Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями

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 (СМС «Каштан») и гречихи (додецилсульфат натрия, Тритон Х-100, сульфонол, СМС «Кристалл», ПМС «Вильва») [С.А. Остроумов, 2001].

Изучение допустимых нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата на высшие водные растения в условиях периодически повторяющихся (рекуррентных) добавок СМС

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 макрофитов по сравнению с контролем

* За время проведения опыта гибели растений не произошло

Для F. antipyretica 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 OST-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: F. antipyretica < Бриофит OST-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.

Рисунок 3. 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 F. antipyretica: 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 OST-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

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

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

Для бриофита OST-1: 1,06 мг на объем системы 1 л за 1 сутки на 1 г биомассы бриофитов OST-1. При этом в указанном режиме нагрузок ПАВ-содержащего смесевого препарата максимальная длительность инкубации системы с бриофитом OST-1 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 OST-1 и N. guadelupensis.

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. Для бриофита OST-1 - 128,5 мг/л при сроке инкубации 213 суток. Для E. 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 E. 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.

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

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 макрофитов: 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 guadelupensis L.» // Токсикологический вестник. - 2009. - №2. - С. 32-35.

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.

9. Манченко Е.А. (Соломонова Е.А.). Эффекты воздействия додецилсульфата натрия на Elodea сanadensis // XII 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 сanadensis // Междунар. конф. «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» 14-16 сентября 2005 г. - Саратов. - С. 34-35.

11. Ostrоumоv S.A., Manchenko Е.А. (Sоlоmоnоvа Е.А.). Studying interactions between Elodea caпadeпsis and sоdium dodecyl sulphate // The 3rd Intenational Phytotechnologies Conference, 2005 April 19-22, Atlanta, Georgia. р. 153.

12. Ostгоumov S.A., Manchenko E.A. (Sоlоmоnоvа Е.А.) 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. Ostгоumov S.A., McCutcheon S.C., Nzengung V.A., Yifru D.D., Manchenko E.A. (Solomоnоvа). Plant ecology and phytоrеmеdiаtiоn: using potential of sоmе aquatic and tеrrеstriаl plants to deсоntаminаtе envirоnmеnt // Abstracts. EURECO 2005. Х European Ecological Congress, Novеmber 8-13, 2005, Kusadasi, Izmir, Turkey. МЕТА Press, Bornova/Izmir. 2005, р. 171.

14. Ostгоumov S.A., Manchenko E.A. (Sоlоmоnоvа Е.А.). Biological effects of сhеmicаls that pollute aquatic ecosуstеms: interactions between sоdium dodecylsulphate and Elodea canadensis // Abstracts. EURECO 2005. Х European Ecological Congress, Novеmber 8-13, 2005, Kusadasi, Izmir, Turkey. МЕТА Press, Bornova/Izmir. 2005, р. 177.

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

20. Соломонова Е.А., Остроумов С.А. 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. 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. 163.

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

22. Остроумов С.А., Соломонова Е.А. 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 Н.Н., Кудряшов М.А., Мак Катчеон С., Остроумов С.А., Солдатов А.А., Соломонова Е.А., Шелейковский В.Л. 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 С.А., Соломонова Е.А. 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 С.А., Соломонова Е.А. К разработке гидробиологических вопросов фиторемедиации: взаимодействие трех видов макрофитов с додецилсульфатом натрия // Вода и экология. - 2006. - №3. - С. 45-49.

26. Остроумов С.А., Зубкова Е.И., Кривицкий С.В., Крупина М.В., Микус А.А., Мунжиу О., Соломонова Е.А., 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 С.В., 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 Е.А., 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 С.А., Котелевцев С.В., Шестакова Т.В., Колотилова Н.Н., 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, В.А. Зимнюков, М.П. Колесников, Н.Н. Колотилова, С.В. Котелевцев, М.А. Кудряшов, Е.В. Лазарева, C. МакКатчеон, К.Н. Новиков, С.А. Остроумов, А.А. Солдатов, А.В. Смуров, Е.А. Соломонова, В.Л. Шелейковский, Т.В. Шестакова. Гидроэкологические механизмы кондиционирования гидросферы: полифункциональная роль биоты. - Ecological Studies, Hazards, Solutions. - 2009. - V.14. - P. 20.

34. 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. 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., Lasareva E.V., Solomonova E.A.].

35. Остроумов С.А., Соломонова Е.А., Лазарева Е.В. 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.:ГОУ ВПО МГУД. - 2009. - С. 151-152.

Размещено на Allbest.ru