяет определять длительность эксплуатации фитосистемы, выживаемость ВВР и сроки замены фитомассы, а также определять возможность устойчивости фотосистем к максимальным нагрузкам загрязняющих веществ.

7. На основании проведенных исследований разработаны практические рекомендации полезные профильным организациям для проектирования промышленных фитосистем.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

• Разработанный метод позволяет получить значения допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР, в связи с чем может быть рекомендован к использованию для выявления видов ВВР, относительно более устойчивых к действию загрязняющих веществ.

• Для изучения алгоритмов расчета допустимых сроков эксплуатации фитокомпонента гидрофитных систем в целях минимизации возможного негативного воздействия ВВР на качество воды и поддержания устойчивости функционирования гидрофитной системы рекомендуется использовать данные о допустимых нагрузках загрязняющих веществ на ВВР;

• Для выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на гидрофитные системы с ВВР целесообразно применять гидрофитные модельные системы определенного типа, соответствующего типу гидрофитных систем, для которых рассчитываются допустимые нагрузки загрязняющих веществ.

• Получаемые значения допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР рекомендуется учитывать при проектировании гидрофитных систем для обеспечения: (1) соответствия эксплуатационных показателей фитокомпонента системы расчетным проектным значениям; (2) предотвращения вторичного загрязнения воды в гидрофитных системах вследствие отмирания части ВВР в результате негативного действия загрязняющих веществ; (3) расчета количества фитомассы (сырого веса) на единицу объема гидрофитной системы, достаточного для удовлетворения функциональности системы.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Остроумов С. А., Соломонова Е. А. Додецилсульфат натрия: воздействие на водный макрофит Potamogeton crispus L. // Токсикологический Вестник. - 2006. - № 6. -С. 24-27.

2. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Синтетическое моющее средство «Аист-Универсал»: воздействие на Fontinalis antipyretica Hedw. // Токсикологический Вестник. -2007.-№ 1.-С. 40-41.

3. Остроумов С. А., Соломонова Е.А. Синтетическое моющее средство «Аист-Универсал»: воздействие на прорастание семян и удлинение проростков гречихи Fagopyrum esculentum. - Токсикологический вестник. - 2007. - №5. - С. 42-43.

4. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Изучение фиторемедиационного потенциала трех видов макрофигов: взаимодействие с додецилсульфатом натрия // Экологические системы и приборы. - 2007. - № 5. - С. 20-22.

5. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Изучение устойчивости водного макрофита Potamogeton crispus L. к додецилсульфату натрия // Вестник МГУ. Серия Биология. -2007. - № 4. - С.39-42.

6. Остроумов С. А., Соломонова Е.А. Исследование взаимодействия додецилсульфата натрия с водными макрофитами в экспериментальных условиях // Токсикологический вестник. — 2008. — №4. — С. 21 — 26.

7. Соломонова Е. А., Остроумов С. А. «Воздействие додецилсульфата натрия на биомассу макрофитов Najas guaidelupensis L.» // Токсикологический вестник. - 2009. - № 2. - С.32-35.

Брошюра:

8. Соломонова Е.А. Изучение устойчивости макрофитов к анионным ПАВ и ПАВ-содержащим смесевым препаратам в целях разработки научных основ фитотехнологий. М. МАКС-Пресс. - 2007. - 38 с.

Прочие опубликованные работы:

9. Манченко Е.А. (Соломонова Е.А.). Эффекты воздействия додецилсульфата натрия на Elodea canadensis IIXII междунар. конф. «Ломоносов-2005» 12-15 апреля 2005. - М. -С. 141-142.

10. Манченко Е.А. (Соломонова Е.А.), Остроумов С.А. Изучение взаимодействия додецилсульфата натрия и Elodea canadensis // Междунар. конф. «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» 14-16 сентября 2005г. -Саратов.-С. 34-35.

И. Ostroumov S.A., Manchenko Е.А. (Solomonova Е.А.). Studying interactions between Elodea canadensis and sodium dodecyl sulphate // The 3rd Intenational Phytotechnologies Conference, 2005 April 19-22, Atlanta, Georgia, p.153.

12. Ostroumov S.A., Manchenko E.A. (Solomonova E.A.) et. all. Brindging ecology and phytotechnology: phytoremediation potential of some aquatic and terrestrial plants // The 3rd Intenational Phytotechnologies Conference, 2005 April 19-22, Atlanta, Georgia.

13. Ostroumov S.A., McCutcheon S.C., Nzengung V.A., Yifru D.D., Manchenko E.A. (Solomonova). Plant ecology and phytoremediation: using potential of some aquatic and terrestrial plants to decontaminate environment // Abstracts. EURECO 2005. X European Ecological Congress, November 8-13, 2005, Kusadasi, Izmir, Turkey. META Press, Bornova/Izmir. 2005, p. 171.

14. Ostroumov S.A., Manchenko E.A. (Solomonova E.A.). Biological effects of chemicals that pollute aquatic ecosystems: interactions between sodium dodecylsulphate and Elodea canadensis II Abstracts. EURECO 2005. X European Ecological Congress, November 8-13, 2005, Kusadasi, Izmir, Turkey. META Press, Bornova/Izmir. 2005, p. 177.

15. Соломонова E.A., Остроумов С.А. Разработка фитотехнологий предотвращения загрязнения водной среды. - Интеграция научно-технической и педагогической

общественности в обеспечении экологической безопасности. Материалы конференции в рамках научно-технического конгресса по безопасности «Безопасность - основа устойчивого развития регионов и мегаполисов». Москва, 12 октября 2005 г., М.: Правительство Москвы; Международный, Российский и Московский союзы научных и инженерных общественных объединений; МГУ. - 2005. - С.43-46.

16. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Разработка фшотехнологий снижения загрязнения водной среды // Водные экосистемы и организмы -7. Труды научной конференции «Водные экосистемы и организмы -7» 15 октября 2005. - М. - Макс Пресс. -С. 94-99.

17. Соломонова Е.А., Остроумов СЛ. Взаимодействие поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия с рдестом курчавым // IX Съезд Гидробиологического общества РАН (г. Тольятти, Россия, 18-22 сентября 2006 г.), тезисы докладов, т. II / Отв. Ред. академик РАН, д.б.н. А.Ф. Алимов, чл.-корр. РАН, д.б.н, Г.С. Розенберг. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2006. (- 281 с.) С. 162.

18. Остроумов СЛ., Соломонова ЕЛ. Об изучении самоочищения воды и взаимодействий поллютантов (ПАВ) с биотой: поиск подходов к разработке вопросов, существенных для устойчивого использования водных ресурсов // В кн.: Устойчивое развитие природа - общество - человек. Материалы международной конференции (5-6 июня 2006, организаторы МПР РФ, Торгово-промышленная палата РФ), 2006, Москва, ЗАО "Инновационный экологический фонд", Том 2, С. 57-58.

19. Соломонова Е.А., Остроумов СЛ. Биоэффекш воздействия додецилсульфата натрия на водные макрофиты // Водное хозяйство России, №6,2006, С. 32-39.

