ОСОБЕННОСТИ СТИМУЛЯЦИИ РОСТА РАСТЕНИЙ ГУМИНОВЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Кыдралиева К.А., Жоробекова Ш.Ж. Институт химии и химической технологии НАН, Бишкек, Кыргызстан. kamila.kydralieva@gmail.com
ASPECTS OF PLANT GROWTH STIMULATION OF HUMIC SUBSTANCES Kydralieva K., Jorobekova Sh. Assessment of biological activity of various fractions of humic substances of various genesis is object of this study in terms of plant growth stimulating activit (PGSA).
This study was based on humic samples of extracted from anaerobiosis by-products (ABP) with different time of the fermentation in the methane tank (0 to 200 days). The auxin-like activity of HS was estimated using the tillers of liana, sp. Cissus L., Vitaceae. The callus produced and root system of tillers was used as an auxin-test response. HS were close to the class of microbial and soil humic substances by element composition, spectral characteristics. The biotests of the identified fractions of HS were shown all of fractions are active. But the efficiency of stimulating assay depends on the dilution degree. The specific biological activity of the separated fractions of HS has been determined. The effect of “mutual exclusion” of the specific biological activity at their joint presence into the composition of the HS has been established. The biological system test on the rhizogenesis of liana Cissus L. with a high IAA-oxidase activity towards the exogenetic auxins has shown the auxin-like effect of HA. The stimulation level of HA and their character are similar to the action on the indole compounds as auxins. As a model for supply plants with available nutrients throw the mineralisation of organic matter in soils by microbiota, ability of natural microbial populations to degrade the macromolecules of humic substances has been studied. HS used for further biosolubilization were extracted from oxidized coal. Natural microbial population from a soil, biohumus from Eisenia foetida, wood rot from Ulmis pamila were used as inocula. According to the elemental composition of HS recovered from microbial cultures, a decrease in C and a significant increase of N in HS reisolated from the full strength broth inoculated with wood-decay microorganisms has been found. A relative reduction of the molecular weight was noticed after 3 months incubation, and accumulation of new low molecular weight fraction after 6 months incubation was recorded after chromatography on Toyopearl HW-50S. A hormone-like activity has been showed by HS preparations which were characterized with low molecular weights (—5-15 kD). Each of these preparations was endowed with a single specific (auxin-like or gibberellin-like) activity. Biosolubilized HS with low molecular weight were displayed two kinds of activity. PGSA of biosolubilized low molecular HS is comparable with phytohormonal one. This fact can clarify the question how substances with high molecular weight may affect plant metabolism. This work was supported by the ISTC KR № 156.2 and MES RF (GK 14.740.11.0796). КАК МЫ МОЖЕМ РЕШАТЬ КОМПЛЕКСНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ: КОМБИНИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ПОЧВЕННЫЕ СООБЩЕСТВА Ласковски Р. CAN WE HANDLE COMPLEX ISSUES IN ECOTOXICOLOGY: MIXED EFFECTS OF POLLUTION AND NATURAL ENVIRONMENTAL FACTORS ON SOIL COMMUNITIES Laskowski R. Institute of Environmental Sciences, Jagiellonian University, Krakow, Poland. ryszard.laskowski@uj.edu.pl All current ecological risk assessment (ERA) is based on a set of rather simple, standard ecotoxicological tests. Especially the first-tier tests are performed in conditions far from what can be considered a natural environment for soil organisms. Typical examples are standard OECD bioassays such as, e.g., acute toxicity and sub-lethal toxicity tests on earthworms, reproduction test on springtails or soil nitrification and carbon mineralization tests. All of them are conducted at constant laboratory conditions, including constant temperature and soil moisture, and the organisms are either fed ad libitum or starved. Although such standardized bioassays may be useful for comparing toxicity of different chemicals to a range of organisms, and the standardization of the test conditions make results from different laboratories and for different toxicants directly comparable, they do not represent actual field effects of the studied chemicals. In fact, the legislators (EC, EPA, etc.) acknowledge this indirectly by including different “safety factors” or Toxicity Exposure Ratios (TER) as safety criteria. For example, the first-tier safety criterion for acute test on earthworms is TER = LC50/PEC > 10, and for the chronic test on earthworms and other non-target soil macro-invertebrates TER = NOEC/PEC > 5. The safety factors are supposed to account for inter-individual variability within test species, extrapolation from laboratory to field conditions and from test species to other soil invertebrates. The safety factors are, however, completely arbitrary, without good support in data. In result, predicted effects of chemicals to communities in real environments may be substantially under- or over-estimated. Both errors may bring substantial costs - either to the environment (if the effects are under-estimated) or to economy (in case of over-estimated effects). In the real environment, organisms are usually exposed to a range of stressors rather than a single chemical - as in standard bioassays. Moreover, many natural factors, not necessary in their stressing ranges, affect pollutants fate in the environment and sensitivity of organisms to their toxicity. Potential effects of interactions between these multiple factors are, at the moment, impossible to predicts. For example, temporarily increased temperature may, on the one hand, increase ingestion of toxic chemicals and their activity in organisms but on the other may increase detoxification and excretion rates. The net balance of these processes are hard, is not impossible, to predict at the present state of knowledge. Moreover, in the real-field situations organisms are frequently exposed to a range of pollutant rather than a single one - as it happens in bioassays. Again, the interactions between a number of chemicals can hardly be predicted without experimental studies. These difficulties and uncertainties are considered, at least to some extent, in higher-tier tests, such as, e.g., earthworm field studies. However, the higher-tier tests are designed and performed with specific problems in mind, and criteria are used case by case, with expert judgment. In contrast to laboratory bioassays, these tests are highly specific for the studied area(s) and are, thus, of rather low generality. Hence, their results cannot be used for general ecological risk assessment over large geographic areas. During the presentation the present state of knowledge on effects of interactions between toxicants and natural environmental factors will be reviewed and the question can we handle such complex issues in ecotoxicology discussed. Examples from actual studies will be also shown to illustrate how important it is to include in ERA more complex scenarios that those required in the present-day risk assessment. INSITU-МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СРЕДЫ ОБИТАНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Левич А.П., Булгаков Н.Г., Фурсова П.В., Карпов А.А. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. apl@chronos.msu. ru IN SITU-METHODOLOGY TO ASSESS THE QUALITY OF THE ENVIRONMENT. BASICS Levich A.P., Bulgakov N.G., Fursova P.V., Karpov A.A. Конструктивное решение проблем оценки качества среды обитания должно опираться на следующие положения (Левич и др., 2011): 1. Оценку состояния природных экосистем следует проводить не по уровням факторов среды, а по характеристикам биоты (биологическим индикаторам). 2. Эту оценку следует проводить in situ, а не in vitro. 3. Необходимо сформулировать представление об экологической норме для природных экосистем, поскольку в концепции ПДК за нормальное состояние неявно принимают ненарушенное состояние тестовой популяции или отдельных организмов in vitro. 4. Нормативы факторов среды следует устанавливать как уровни, не нарушающие норму экологического состояния для биологических индикаторов. Нормативы, полученные не в лаборатории, а по данным регионального или локального мониторинга, будут иметь в различные периоды функционирования экосистем региональный или локальный (как в пространстве, так и во времени) характер. 5. Метод установления нормативов должен позволять рассчитывать их не только для загрязняющих веществ, но и для факторов нехимической природы; должен ограничивать не только высокие, но и низкие (если они существуют) допустимые значения факторов среды; нормативы должны быть дифференцированы для природных объектов различного целевого назначения и для различных требований к качеству среды. 6. Если данные мониторинга отсутствуют, то применение лабораторных нормативов ПДК оправдано.
Нормативы ПДК играют упреждающую роль (Филенко, 2011). Востребованность «натурных» нормативов может служить стимулом расширения программ мониторинга. 7. Анализ натурных данных должен не только выявлять факторы среды, приводящие к экологическому неблагополучию биологических индикаторов, но и позволять ранжировать такие факторы по вкладу в степень неблагополучия, и оценивать достаточность программ наблюдения за ними. Идея, реализующая биотическую концепцию перехода от лабораторных ПДК к «натурным» нормативам, казалось бы, лежит на поверхности: нужно проанализировать зависимость «доза-эффект» для факторов среды и биоиндикаторов. Однако реализация этой идеи сталкивается с принципиальными и, как следствие, с методическими трудностями. Главные из них - следующие: - Необходимо научиться работать не с обнаруживаемыми в лабораторных экспериментах «хорошо организованными» зависимостями биологических характеристик от факторов среды, а с размытыми, неоднозначными связями между экологическими переменными природных комплексов. - Необходимо суметь выделить из влияния на живые системы множества факторов окружающей среды влияние каждого из них, чтобы оценить его вклад в неблагополучие и соответственно нормировать уровень воздействия. Работа поддержана грантом РФФИ «Теоретическое обоснование insitu-методологии установления локальных границ нормы экологических характеристик природных экосистем». INSITU-МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СРЕДЫ ОБИТАНИЯ. О БИОИНДИКАТОРАХ Левич А.П., Булгаков Н.Г., Рисник Д.В., Максимов В.Н., Карпов А.А. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. apl@chronos. msu. ru INSITU-METHODOLOGY TO ASSESS THE QUALITY OF THE ENVIRONMENT. ABOUT BIOINDICATORS Levich A.P., Bulgakov N.G., Risnik D.V., Maximov V.N., Karpov A.A. Insitu-методология контроля качества окружающей основана на анализе данных совместных наблюдений за характеристиками биоты и среды ее обитания в природных и антропных экосистемах. Среди участвующих в анализе характеристик могут фигурировать не только химические вещества, но и любые измеряемые характеристики климата; водного режима; излучений... Для антропных экосистем среди влияющих на показатели здоровья и демографии характеристик, кроме физико-химических факторов, могут быть факторы социальные, экономические и т.п. Первый этап методологии - выбор биоиндикатора: среди биологических характеристик мониторинга эколог назначает ту, по значениям которой готов судить о степени благополучия-неблагополучия экосистемы. Выбор определяют частные цели экологического контроля (сохранение биосферы, редких видов, экологическая безопасность населения и т.п.). Применение insitu-методологии к различным индикаторам позволяет осуществить среди них аргументированный выбор. Биоиндикаторы оказываются востребованными не в академических целях, а для включения методов их определения в систему массового экологического контроля. Есть два обстоятельства, которые среди прочих могут влиять на выбор биоиндикаторов. Первое из них - принцип инструментальности: предпочтительны не «ручные», а приборные методы анализа биологических данных. Например, показатели размерной структуры фитопланктонных сообществ, поскольку определение размеров клеток может быть полностью автоматизировано в режиме реального времени. Ещё более перспективен показатель эффективности фотосинтеза, основанный на инструментальном измерении флуоресценции растений. Фотосинтез лежит в основе всех биологических процессов на Земле, чувствителен к широкому кругу факторов, поэтому может быть предложен как наиболее фундаментальный, универсальный и распространенный индикатор качества среды в самых различных биотопах. Второе важное обстоятельство можно назвать принципом антропоцентризма: кроме цели охраны природы, у экологического контроля есть цель обеспечения экологической безопасности населения. Имея её в виду, не будет ли более правильным использовать в качестве биоиндикаторов характеристики популяции самого человека (показатели рождаемости, смертности, заболеваемости). Различные значения индикатора соответствуют различным уровням благополучия- неблагополучия или, другими словами, принадлежат различным классам качества среды по биологическим показателям. Insitu-методология не требует априорно указывать границы между классами качества. Значения границ представляют один из главных результатов совместного анализа биологических и физико-химических данных. Второй главный результат insitu- методологии - границы нормы для факторов среды, разделяющие классы с различной степенью допустимости значений фактора. Допустимость и недопустимость значений трактуется в том смысле, что они приводят соответственно к благополучным и неблагополучным значениям биологического индикатора. Границы нормы играют роль границ классов качества среды по физико-химическим показателям. Полученные классы качества по биологическим и физико-химическим показателям не независимы друг от друга и полностью согласованы. Границы нормы играют роль, полностью аналогичную нормативам ПДК, и могут быть использованы в этой роли при расчетах любых нормативных показателей. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ: МЕТОД ЛОКАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НОРМ Левич А.П., Булгаков Н.Г., Милько Е.С., Рисник Д.В. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. apl@chronos.msu. ru METHODOLOGICAL PROBLEMS OF ENVIRONMENTAL DATA ANALYSIS AND THE WAYS OF ITS SOLUTIONS: METHOD OF LOCAL ENVIRONMENTAL NORMS Levich A.P., Bulgakov N.G., Mil'ko E.S., Risnik D.V. В контролируемых условиях лабораторных экспериментов «хорошо организованные» зависимости между биологическими и физико-химическими характеристиками имеют вид однозначных функций, поддающихся корреляционному, регрессионному и другим видам статистического анализа. В природных экосистемах на биологическую характеристику одновременно действует множество факторов среды. Она становится функцией многих физико-химических переменных, зависимость от которых имеет вид «плохо организованного», «размытого» облака точек. Корреляционный анализ «размытых» зависимостей демонстрирует сравнительно низкую и незначимую величину связей. Многомерный регрессионный анализ также осложнен рядом обстоятельств. Применение многих статистических процедур предполагает, что исходные данные обладают какими-либо априорными статистическими свойствами, например, распределены по гауссовскому или другому закону. Для экологических данных эти предположения выполняются очень редко. Один из методов анализа «плохо организованных» данных - переход от количественных переменных к их качественным классам. После выделения классов возможен поиск корреляций и других видов связи уже между классами переменных. Применение анализа качественных переменных также сталкивается трудностями. Во- первых, возникает проблема выбора объективного критерия для выделения качественных классов. Обычно границы между ними вводят субъективно: например, диапазон измерения характеристики делят на равные интервалы или экспертным образом назначают «высокие» и «низкие» или другие значения. Субъективность выбора границ ставит под сомнение обоснованность всех последующих процедур установления связей. Вторая трудность вызвана неустранимым влиянием на биологические характеристики всех факторов среды, из-за чего наблюдаемое значение биологической характеристики может быть вызвано не исследуемым фактором, а какими-либо другими, действующими одновременно с ним. Необходимые границы качественных классов можно рассчитать методом локальных экологическим норм (методом ЛЭН). Метод основан на поиске таких границ классов, чтобы допустимые значения фактора сопутствовали благополучным значениям индикатора и недопустимые значения фактора - неблагополучным значениям индикатора. Применение метода ЛЭН обеспечивает следующие результаты: 1) Оценку качества среды для отдельных регионов, их участков и пунктов на количественной шкале «благополучие-неблагополучие». 2) Перечень неблагоприятных факторов окружающей среды любой природы, приводящих к экологическому неблагополучию, и их ранжирование по вкладу в степень неблагополучия. 3) Верхние и нижние границы нормы для каждого из неблагоприятных факторов. Эти границы могут быть приняты за локальные нормативы качества среды для факторов. 4) Количественную меру полноты программ наблюдения за потенциально опасными факторами окружающей среды. 5) Прогноз экологического состояния экосистемы по сценариям проектируемых воздействий. 6) Отбор адекватных биоиндикаторов. Работа частично поддержана грантами РФФИ 12-07-00580 и «Теоретическое обоснование insitu-методологии установления локальных границ нормы экологических характеристик природных экосистем».
Еще по теме ОСОБЕННОСТИ СТИМУЛЯЦИИ РОСТА РАСТЕНИЙ ГУМИНОВЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Кыдралиева К.А., Жоробекова Ш.Ж. Институт химии и химической технологии НАН, Бишкек, Кыргызстан. kamila.kydralieva@gmail.com: