Ставропольский государственный аграрный университет
Исследование влияния автотранспортной нагрузки на фитотоксичность городских почв
Мандра Ю.А., Чеботаева В.В.
Аннотация
В статье приведены результаты исследований по оценке фитотоксичности почв придорожных территорий различной категории и разной автотранспортной нагрузки. В качестве тест-растения принят кресс-салат, оценка морфометрических признаков которого позволила сделать вывод о степени токсичности городских почв, дать рекомендации по снижению соответствующего негативного автотранспортного воздействия.
Ключевые слова: автотранспортная нагрузка, фитотоксичность, почва, тест-растение, экологическая оценка, биотестирование, кресс-салат
Существующий рост автотранспортной нагрузки в городах постепенно приводит к изменению состава урбоэкосистем, загрязнению компонентов окружающей среды, в том числе и почв.
Учитывая депонирующие и аккумулирующие свойства педосферы, изменение свойств данного компонента влечет за собой изменение процессов устойчивости, функционирования и самоочищения экосистем в целом, что впоследствии может явиться причиной неблагоприятных изменений в растительном и животном мире городских территорий [1].
В связи с этим актуальными являются работы по совершенствованию системы мониторинга состояния городских почв, в том числе и для разработки эффективных мероприятий по снижению влияния автотранспортной нагрузки на природные компоненты и человека.
На современном этапе развития науки оценка состояния почв основана на опыте российских и зарубежных ученых, включающем изучение морфологических, физико-химических, биологических и иных свойств педосферы [2, 3].
Важно отметить, что почва является биокосным веществом, сформированным в результате взаимодействия живой и неживой материи. В связи с этим важным этапом исследования состояния урбоноземов должна быть их биологически значимая оценка, биодиагностика.
В научной литературе отмечено, что биологически значимая оценка состояния окружающей среды проводится с применением организмов или их сообществ, а также биологически активных метаболитов.
Наиболее часто применяемые на практике методы биодиагностики учитывают морфологические изменения фитоиндикаторов и тест-растений [4-6]. На придорожных территориях могут образовываться техногенные биогеохимические аномалии, характеризующиеся полиэлементностью состава и накоплением тяжелых металлов в верхнем слое почвы.
Данное обстоятельство вызывает необходимость проведения оценки загрязненности и фитотоксичности почв как основы разработки почво-восстановительных мероприятий [7].
Для достижения целей настоящей работы мы провели биотестирование почв придорожных территорий города Ставрополя с использованием семян тест-растения - кресс-салата.
Выбор данного фитотеста обусловлен тем, что он отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.
Кроме того, побеги и корни кресс-салата под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян) [8, 9].
В качестве объектов исследований приняты почвы, образцы которых собраны вдоль автодорог с различной степенью автотранспортной нагрузки (табл. 1) и принадлежащие к различным категориям дорог в соответствии с СП 42.13330.2011 [10]. Отбор почвенных образцов приводился на глубине 10 см методом «конверта».
Таким образом, в пределах одной автодороги было отобрано по 2 образца почвы, которые смешивались, и из них формировалась объединенная почвенная проба. автотранспортный фитотест городской почва
Всего фитотестирование проведено для 15 почвенных образцов, которые помещались в предварительно простерилизованные чашки Петри. В качестве контроля принималась чашка Петри с семенами, смоченными дистиллированной водой. В каждый образец помещалось по 10 семян кресс-салата.
В течение 7 дней проводили учет проросших семян, по истечении недели оценивали морфологические признаки растений: длины надземной и подземной частей растения, массы проростков.
Таблица 1. Точки отбора почвенных образцов для биотестирования
|
Шифр пробы |
Местонахождение точки отбора проб |
Автотранспортная нагрузка, авт./час |
Номер объединенной пробы |
|
|
Дороги общегородского значения |
||||
|
1.1 |
просп. К. Маркса (между ул. Р. Люксембург и ул. Голенева) |
2296 |
1 |
|
|
1.2 |
просп. К. Маркса (между ул. Гражданской и ул. Войтика) |
|||
|
4.1 |
ул. Лермонтова (между пер. Зеленым и пер. Ушинского) |
2419 |
4 |
|
|
4.2 |
ул. Лермонтова (между ул. Краснофлотской и ул. Доваторцев) |
|||
|
5.1 |
просп. Кулакова (между ул. Коломийцева и ул. Калина Красная-2) |
2448 |
5 |
|
|
5.2 |
просп. Кулакова (между ул. Васильева и ул. 4-ой Промышленной) |
|||
|
8.1 |
Старомарьевское шоссе (между ул. Заводской и ул. Селекционной) |
1988 |
8 |
|
|
8.2 |
Старомарьевское шоссе (между ул. Селекционной и ул. Объездной) |
|||
|
11.1 |
ул. Доваторцев (между ул. 45-я параллель и 1-м Юго-Западный проездом) |
2284 |
11 |
|
|
11.2 |
ул. Доваторцев (между ул. Космонавтов и ул. Тухчевского) |
|||
|
Дороги районного значения |
||||
|
2.1 |
ул. Мира (между ул. Краснофлотской и ул. Льва Толстого) |
1584 |
2 |
|
|
2.2 |
ул. Мира (между пер. Расковой и Комиссарским проездом) |
|||
|
6.1 |
ул. Октябрьская (между ул. Попова и ул. Лопырина) |
897 |
6 |
|
|
6.2 |
ул. Октябрьская (между ул. Федеральной и ул. Добровольной) |
|||
|
9.1 |
Чапаевский проезд (между ул. Бакинской и ул. Революционной) |
1002 |
9 |
|
|
9.2 |
Чапаевский проезд (между ул. Пригородной и ул. Чапаева) |
|||
|
12.1 |
ул. Пирогова (между ул. Шпаковской и ул. Соборной) |
974 |
12 |
|
|
12.2 |
ул. Пирогова (между ул. Савченко и ул. Есенина) |
|||
|
14.1 |
ул. Серова (между ул. Широкой и пр. Надежденским) |
812 |
14 |
|
|
14.2 |
ул. Серова (между. ул. Ашихина и пер. Крупской) |
|||
|
Дороги местного значения |
||||
|
3.1 |
ул. Дзержинского (между ул. Булкина и ул. Кавалерийской) |
457 |
3 |
|
|
3.2 |
ул. Дзержинского (между просп. Октябрьской революции и ул. Коста Хетагурова) |
|||
|
7.1 |
бул. Зеленая Роща (между ул. Шукшина и ул. Вольной) |
95 |
7 |
|
|
7.2 |
бул. Зеленая Роща (между ул. Авангардной и пр. Дачным) |
|||
|
10.1 |
ул. Репина (между ул. Белорусской и пр. Ушакова) |
116 |
10 |
|
|
10.2 |
ул. Репина (между пр. Бажова и пер. Прокофьева) |
|||
|
13.1 |
ул. Тухачевского (между ул. Доваторцев и ул. 50 лет ВЛКСМ) |
238 |
13 |
|
|
13.2 |
ул. Тухачевского (между ул. Ворошилова и ул. Пирогова) |
|||
|
15.1 |
ул. Достоевского (между ул. Чехова и ул. Серова) |
242 |
15 |
|
|
15.2 |
ул. Достоевского (между ул. Мутнянской и ул. Мира) |
Для получения сопоставимых результатов по итогам тестирования рассчитывали индекс токсичности почв для каждой тест-функции как соотношение значения регистрируемого тест-отклика в опыте к таковому в контроле [11].
Исследования проводились на базе лаборатории экологического мониторинга Ставропольского государственного аграрного университета.
Результаты измерения морфометрических параметров проростков тест-растений отражены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты морфометрического анализа проростков тест-растений
|
Шифр образца |
Участок отбора проб |
Морфометрические показатели тест-растений |
||
|
средняя длина корня, мм |
средняя длина стебля, мм |
|||
|
Дороги общегородского значения |
||||
|
1 |
проспект К. Маркса |
30,5 ± 1,5 |
41,9 ± 2,1 |
|
|
4 |
улица Лермонтова |
32,2 ± 1,6 |
44,3 ± 2,2 |
|
|
5 |
проспект Кулакова |
29,4 ± 1,5 |
41,6 ± 2,1 |
|
|
8 |
Старомарьевское шоссе |
31,7 ± 1,6 |
46,2 ± 2,3 |
|
|
11 |
улица Доваторцев |
30,6 ± 1,5 |
45,9 ± 2,3 |
|
|
Дороги районного значения |
||||
|
2 |
улица Мира |
32,1± 1,6 |
43,7 ± 2,2 |
|
|
6 |
улица Октябрьская |
32,8 ± 1,6 |
49,1 ± 2,5 |
|
|
9 |
Чапаевский проезд |
34,9 ± 1,7 |
47,2 ± 2,4 |
|
|
12 |
улица Пирогова |
33,3 ± 1,7 |
48,9 ± 2,4 |
|
|
14 |
улица Серова |
35,1 ± 1,8 |
47,7 ± 2,4 |
|
|
Дороги местного значения |
||||
|
3 |
улица Дзержинского |
35,5 ± 1,8 |
50,2 ± 2,5 |
|
|
7 |
бульвар Зеленая Роща |
37,9 ± 1,9 |
52,4 ± 2,6 |
|
|
10 |
улица Репина |
36,5 ± 1,8 |
53,0 ± 2,7 |
|
|
13 |
улица Тухачевского |
37,1 ± 1,9 |
52,8 ± 2,6 |
|
|
15 |
улица Достоевского |
36,2 ± 1,8 |
51,6 ± 2,6 |
|
|
Контроль |
||||
|
16 |
Дистиллированная вода |
37,9 ± 1,9 |
54,4 ± 2,7 |
В результате исследований нами было зафиксировано максимальное ингибирование роста корневой системы кресс-салата по сравнению с контролем на 23,5% на почвах, отобранных вдоль проспекта Кулакова. В среднем для дорог общегородского значения данный показатель составил 19,1%, для дорог районного значения - 13,1%, для местных дорог - 6,1%.
Кроме того, у всех изученных проростков кресс-салата, выращенных на тестируемых почвах, также происходило ингибирование роста стебля, которое для дорог с автотранспортной нагрузкой более 1988 авт./час по сравнению с ростом стебля в контроле составило 18,5%.
Среди автодорог районного значения максимальное ингибирование роста стебля кресс-салата (15,3%) наблюдалось для почв, отобранных вдоль ул. Мира, где автотранспортная нагрузка на 33,5% выше таковой в целом для дорог данной категории.
Минимальные показатели ингибирования роста стебля (1,02%) отмечены для бул. Зеленая Роща, средняя интенсивность движения транспорта для которого составляет 95 авт./час.
Помимо учета длины надземной и подземной частей кресс-салата, в качестве тест-отклика нами определялась сырая биомасса растений. Результаты представлены на рис. 1.
Рис. 1. Биомасса проростков тест-растений
Таким образом, для кресс-салата максимальное ингибирование развития биомассы наблюдалось при прорастании на почве, отобранной вблизи проспекта Кулакова (39,1%) и проспекта К. Маркса (36,9%), а минимальное - в придорожных почвах бульвара Зеленая Роща (1,2%) и ул. Достоевского (6,5%).
Для получения сопоставимых данных нами был рассчитан индекс токсичности почв (ИТФ) для всех исследуемых тест-функций кресс-салата: длины надземной и подземной частей, биомассы растений (табл. 3). Значение ИТФ обратно пропорционально наличию токсикантов в почве.
Таблица 3. Индекс токсичности почв (ИТФ) придорожных территорий города Ставрополя
|
Шифр образца |
Участок отбора проб |
Автотранспортная нагрузка, авт./час |
Значение ИТФ для тест-функций: |
|||
|
длина корня |
длина стебля |
биомасса растения |
||||
|
Дороги общегородского значения |
||||||
|
1 |
проспект К. Маркса |
2296 |
0,8056 |
0,7697 |
0,6304 |
|
|
4 |
улица Лермонтова |
2419 |
0,8505 |
0,8137 |
0,6739 |
|
|
5 |
проспект Кулакова |
2448 |
0,7765 |
0,7636 |
0,6087 |
|
|
8 |
Старомарьевское шоссе |
1998 |
0,8373 |
0,8486 |
0,7391 |
|
|
11 |
улица Доваторцев |
2284 |
0,8082 |
0,8431 |
0,7391 |
|
|
Дороги районного значения |
||||||
|
2 |
улица Мира |
1584 |
0,8479 |
0,8027 |
0,7826 |
|
|
6 |
улица Октябрьская |
897 |
0,8666 |
0,9019 |
0,8261 |
|
|
9 |
Чапаевский проезд |
1002 |
0,9218 |
0,8670 |
0,8478 |
|
|
12 |
улица Пирогова |
974 |
0,8796 |
0,8982 |
0,8696 |
|
|
14 |
улица Серова |
812 |
0,9271 |
0,8762 |
0,8261 |
|
|
Дороги местного значения |
||||||
|
3 |
улица Дзержинского |
457 |
0,9377 |
0,9221 |
0,8696 |
|
|
7 |
бульвар Зеленая Роща |
95 |
1,0013 |
0,9680 |
1,0000 |
|
|
10 |
улица Репина |
116 |
0,9651 |
0,9735 |
0,8696 |
|
|
13 |
улица Тухачевского |
238 |
0,9799 |
0,9699 |
0,9130 |
|
|
15 |
улица Достоевского |
242 |
0,9572 |
0,9478 |
0,9348 |
По результатам расчета ИТФ по каждой тест-функции индекс токсичности ниже 0, что говорит о наличии токсичных веществ в исследуемых почвах.
Исключение составляют почвы придорожных территорий бул. Зеленая Роща: показатели ИТФ для тест-функции «средняя длина стебля» и «средняя биомасса» соответствуют таковым в контроле (ИТФ ? 1), что указывает на чистоту данных проб.
При анализе вариативности значений ИТФ для отдельных тест-функций в пределах одной почвенной пробы выявилось, что несмотря на более высокие показатели фитотоксичности по отдельным морфологическим признакам кресс-салата для образца, отобранного вдоль просп. Кулакова, коэффициент осцилляции значений ИТФ ниже (0,2343), чем для таковых в условиях просп. К. Маркса (0,2382).
Данный факт указывает на нестабильность показателей фитотоксичности почвы вследствие возрастающей автотранспортной нагрузки в последние годы, а также на погрешность эксперимента.
Однако, несмотря на имеющиеся отклонения, в целом нами выявлена обратно пропорциональная зависимость между индексом токсичности почвы и интенсивностью движения автотранспорта по соответствующей автодороге (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость индекса токсичности почв от автотранспортной нагрузки
Таким образом, кресс-салат является «удобным» тест-растением для выявления загрязнителей и их токсичности в почвах придорожных территорий.
Наиболее четко это прослеживается в условиях придорожных ландшафтов общегородского и районного значения, где автотранспортная нагрузка максимальна.
Полученные выводы позволяют дать следующие предложения и рекомендации по снижению негативного воздействия на придорожные территории города Ставрополя: разработать и ввести в действие систему экологического мониторинга с применением апробированного подхода; применять данные оценки фитотоксичности почв для выработки решений по природоохранному планированию и развитию исследуемой территории; разработать инженерно-технические мероприятия по частичной «разгрузке» транспортного потока и улучшению условий рассеивания загрязняющих веществ.
Список использованных источников
1. Меркулова М.Ю. Оценка эколого-биологического состояния почв функциональных зон г. Саратова с учетом особенностей овражно-балочной сети: диссер. на … канд. биол. наук. - Ростов-н/Дону. - 2016. - 148 с.
2. Дубровская С.А. Геоэкологическая оценка состояния почвенного покрова в условиях городских ландшафтов: монография. - Екатеринбург. - 2013. - 152 с.