20. Соломонова ЕЛ, Остроумов СЛ. Влияние сезонности на взаимодействие элодеи канадской с поверхностно-активным веществом // IX Съезд Гидробиологического общества РАН (г. Тольятти, Россия, 18-22 сентября 2006 г.), тезисы докладов, т. П / Отв. Ред. академик РАН, д.б.н. А.Ф. Алимов, чл.-корр. РАН, д.б.н. Г.С. Розенберг. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2006. (-281 с.) С. 163.

21. Остроумов СЛ., Соломонова ЕЛ. Изучение фиторемедиационного потенциала водных растений // Экология окружающей среды и безопасность жизнедеятельности. 2006 -№6.-С. 63-68.

22. Остроумов СЛ., Соломонова ЕЛ. Изучение толерантности макрофита Najas sp. при воздействии додецилсульфата натрия в условиях рекуррентных добавок в течение периода времени более двух месяцев // Ecol. Studies, Hazards, Solutions. - 2006. - Т. 11.— С. 86-87.

23. Астахова Л.Ю., Ворожун И.М., Горшкова О.М., Днестровская Н.Ю., Зимнюков В.А., Колесников М.П., Колотилова H.H., Кудряшов М.А., Мак Катчеон С., Остроумов СЛ., Солдатов A.A., Соломонова Е.А., Шелейковский ВЛ. Гидробиологические механизмы кондиционирования пространства гидросферы: полифункциональная роль гидробионтов // Пространство и время / V Междунар. конф. (2-3 июня 2006), М.: Культурный центр "Новый Акрополь". - 2006. - С.24-25.

24. Горшкова О.М., Капица А.П., Остроумов СЛ., Соломонова ЕЛ. Гидробиологические механизмы в пространстве гидросферы: взаимосвязь биоты, растворенного органического вещества и наночастиц органического вещества // Пространство и время / V Междунар. конф. (2-3 июня 2006). М.: Культурный центр "Новый Акрополь". - 2006. - С.25-26.

25. Остроумов СЛ., Соломонова ЕЛ. К разработке гидробиологических вопросов фиторемедиации: взаимодействие трех видов макрофитов с додецилсульфатом натрия // Вода и экология. - 2006. - № 3. - С.45-49.

26. Остроумов СЛ., Зубкова Е.И., Кривицкий С.В., Крупина М.В., Микус A.A., Мунжиу О., Соломонова ЕЛ., Тодераш И.К. О принципах использования организмов в целях контроля и улучшения состояния водной среды // Пространство и время. VI

Международная научная конференция (25-26 мая 2007). М.: Культурный центр "Новый Акрополь". - 2007. - С.34-35.

27. Соломонова Е.А. Изучение толерантности высших водных растений к анионным ПАВ // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов - 2007". Секция "Биология". 11-14 апреля 2007 г. -М. МАКС-Пресс. - 2007 . -С. 78.

28. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Инновационная разработка экотехнологического подхода к очищению вод: фиторемедиация с использованием водных макрофитов // Вода: Технология и экология. - 2008/3. - С. 48-56.

29. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Воздействие поверхностно-активного вещества на макрофиты Potamogeton crispus L. в условиях микрокосмов // Химическая и биологическая безопасность. - 2008. - № 3-4. - С.14-18.

30. Остроумов С.А., Шестакова Т.В., Котелевцев C.B., Соломонова Е.А., Головня Е.Г., Поклонов В.А. Присутствие макрофитов в водной системе ускоряет снижение концентраций меди, свинца и других тяжелых металлов в воде. // Водное хозяйство России. - 2009. - No. 2. - С. 58 - 67.

31. Остроумов С.А., Головня Е.Г., Горшкова О.М., Лазарева Е.В., С.МакКатчеон, Соломонова ЕЛ., Шестакова Т.В.. Инновационная фитотехнология: вклад в наилучшие доступные технологии комплексного контроля и предотвращение загрязнение воды// Ecol. Stud., Haz., Solutions, 2009, - V.13. - P.101-103.

32. Остроумов СЛ., Котелевцев C.B., Шестакова Т.В., Колотилова H.H., Поклонов В.А., Соломонова Е.А. Новое о фиторемедиационном потенциале: ускорение снижения концентраций тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu) в воде в присутствии элодеи. // Экологическая химия. - 2009. - 18(2) - С. 111-119.

33. Ворожун И.М., В.В.Ермаков, ВЛ.Зимнюков, М.П.Колесников, Н.Н.Колотилова, С.В.Котелевцев, МЛ.Кудряшов, Е.ВЛазарева, С.МакКатчеон, К.Н.Новиков, СЛ.Остроумов, АЛ.Содцатов, А.В.Смуров, Е.А.Соломонова, ВЛ.Шелейковский, Т.В .Шестакова. Гидроэкологические механизмы кондиционирования гидросферы: полифункциональная роль биоты. - Ecological Studies, Hazards, Solutions. - 2009. - V.14. -P. 20.

34. Остроумов СЛ., Лазарева Е.В., Соломонова Е.А. Влияние макрофитов на поверхностное натяжение воды, содержащей додецилсульфат натрия: поиск фитотехнологий очищения воды// Экологическая химия. 2009. 18(1): 41-45. [= Effects of macrophytes on the surface tension of water solution of sodium dodecyl sulphate: searching phytotechnologies for water treatment // Ecological Chemistry. 2009,18(1): 41-45. Bibliogr. 11 refs.; coauthors: Ostroumov S.A., LasarevaE. V., SolomonovaE.A.].

35. Остроумов СЛ., Соломонова E.A., Лазарева E.B. Разработка энергосберегающей экологической биотехнологии очищения воды с применением макрофитов: использование международного опыта // Материалы Пятого съезда Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова: Москва, 2-4 декабря 2008 г./Под ред. Р.Г. Василова.- М..ТОУ ВПО МГУД.-2009. -С. 151-152.

Основные сокращения, использованные в работе: АПАВ - анионное поверхностно-активное вещество, ВВР - высшие водные растения, ДСН - додецилсульфат натрия, ПАВ - поверхностно-активное вещество, CMC - синтетическое моющее средство, СПАВ -синтетическое поверхностно-активное вещество.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от01.12.99 г. Подписано к печати 29.10.2009 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 589. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Соломонова, Елена Анатольевна

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. О влиянии высших водных растений на качество воды водоемов и водотоков

1.1.1. Пути формирования качества воды под влиянием высших водных растений

1.1.2. Примеры взаимодействия высших водных растений с органическими веществами

1.1.2.1. ПАВ и ПАВ-содержащие смесевые препараты (детергенты)

1.1.2.2. Пестициды

1.1.2.3. Нефть и нефтепродукты

1.1.2.4. Фенолы

1.1.3. Примеры взаимодействия высших водных растений с неорганическими веществами

1.1.3.1. Азот и фосфор

1.1.3.2. Тяжелые металлы

1.1.3.3. Другие неорганические вещества

1.1.4. Высшие водные растения в очистке водной среды от загрязняющих веществ. Количественные данные, характеризующие эффективность удаления загрязняющих веществ высшими водными растениями (примеры публикаций)

1.1.5. О видах высших водных растений, использованных в данной работе, и их экологических особенностях

1.2. Высшие водные растения как биокомпонент фитотехнологических систем

1.2.1. О терминах и классификации гидрофитных водных систем

1.2.2. Достоинства и преимущества фитотехнологических систем

1.2.3. О проектировании гидрофитных очистных систем

1.2.4. Об ограничениях в сроках эксплуатации фитокомпонента биоплато и влиянии данного фактора на эксплуатационные особенности биоплато

1.2.5. О зависимости эффективности функционирования гидрофитных систем от параметров нагрузок загрязняющих веществ

1.2.6. О значимости диапазонов устойчивости макрофитов к загрязняющим веществам и допустимых сроков эксплуатации гидрофитных систем для определения научно-обоснованных режимов эксплуатации гидрофитных систем

1.3. О методах в изучении взаимодействия количественного и качественного состава первичного стока с высшими водными растениями

1.3.1. Методы в изучении влияния количественного и качественного состава первичного стока на выживаемость макрофитов

1.3.2. Метод рекуррентных добавок. Предпосылки появления метода

1.3.3. Сопоставление подходов к изучению взаимодействия между химическим веществом и организмом

1.3.4. Связь параметров, определяемых в опытах с применением метода рекуррентных добавок, с определением режимов эксплуатации гидрофитных систем

1.4. Список определений некоторых терминов

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Организмы: обоснование выбора, экологические особенности и методические аспекты использования

2.2. Воздействующие вещества

2.2.1. Анионное поверхностно-активное вещество додецилсульфат натрия

2.2.2. Синтетический ПАВ-содержащий смесевой препарат «Аист»

2.3. Методы . ■

2.3Л. Опыты с применением однократных:добавок.загрязняющего вещества в модельные системы с макрофитами (биотестирование).•

2.3.2. Опыты с применением неоднократных добавок загрязняющего вещества в модельные системы с макрофитами

2.3.2.1. Метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения

2.3.3. Метод выявления биологической активности загрязняющих веществ по степени прорастания семян растений

2.3.5. Обоснование использованных методов исследования

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ додецилсульфата натрия (ДСН) на высшие водные растения

3.1.1. Выявление показателей негативного воздействия ПАВ на использованные виды макрофитов

3.1.2. Биоэффекты воздействия однократных добавок ДСН на цветковые водные растения

3.1.3. Биоэффекты воздействия однократных добавок ДСН на высшие водные папоротники

3.1.4. Биоэффекты воздействия однократных добавок ДСН на бриофиты

3.2. Изучение устойчивости высших водных растений к ПАВ в условиях рекуррентных добавок ПАВ

3.2.1. Биоэффекты воздействия ДСН на биомассу макрофитов в опытах с рекуррентными добавками (на примере N. guadelupensis)

3.2.2. Нагрузки, выходящие за пределы диапазона устойчивости в использованном режиме инкубации

3.2.3. Устойчивость макрофитов к ДСН в использованном режиме инкубации

3.2.3.1. Максимальные нагрузки ДСН, создаваемые с помощью рекуррентных добавок, при которых не наблюдалось значительных изменений в состоянии макрофитов в ,модельных системах

3.2.3.2. Допустимые в использованном режиме инкубации- суммарные нагрузки ДСН

3.3. Оценка допустимых нагрузок ДСН на основе количественных данных об устойчивости макрофитов к ПАВ, полученных при использовании рекуррентных добавок

3.3.1. Допустимые суммарные нагрузки ДСН (на 1 г сырой массы макрофитов и объем системы 1000 мл)

3.3.2. Допустимые посуточные нагрузки ДСН (на 1 г сырой массы макрофитов и объем системы 1000 мл)

3.3.3. Допустимые сроки инкубации системы с макрофитами в условиях посуточной нагрузки ДСН

3.4. Сезонные особенности в реагировании водных растений на ПАВ

3.5. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащих смесевых препаратов на макрофиты

3.5.1. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата на бриофиты

3.5.2. Биоэффекты воздействия однократных добавок ПАВ-содержащего смесевого препарата на прорастание семян F. esculetum

3.6. Изучение устойчивости макрофитов к ПАВ-содержащим смесевым препаратам в условиях рекуррентных добавок CMC

3.6.1. Нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист», выходящие за пределы диапазона устойчивости в использованном режиме инкубации

3.6.2. Устойчивость макрофитов к ПАВ-содержащему смесевому препарату в использованном режиме инкубации

3.6.2.1. Максимальные1 нагрузки ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист», создаваемые с помощью периодически повторяющихся добавок, при которых не наблюдалось значительных изменений в состоянии макрофитов в модельных системах

3.6.2.2. Допустимые в использованном режиме инкубации суммарные нагрузки CMC:

3.7. Оценка допустимых нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» на основе количественных данных об устойчивости высших водных растений к CMC, полученных при использовании рекуррентных добавок

Введение Диссертация по биологии, на тему "Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями"

Актуальность проблемы. Высшие водные растения (ВВР) являются одним из широко используемых объектов биотехнологий [Жиров, 2008; Жученко, 2007; Крот, 2006; Эйнор, 1990; Blum, 2003; Faulkner et al., 1989; Hammer, 1992; Wang et al., 2002]. Доказана перспективность и полезность использования ВВР в целях очищения воды и улучшения ее качества [Кокин, 1982; Кроткевич, 1982; Кудряшов, Садчиков, 2002; Остроумов, Лазарева, 2009; Смирнова, 1980; Ратушняк, Андреева, 1998; Сакевич, 2003; Штамм, 1988; Brix, 1990; Thomas et al., 1989; Traina et al., 1996]. На многих объектах многократно продемонстрирована эффективность ВВР в очищении водной среды [Васюков, 2003; Власов, Гигевич, 2002; Магомедов, 1986; Журба и др., 2003].

Потенциальная сфера применимости биотехнологий с использованием ВВР очень широкая. Одно из препятствий в ее использовании -недостаточное количество научных данных об экологических особенностях ВВР, необходимых для обеспечения соответствия эксплуатационных показателей расчетным проектным значениям. Существует опасность вторичного загрязнения воды в гидрофитных системах вследствие отмирания части ВВР в результате действия загрязняющих веществ и других факторов. При этом существует недостаток научной информации о том, каким образом следует учитывать неоднократное действие различных загрязняющих веществ на ВВР, в том числе нагрузку по загрязняющим, веществам на ВВР в условиях неоднократного (распределенного во времени) поступления загрязняющих веществ в систему.

Среди приоритетных вопросов организации биотехнологических гидрофитных систем различного назначения можно выделить: получение информации о видах ВВР, устойчивых к неоднократному поступлению в среду загрязняющих веществ, основанной на количественно различимых критериях оценки допустимых нагрузок загрязняющих веществ на фитокомпонент системы; поиск алгоритмов расчета допустимых сроков эксплуатации фитокомпонента гидрофитных систем в целях минимизации возможного негативного воздействия ВВР на качество воды и поддержания устойчивости функционирования гидрофитной системы; возможность расчета количества фитомассы (сырого веса) на единицу объема гидрофитной системы, достаточного для удовлетворения функциональности системы.

Степень разработанности проблемы. В последние годы большое внимание уделяется разработкам биотехнологий с использованием ВВР в целях улучшения состояния объектов окружающей среды. Актуальна проблема определения допустимых нагрузок на водные, экосистемы [Моисеенко 1999; Моисеенко, Яковлев; 1999].

К настоящему времени изучены многие вопросы о влиянии'различных веществ на ВВР (включая тяжелые металлы, нефть, пестициды, фенолы и др.). Есть данные о количественном содержании в тканях растений загрязняющих веществ. Описаны пути формирования качества вод под влиянием высших водных растений. В настоящее время активно разрабатывается вопрос о допустимых объемах выбросов химических веществ.

В. соответствии* с данной целью были поставлены следующие задачи исследования:

1) Разработать метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения.

2) Произвести его апробацию на пяти видах ВВР.

Научная новизна работы. Впервые разработан и апробирован метод выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на высшие водные растения в условиях неоднократного поступления загрязняющих веществ в фитосистему. Данный метод восполняет существовавший пробел в изучении действия распределенных нагрузок загрязняющих веществ на биосистемы с ВВР.

Впервые выявлены допустимые нагрузки загрязняющих веществ (на примере индивидуального ПАВ додецилсульфата натрия и ПАВ-содержащего смесевого препарата) в условиях неоднократного поступления контаминантов в модельные системы, каждая из которых содержала один из пяти использованных видов ВВР.

Разработанный метод позволил определять возможность устойчивости фитосистем к максимальным нагрузкам загрязняющих веществ, неоднократно поступающих в гидрофитную систему, определять длительность эксплуатации фитосистемы, выживаемость ВВР и сроки замены фитомассы.

Выявлены новые биологические эффекты воздействия СПАВ и ПАВ1 содержащих смесевых препаратов на ВВР. Получены, новые данные,

Научно-практическая значимость работы. Выявленные в данном исследовании количественные показатели устойчивости ВВР к АПАВ додецилсульфату натрия (ДСН) и ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» вносят вклад в информацию для более обоснованного применения водных растений в целях биотехнологий восстановления водных объектов с использованием ВВР.

Практическое значение обусловлено тем, что в загрязняемые водные объекты контаминанты (в том числе синтетические ПАВ) могут поступать со сточной водой неединичными выбросами. Изучение устойчивости ВВР к загрязняющим веществам в подобных условиях — необходимый элемент разработки научных основ биотехнологий с использованием ВВР.

Апробация работы. Основные результаты работ по теме диссертации были представлены на международной конференции «Ломоносов-2005» (Москва, 2005), научной конференции «Водные экосистемы и организмы-7» (Москва, 2005), научной конференции «Водные экосистемы и организмы-8» (Москва, 2006), международной конференции «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), международной конференции «Пространство и время» (Москва, 2007), на 5-м съезде Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Москва, 2008), секции гидробиологии МОИП (Москва, 2008), семинаре

Химия и токсикология окружающей среды» (Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 2008), в ГУЛ г. Москвы «Институт МосводоканалНИИпроект» (Москва, 2009).

По теме диссертации опубликовано 34 печатных работ, из них: 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ — ИМБП РАН "Обитаемость замкнутых объектов и системы жизнеобеспечения" 15.06.2009 г.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Соломонова, Елена Анатольевна

ВЫВОДЫ

4. Установлено, что допустимые суммарные нагрузки ПАВ додецилсульфата натрия (ДСН) на 1 г фитомассы (сырой вес) в условиях модельных систем составляли: для N. guadelupensis — 58,3 мг/л при сроке инкубации 291 сутки. Для бриофита OST-1 — 128,5 мг/л при сроке инкубации 213 суток. Для Е. canadensis — 0,7 мг/л при сроке инкубации 18 суток. Для P. crispus — 0,6 мг/л при сроке инкубации 8 суток.

5. Рассчитанные допустимые посуточные нагрузки ДСН на 1 г фитомассы (сырой вес) составляли: для Е. canadensis — 0,04 мг/л при максимальном сроке инкубации 18 суток. Для P. crispus — 0,08 мг/л при максимальном сроке инкубации 8 суток. Для бриофита OST-1 — 0,6 мг/л при максимальном сроке инкубации 213 суток. Для N. guadelupensis — 0,2 мг/л при максимальном сроке инкубации 291 сутки.

6. Разработанный метод позволяет определять длительность эксплуатации фитосистемы, выживаемость ВВР и сроки замены фитомассы, а также определять возможность устойчивости фитосистем к максимальным нагрузкам загрязняющих веществ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

• Разработанный метод позволяет получить значения допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР и может быть рекомендован к использованию для выявления видов ВВР, относительно более устойчивых к действию загрязняющих веществ.

• Для выявления допустимых нагрузок загрязняющих веществ на гидрофитные системы с ВВР целесообразно применять гидрофитные модельные системы определенного типа, соответствующего типу создаваемых или проектируемых биотехнологических систем, для которых рассчитываются допустимые нагрузки загрязняющих веществ.

• Получаемые значения допустимых нагрузок загрязняющих веществ на ВВР рекомендуется учитывать при проектировании биотехнологических гидрофитных систем для обеспечения следующего: (1) соответствия эксплуатационных показателей фитокомпонента системы расчетным проектным значениям; (2) предотвращения вторичного загрязнения воды в гидрофитных системах вследствие отмирания части ВВР в результате негативного действия загрязняющих веществ; (3) для расчета количества фитомассы (сырого веса) на единицу объема гидрофитной системы, достаточного для удовлетворения функциональности системы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Соломонова, Елена Анатольевна, Москва

1. Айздайчер Н.А., Реуиова Ю.А. Влияние детергентов на рост диатомовой водоросли Thalassiosira pseudonana в культуре // Биология моря. — 2002. — №5. С. 362-365.

2. Бойкова И.Г., Волшаник В.В., Карпова Н.Б., Печников В.Г., Пупырев Е.И. Эксплуатация, реконструкция и охрана водных объектов в городах: Учебное пособие для вузов. М. — АСВ. — 2008. — 256 с.

3. Васюков А.Е. Аккумуляция металлов макрофитами в водоемах зоны Запорожской АЭС // Гидробиол. журн. — 2003. — №3. — С. 94-104.

4. Ветрова З.И., Ветров В.У. Роль гидробионтов в доочистке сточных вод в биологических прудах // В кн.: Доочистка сточных вод. — Кишинев. — Молдагроинформреклама. — 1990. — 72 с.

5. Винберг Г.Г., Остапеня П.В., Сивко Т.Н., Левина Р.И. Биологические пруды в практике очистки сточных вод / Ред. Остапеня П.В. — Минск. — Высшая школа. 1966. — 232 с.

6. Власов Б.П., Гигевич Г.С. Использование высших водных растений для оценки и контроля за состоянием водной среды: Метод, рекомендации. — Мн.: БГУ. — 2002. 84 с.

7. Гигевич Г.С., Власов Б.П., Вынаев Г.В. Высшие водные растения Беларуси. Эколого-биологическая характеристика, использование и охрана. — Мн.: БГУ. — 2001.-231 с.

8. Горюнова С.В., Плеханов С.Е. Elodea canadensis как тест-объект для оценки токсичности тяжелых металлов // Междунар. науч. конф. «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах». Москва, 27-29 мая 2002. М. - 2002. - С. 98.

9. ГОСТ 25150-82 «Канализация. Термины и определения». — 1982:

10. Доброхотова К.В., Ролдугин И.И., Доброхотова О.В. Водные растения. Алма-Ата. - Кайнар. — 1982. - 192 с.

11. Дьяченко Т.Н., Насвит О.И. Макрофиты водоема-охладителя Чернобыльской АЭС // Гидробиологический журнал. — 2005. №3. — С. 9-14.

12. Жизнь растений: В 6-ти т. Гл. ред. А.Л. Тахтаджян. — М. — Просвещение. — 1982. 543 с.

13. Жиров В.К. Поиск фитотехнологий для очищения воды (Письмо в редакцию) // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. — 2008. — №3 (7).-С. 155-156.

14. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. — М. Акварос. — 2003. — 512 с.

15. Журавель Е.В. Влияние детергентов на развитие плоского морского ежа Scaphehinus mirabilis И Проблемы экологии и рационального природопользования Дальнего Востока: Материалы 4 региональной конференции. — Владивосток. — 2000. — С. 102-104.

16. Журба М.Г., Вдовин Ю.И., Говорова Ж.М., Лушкин И.А. Водозаборно-очистные сооружения и устройства: Учеб. Пособие для студентов вузов / Ред. Журба М.Г. М. - ACT. - 2003. - 569 с.

17. Жученко А.А.-мл. Мобилизация мировых генетических ресурсов и средоулучшающие фитотехнологии. — М. — РУДН. — 2007. — 149 с.

18. Ипатова В.И., Дмитриева А.Г. Ответные реакции высших водных растений на загрязнение среды тяжелыми металлами // Материалы VI Всеросс. школы-конф. по водным макрофитам «Гидроботаника 2005».

19. Борок, 11-16 октября 2005. — Рыбинск: ОАО «Рыбинский Дом печати». — 2006.-С. 258-261.

20. Карташева Н.В., Остроумов С. А. Изучение способности ПАВ ингибировать фильтрационную активность коловраток // Пищевая промышленность на рубеже третьего тысячелетия. — М. — Московск. гос. технол. академия. 2000. - С. 245-247.

21. Квеситадзе Г.И., Евстигнеев З.Г. Экологический потенциал высших растений / Отв. ред. В.О. Попов. — М. — Наука. — 2005. — 197 с.

22. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях / Отв. ред. В.О. Попов. М. - Наука. - 2005. - 199 с.

23. Кокин К.А. Экология высших водных растений. — М. — Изд-во МГУ. — 1982.- 160 с.

24. Король В.М. Реагирование водных растений на химическое загрязнение воды. Автореф. дисс. канд. биол. наук. — М. — МГУ. — 1985. —19 с.

25. Король В.М. Проведение токсикологических исследований на высших водных растениях // Методы биотестирования качества водной среды / Ред. Филенко О.Ф. М. - Изд-во МГУ. - 1989. - С. 34-40.

26. Кроткевич П.Г. Роль растений в охране водоемов. — М. — Наука. — 1982.-64 с.

27. Кроткевич П.Г. К вопросу использования водоохранно-очистных свойств тростника обыкновенного // Водные ресурсы. — 1976. — № 5. — С. 198204.

28. Кручинин Н.А., Николаева Г.М., Дмитриев А.Г. Применение эйхорнии для очистки водоемов и стоков от горючего НДМГ: оценка возможности // Экология и промышленность России. — 1999. — № 9. — С.28-29.

29. Кудряшов М.А., Садчиков А.П. Введение в гидроботанику континентальных водоемов (гидробиологические аспекты). — М. — МАКС Пресс.-2002.-248 с.

30. Кузьмицкая И.В. Чувствительность элодеи канадской к бихромату калия. // Водные организмы и экосистемы: Материалы науч. конф., Москва, 19-20 апр. 1999. T.l. -М. 1999 а. - С. 35.

31. Кузьмицкая И.В. Чувствительность элодеи канадской к картациду. // Водные организмы и экосистемы: Материалы науч. конф., Москва, 19-20 апр. 1999. T.l. -М. 1999 Ь. - С. 36.

32. Кураков А.В., Ильинский В.В., Котелевцев С.В., Садчиков А.П. Биоиндикация и реабилитация экосистем при нефтяных загрязнениях. — М. — Графикон. — 2006. 336 с.

33. Курцевич Е.П., Потехин С.А., Солдатов Ю.Н., Олонцев В.М., Дротченко В.И. Использование эйхорнии для очистки промстоков // Экология и промышленность России. — 2001. — №2. — С.21-23.

34. Лазарева Е.В., Остроумов С.А. Ускорение снижения концентрации поверхностно-активного вещества в воде микрокосма в присутствии растений: инновации для фитотехнологии // ДАН (=Doklady Akademii Nauk). 2009. - № 6. - С. 843-845.

35. Лапиров А.Г. Гидроботаническая терминология на пути к её унификации // Материалы VI Всероссийской школы-конференции по водныммакрофитам «Гидроботаника 2005», Борок, 11-16 октября 2005. — Рыбинск. — Рыбинский Дом печати. — 2006. — С. 5-15.

36. Леонов В.Е., Рябко Ю.Н. Высшая водная растительность как компонент биологической очистки сточных вод // Соц.-экон. и техн. пробл. экологии Сибир. региона: Тр. юбил. экологич. семинара. — НГАВТ. — Новосибирск.-2000.-С. 125-131.

37. Лю Хун, Лю Ин., Гу Дин-Фаэ. Очистка сточных вод с помощью водных растений // Экология и промышленность России. — 1999. — №2. — С. 3-14.

38. Магомедов В.Г., Беличенко Ю.П., Стольберг Ф.В. Биоинженерные системы для охраны водных объектов от загрязнения // Гидротехника и мелиорация. 1984. - №1. - С. 68-69.

39. Магомедов В.Г. Эффективность инфильтрационного биоплато как водоохранного сооружения многоцелевого назначения // Вод. ресурсы. — 1986.-№6.- С. 93-100.

40. Магомедов В.Г. Основные типы водоохранных сооружений, использующих очистные свойства сообществ макрофитов // Вод. ресурсы. — 1988.-№2.- С. 150-155.

41. Макрофиты индикаторы изменений природной среды. Отв. ред. С. Гейны, К.М. Сытник. — Киев. — Наукова думка. — 1993. — 432 с.

42. Медведь В.А., Смирнова Н.Н., Иванова И.Ю., Горбунова З.Н. Нитратредуктазная активность макрофитов в условиях антропогенного загрязнения // Гидробиол. журн. — 2005. — №5. С. 64-75.

43. Мелехова О.П., Егорова Е.И., Евсеева Т.И. Биологический контроль окружающей среды: Биоиндикация и биотестирование. — М. — ИЦ Academia. -2007.-288 с.

44. Мережко А.И. Эколого-физиологические особенности высших водных растений и их роль в формировании качества воды // Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М. - 1978. - 46 с.

45. Мережко А.И., Шокодько Т.И. Особенности поглощения ДДТ высшими водными растениями // Гидробиол. журн. — 1987. — №3. — С. 52-60.

46. Моисеенко Т.И. Методология и методы определения критических нагрузок (применительно к поверхностным водам Кольской Субарктики) // Известия АН. Серия географическая. — 1999. №6. — С. 68-78.

47. Моисеенко Т.И., Яковлев В.А. Антропогенные преобразования водных экосистем Кольского Севера. — JI. — Наука. — 1999. — 22 О с.

48. Морозов Н.В. Экологическая биотехнология: очистка природных и сточных вод макрофитами. — Казань. — Изд-во Казанского гос. пед. ун-та. — 2001.-396 с.

49. Морозов Н.В. Эколого-биотехнологические пути формирования и управления качеством поверхностных вод (региональные аспекты). Автореф. д-ра биол. наук. — М. — МГУ. — 2003. — 53 о.

50. Морозов Н.В., Петров Г.Н. Опыты по самоочищению воды от нефти в присутстствии водной растительности // Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. М. - Наука. - 1972. — С. 42-46.

51. Мунтяну Г.Г., Мунтяну В.И. Биомониторинг некоторых тяжелых металлов в Дубоссарском водохранилище // Гидробиол. журнал. 2005. -№6. - С. 94-109.

52. Одум Ю. Экология. В 2-х томах. -М. -Мир. — 1986.-Т.1.-328 е.; Т.2. - 376 с.

53. Оксиюк О.П., Стольберг Ф.В., Олейник Г.Н. и др. Биоплато и его применение на каналах // Гидротехника и мелиорация:. — 1980. — №8. С. 6670.

54. Ореховский А.Р., Шаговенко П.И. Эффективность плавучих биофильтров из полупогруженных растений в зависимости от особенностей их формирования // Вод. ресурсы. — 1983. — №2. С. 82-87.

55. Остроумов С.А. Некоторые аспекты оценки биологической активности ксенобиотиков // Вестник МГУ. Серия Биология. — 1990 б. №2. - С. 27-34.

56. Остроумов С.А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. — М. — МАКС-Пресс. — 2001. -334 с.

57. Остроумов С.А. Гидробиологические факторы экономического роста РФ, стабильности и безопасности // Ecological Studies, Hazards, Solutions. — 2004 a. T.7. - С. 74-76.

58. Остроумов С.А. Факты и концепции экологии. 2. О биохимическом аппарате биосферы // Ecological Studies, Hazards, Solutions. — 2004 в. — T.7. — С. 111-115.

59. Остроумов С.А. Модельная система в условиях рекуррентных (реитерационных) добавок ксенобиотика или поллютанта // Ecological Studies, Hazards, Solutions. 2006. - Т. 11. - С. 72-74.

60. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Изучение фиторемедиационного потенциала водных растений // Экология окружающей среды и безопасность жизнедеятельности. — 2006 б. — № 6. — С. 63-68.

61. Остроумов С.А. Гидробиологическое самоочищение вод: от изучения биологических механизмов к поиску экотехнологий. — М. — ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. — 2007. -53 с.

62. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Изучение фиторемедиационного потенциала трех видов макрофитов: взаимодействие с додецилсульфатом натрия // Экологические системы и приборы. — 2007 а. — №5. — С. 20-22.

63. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. Синтетическое моющее средство «Аист-Универсал»: воздействие на Fontinalis antipyretica Hedw. // Токсикологический Вестник. — 2007 б. — № 1. — С. 40-41.

64. Остроумов С.А. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. — М. — МАКС Пресс. — 2008. — 200 с.

65. Остроумов С.А., Лазарева Е.В., Соломонова Е.А. Влияние макрофитов на поверхностное натяжение воды, содержащей додецилсульфат натрия: поиск фитотехнологий очищения воды // Экологическая химия. — 2009 а. — №1.-С. 41-45.

66. Остроумов С.А., Шестакова Т.В. Снижение измеряемых концентраций Си, Zn, Cd, Pb в воде экспериментальных систем с Ceratophyllum demersum'. потенциал фиторемедиации // ДАН. 2009 в. — №2. - С. 282-285.

67. Пасечная Е.А., Арсан О.М. Накопление меди и марганца некоторыми погруженными высшими водными растениями и нитчатыми водорослями // Гидробиол. журнал. — 2003. — №3. С. 63-73.

68. Пестриков С.В. Обоснование эффективности эколого-геохимического барьера с высшими водными растениями для доочистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Инженерная экология. — 2007. — № 2. — С. 21-28.

69. Пособие к ВНТ11 01-98 // МинСХиПРФ. Департамент мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения. — НИИССВ «Прогресс». -М.-1998.-67 с.

70. Пупырев Е.И., Корецкий В.Е., Волковинский В.В. Краткий водохозяйственный словарь. — М. — Прима-Пресс Экспо. — 2008. — 224 с.

71. Распопов И.М. Индикационные возможности макрофитов // 5 Всероссийская конференция по водным растениям «Гидроботаника 2000», Борок, 10-13 октября 2000: Тезисы докладов. Борок. — 2000. - С. 204-205.

72. Ратушняк А.А., Андреева М.Г. Механизмы симбиотической связи высших водных растений с сопутствующей углеводородокисляющей микрофлорой // Гидробиологический журнал. — 1998. — №5. — С. 49-54.

73. Ратушняк А.А., Андреева М.Г. Физиолого-биохимические особенности внешнего метаболизма макрофитов в сезонной динамике и его роль в формировании качества воды // Экологическая химия. 2001. — №4. — С. 217232.

74. Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Гидроботаника: прибрежно-водная растительность. — М. — ИЦ «Академия». — 2005. 240 с.

75. Сакевич А.И., Кириенко Н.И., Медведь В.А., Усенко О.М., Горбунова З.Н. Влияние полифенолов высших водных растений на функциональную активность планктонных водорослей // Гидробиол. журнал. — 2005. — №4. — С. 104-116.

76. Сакевич А.И., Усенко О.М. Экзометаболиты водных макрофитов фенольной природы и их влияние на жизнедеятельность планктонных водорослей // Гидробиол. журнал. — 2003. — №3. — С. 36-41.

77. Смирнова Н.И. Эколого-физиологические особенности корневой системы прибрежно-водных растений // Гидробиологический журнал. — 1980. — №3. С.60-68.

78. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Биоэффекты воздействия додецилсульфата натрия на водные макрофиты // Водное хозяйство России. — 2006.-№6.-С. 32-39.

79. Соломонова Е.А. Изучение устойчивости макрофитов к анионным ПАВ и ПАВ-содержащим смесевым препаратам в целях разработки научных основ фитотехнологий. — М. — МАКС-Пресс. — 2007. — 38 с.

80. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. Изучение устойчивости водного макрофита Potamogeton crispus L. к додецилсульфату натрия // Вестник МГУ. Серия Биология. 2007. - №4. - С. 39-42.

81. Стойков В.Ф., Теличенко В.И., Слесарев М.Ю. Управление экологической безопасностью строительства. Экологический мониторинг. — М. Ассоциация строительных вузов. — 2005. — 328 с.

82. Ткаченко Ф.П., Куцын Е.Б. Влияние детергентов на аминокислотный состав белка зеленой водоросли Cladophora vagabunda (L.) Hoek. // Гидробиологический журнал. — 2002. № 3. - С. 94-98.

83. У Мин. Интенсификация работы биологических прудов доочистки сточных вод: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М. — МГСУ. — 1995. — 16 с.

84. Уланова А.Ю., Остроумов С.А. Использование растений для фиторемедиации и изучение ассимиляционной емкости систем с макрофитами // Водные экосистемы и организмы. — М. — Диалог-МГУ. — 1999.-С. 57.

85. Унифицированные методы исследования качества вод. Часть 3. Методы биологического анализа вод. Ред. 3. Губачек. — М. — 1975. 176 с.

86. ФГУП "НИИССВ "Прогресс". Нормы технологического проектирования оросительных систем с использованием сточных вод Hi 11-АПК 1.30.03.02-06. М. - ФГНУ "Росинфорагротех". - 2007. - 72 с.

87. ФГУП "НИИССВ "Прогресс". Нормы технологического проектирования оросительных систем с использованием животноводческих стоков НТП-АПК 1.30.03.01-06. М. - ФГНУ "Росинфорагротех". - 2007. -48 с.

88. Филенко О.Ф. Биологические методы в контроле качества окружающей среды // Экологические системы и приборы. — 2007. — № 6. — С. 18-22.

89. Филенко О.Ф. Водная токсикология. — Черноголовка. — 1988. — 156 с.

90. Фрейндлинг А.В. Макрофиты как индикаторы природной среды // Водная среда Карелии: исследования, использование и охрана: Сборник статей. КарНЦ РАН. - Петрозаводск. - 2003. - С. 75-87.

91. Фучеджи О.А., Коннова С.А., Бойко А.С., Игнатов В.В. Роль полисахаридов рдеста пронзённолистного в формировании его бактериального окружения // Микробиология: — 2008. — №1. — С. 96-102.

92. Хатчинсон Д. Лимнология. Географические, физические и химические характеристики озер. — М. — Прогресс. — 1969. —239 с.

93. Шереметьев И.И. Ботаника аквариума. Полная иллюстрированная энциклопедия. М. - Эксмо. - 2004. — 448 с.

94. Штамм Е.В. Редокс-состояние водной среды и вопросы воспроизводства рыбных ресурсов // Экологическая химия водной среды. Ред. Скурлатов Ю.И. 1988. - М. - ИХФ АН СССР. - Т.1. - С. 278-294.

95. Штамм Е.В., Батовская JI.O. Биотические и абиотические факторы формирования редокс-состояния природной водной среды // Экологическая химия водной среды. 1988. - М. - Т.2. — С. 125-137.

96. Щербаков А.В. Флора водоемов Московской области: Автореф. дисс. . канд. биол. наук. — М. — 1991. — 25 с.

97. Эйнор JI.O. Ботаническая площадка — биоинженерное сооружение для доочистки сточных вод // Водные ресурсы. — 1990. — №4. — С. 149-161.

98. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема. — М. — Ин-т вод. проблем РАН.-1992.-256 с.

99. Alkhateeb A.N., Asker К.A., Hussein F.H., Ismail J.K. Phytoremediation of industrial wastewater // Asian Journal of Chemistry. —Vol. 17. — Issue 3. — 2005. — P. 1818-1822.

100. Bennicelli R.P., Stepniewska Z., Banach A., Szajnocha K. Influence of selected heavy metals on the content of photosynthetic pigments in fern Azolla caroliniana II Environment Protection Engineering. — Vol.30. — Issue 4. — 2004. — P. 7-11.

101. Bluem V., Paris F. Aquatic food production modules in bioregenerative life support systems based on higher plants // Adv. Space Res. — 2001 a. — Vol.27. — Issue 9.-P. 1513-1522.

102. Bluem V., Paris F. Aquatic modules for bioregenerative life support systems based on the C.E.B.A.S. biotechnology // Acta Astronaut. 2001 b. - Vol.48. -Issue 5-12.-P. 287-297.

103. Bluem V., Paris F. Novel aquatic modules for bioregenerative life-support systems based on the closed equilibrated biological aquatic system (C.E.B.A.S.) // Acta Astronaut. 2002. - Vol.50. - Issue 12. - P. 775-785.

104. Bluem V., Paris F. Possible applications of aquatic bioregenerative life support modules for food production in a Martian base // Adv. Space Res. 2003. - Vol.31. - Issue 1. - P. 77-86.

105. Blum V. Aquatic modules for bioregenerative life support systems: developmental aspects based on the space flight results of the C.E.B.A.S. MINI-MODULE//Adv. Space Res.-2003.-Vol.31.-Issue 7.-P. 1683-1691.

106. Brix H. Gas exchange through the soil-atmosphere and through dead culms of Phragmites australis in a constructed reed bed receiving domestic sewage // Wat. Res. 1990. - Vol.24. - P. 259-266.

107. Coquery M., Welbourn P.M. Mercury uptake from contaminated water and sediment by the rooted and submerged aquatic macrophyte Eriocaulon septangulare II Archives of Environmental Contamination and Toxicology.1994. Vol.26. - Issue 3. - P. 335-341.

108. Devliegher W., Syamsul M.A., Verstraete W. Survival and Plant Growth Promotion of Detergent-Adapted Pseudomonas fluoresceins ANP15 and Pseudomonas aeruginosa 7NSK2 // Applied and Environmental Microbiology.1995.-Vol. 61.-Issue 11.-P. 3865-3871.

109. Faulkner S.H., Richardson С J. Physical and chemical characteristics of frish-water wetland soil // Constructed wetland for wastewater treatment. — London. Tokyo. - Lewis Publishers. - Ann. Arbor. — 1989. - P. 41-72.

110. Gallon C., Munger C., Premont S., Campbell P.G.C. Hydroponic study of aluminum accumulation by aquatic plants: Effects of fluoride and pH // Water, Air, and Soil Pollution. Vol. 153. - Issue 1-4. - 2004. - P. 135-155.

111. Gao J., Garrison A., Hoehamer C., Mazur C., Wolfe N. Uptake and phytotransformation of organophosphorus pesticides by axenically cultivated aquatic plants // Journal of Agricultural and Food Chemistry. — Vol. 48. Issue 12. -2000 a. - P. 6114-6120.

112. Gao J., Garrison A.W., Hoehamer C., Mazur C.S., Wolfe NX. Uptake and phytotransformation of o,p'-DDT and p,p'-DDT by axenically cultivated aquatic plants // Journal of Agricultural and Food Chemistry. — Vol.48. — Issue 12. 2000 b.-P. 6121-6127.

113. Hammer D.A. Designing constructed wetlands system to treat agricultural nonpoint source pollution // Ecol. Eng. — 1992. — Issue 1. — P. 49-82.

114. Hurginsiu I. Dynamics of organic and several substances in macrophytes (Danube delta and Poredella) // Hidrobiologia. 1983. - Issue 18. - P.43-49.

115. Hutchinson S.L., Banks M.K., Schwab A.P. Phytoremediation of Aged Petroleum Sludge //Journal of Environmental Quality. 2001. — Vol. 30. - P. 395403.

116. Johnson C.C., Wade C.E., Givens J.J. Space Station Biological Research Project // Gravit Space Biol Bull. 1997. - Vol. 10. - Issue 2. - P. 137-143.

117. Keskinkan О., Goksu M.Z.L., Basibuyuk M., Forster C.F. Heavy metal adsorption properties of a submerged aquatic plant (Ceratophyllum demersum) // Bioresource Technology. 2004. - Vol. 92. - Issue 2. - P. 197-200.

118. Konig В., Dunne M., Slenzka K. Earth life support for aquatic organisms, system and technical aspects // Adv. Space Res. 2001. - Vol. 27. - Issue 9. — P. 1523-1528.

119. Kubo Y., Takasu F., Shimura R., Nagaoka S., Shigesada N. Population dynamics of nitrifying bacteria in an aquatic ecosystem // Biol. Sci. Space. 1999. - Vol. 13. - Issue 4. - P. 333-40.

120. Lizotte R.E., Dorn P.B., Steinriede R.W., Wong D.C.L., Rodgers J.H. Ecological effects of an anionic C12-15AE-3S alkylethoxysulfate surfactant in outdoor stream mesocosms // Environ. Toxicol, and Chem. — 2002. Vol. 21. — Issue 12.-P. 2742-2751.

121. MacCallum Т.К., Anderson G.A., Poynter J.E., Stodieck L.S., Klaus D.M. Autonomous Biological System (ABS) experiments // Biol. Sci. Space. — 1998. — Vol. 12. Issue 4. - P. 363-365.

122. Martins R.J., Pardo R., Boaventura R.A. Cadmium(H) and zinc(II) adsorption by the aquatic moss Fontinalis antipyretica: effect of temperature, pH and water hardness // Water Res. 2004. - Vol. 38. - Issue 3. - P. 693-699.

123. McCutcheon S.C., Ostroumov S.A. Investigation of biological activity and transformation of organic chemicals by green plants and algae // Ecological Studies, Hazards and Solutions. Vol. 1. - M. - Dialogue-MGU. - 1999. - P. 10.

124. McCutcheon S.C., Schnoor J. Phytoremediation: Transformation and Control of Contaminants. (Environmental Science and Technology: A Wiley-Interscience Series of Texts and Monographs). — Hoboken. — New Jersey. Wiley. -2003.-987 p.

125. Meade Т., D'Angelo E.M. Pentachlorophenol mineralization in the rice rhizosphere with established oxidized and reduced soil layers // Chemosphere. — Vol. 61.-Issue 1.-2005.-P. 48-55.

126. Medina V., McCutcheon S. Phytoremediation: modeling removal of TNT // Remediation. -1996. Winter issue. — P. 31-45.

127. Ostroumov S.A., Manchenko E.A. (Solomonova). Studying interactions between Elodea canadensis and sodium dodecyl sulphate // The 3rd Intenational Phytotechnologies Conference. 2005 a. - Atlanta. - Georgia. -P. 153.

128. Ridvan Sivaci E, Sivaci A, Sokmen M. Biosorption of cadmium by Myriophyllum spicatum L. and Myriophyllum triphyllum I I Chemosphere. — 2004. -Vol.56.-Issue 11.-P. 1043-1048.

129. Schroder P., Maier H., Debus R. Detoxification of herbicides in Phragmites australis II Zeitschrift fur Naturforschung Section С Journal of Biosciences. — Vol. 60. - Issue 3-4. - 2005. - P. 317-324.

130. Sinha S., Saxena R., Singh S. Comparative studies on accumulation of Cr from metal solution and tannery effluent under repeated metal exposure by aquatic plants: its toxic effects // Environ. Monit. Assess. — 2002. — Vol.80. — Issue 1. — P. 17-31.

131. Sridevi В., Sharief S.D., Dawood N., Nooijahan C.M., Prabakar K. Bioabsorption of nickel and zinc by water hyacinth — Eichhornia sp. // Ecology, Environment and Conservation. — 2003. — Vol.9. Issue 3. — P. 361-365.

132. Stepniewska Z., Bennicelli R.P., Balakhnina T.I., Szajnocha K., Banach A., Wolinska A. Potential of Azolla caroliniana for the removal of Pb and Cd from wastewaters // International Agrophysics. — 2005. — Vol.19. — Issue 3. — P. 251255.

133. Stout L.M., Niisslein K. Shifts in rhizoplane communities of aquatic plants after cadmium exposure // Applied and Environmental Microbiology. — 2005. — Vol.71. Issue 5. - P. 2484-2492.

134. Susarla S., Bacchus S.T., Harvey G., McCutcheon S.C. Uptake and transformation of perchlorate by vascular plants // Toxicological and Environmental Chemistry. 2000. - Vol.74. - Issue 1-2. - P. 29-47.

135. Thomas W., Federle T.W., Schwab B.S. Mineralization of Surfactants by Microbiota of Aquatic Plants. Applied and Environmental Microbiology. — 1989. — Vol.55. Issue 8. - P. 2092-2094.

136. Thompson B.G. The maximization of the productivity of aquatic plants for use in controlled ecological life support systems (CELSS) // Acta Astronaut. — 1989. Vol.19. - Issue 3. - P. 269-273.

137. Tong C.H., Yang X., Pu P.M. Purification of eutrophicated water by aquatic plant // Chinese Journal of Applied Ecology. 2004. - Vol. 15. - Issue 8. - P. 1447-1450.

138. Traina S., McAvoy D., Versteeg D. Association of linear alkylbenzenesulfonates with dissolved humic substances and its effect on bioavailability // Environmental Toxicology and Chemistry. — 1996. Vol.30. -Issue 4.-P. 1300-1309.

139. Turgut C. Uptake and modeling of pesticides by roots and shoots of parrotfeather (Myriophyllum aquaticum) // Environmental Science and Pollution Research. 2005. - Vol. 12. - Issue 6. - P. 342-346.

140. Verma V.K., Gupta R.K., Rai J.P.N. Biosorption of Pb and Zn from pulp and paper industry effluent by water hyacinth (Eichhornia crassipes) II Journal of Scientific and Industrial Research. 2005. - Vol.64. - Issue 10. - P. 778-781.

141. Voeste D., Andriske M., Paris F., Levine H.G., Blum V. An aquatic ecosystem in space // J. Gravit. Physiol. 1999. - Vol.6. - Issue 1. — P. 83-84.

142. Wang Q., Cui Y., Dong Y. Phytoremediation of Polluted Waters Potentials and Prospects of Wetland Plants // Acta Biotechnologica. 2002. - Vol.22. — Issue 1-2. - P. 199-208.

143. Wetzel R. Limnology. 3rd edition. San Diego. - Academic Press. - 2001. — 1006 p.

Информация о работе

Соломонова, Елена Анатольевна
кандидата биологических наук
Москва, 2009
ВАК 03.00.23

Диссертация

Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы