МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНОГО БИОТЕСТИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АГРОЭКОСИСТЕМЫ Помазкина Л.В., Соколова Л.Г. Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, Иркутск, Россия. lvp@sifibr. irk. ru
THE METHOD OF INTEGRAL BIOTESTING OF IMPACT ON AGROECOSYSTEMS Pomazkina L.V., Sokolova L.G. Решение современных экологические проблем, связанных с воздействием на экосистемы изменяющихся факторов среды и их негативных последствий, одна из важнейших задач экологического нормирования.
Очевидна необходимость в разработке методов, которые позволяют учитывать природные механизмы устойчивости или неустойчивости экосистем и оценивать экологическую нагрузку, при которой способность к саморегуляции снижается. Негативные воздействия за пределами допустимой нагрузки приводят к деградации, прежде всего агроэкосистем, которые отличаются несбалансированностью процессов вещественно-энергетического обмена. Однако научно обоснованный подход к нормированию природного и антропогенного воздействия в целом на агроэкосистему практически отсутствует. Предлагаемый подход основан на методологии системного анализа. Агроэкосистема исследуется как взаимодействующие компоненты (почва-микроорганизмы-растения-атмосфера), интегрированные потоками углерода. Как открытая система, она существует благодаря когерентным взаимодействиям компонентов. Режим функционирования агроэкосистемы оценивается по соотношению потоков углерода во внутрипочвенном цикле. Минерализовавшееся (М) органическое вещество почвы («вход») формирует два потока углерода: нетто-минерализованный (Н-М) - «выход» и реиммобилизованный (РИ) - «возврат на выходе», или поток (обратная связь), обеспечивающий его ресурс в почве. Формирование потока РИ можно рассматривать как гомеостатический механизм, поддерживающий динамически-равновесное состояние агроэкосистемы. Экспериментально установлено, что скомпенсированность потоков Н-М и РИ обеспечивает режим гомеостаза. Усиление воздействия среды на агроэкосистему изменяет режимы функционирования - стресс, резистентность, адаптационное истощение и репрессия. Согласно разработанной оценочной шкале им соответствуют уровни нагрузки - «допустимая», «предельно допустимая», «критическая» и «недопустимая». Использование метода интегрального биотестирования показало, что при одинаково низких уровнях загрязнения почв фторидами алюминиевого производства (оценка по ПДК) агроэкосистемы на агротемногумусовой почве функционируют в режиме стресса, тогда как на агросерой - резистентности («допустимая» и «предельно допустимая» нагрузка). Повышение загрязнения агросерой почвы приводит к формированию режима адаптационного истощения и даже репрессии («критическая» и «недопустимая» нагрузка), тогда как агротемногумусовой - режима резистентности («предельно допустимая» нагрузка). Показано, что загрязнение фторидами агросерой почвы не должно превышать 25 ПДК, а агротемногумусовой может быть больше, что обусловлено устойчивостью агроэкосистемы. Это не соответствует принятым градациям (Методические рекомендации ..., 1995), по которым допустимое содержание фторидов в почве может достигать 50 ПДК, причем независимо от типа. Санитарно-гигиенические нормативы можно использовать только как ориентировочные, не отражающие реального воздействия загрязнения на агроэкосистему. Предлагаемый метод интегрального биотестирования пригоден для оценки устойчивости агроэкосистем, их состояния и прогноза в условиях изменяющейся среды, а также для поиска эффективных экобиотехнологий, снижающих негативные последствия загрязнения. Исследования выполнены при поддержке РФФИ (гранты 05-04-97206, 08-04-98042, 1204-98054). ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МИТОТИЧЕСКОГО ИНДЕКСА Попов А.И., Вишняков А.Э. Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия. paihumic@gmail. com AN ASSESSMENT OF BIOLOGICAL ACTIVITY OF HUMIC SUBSTANCES BY DETERMINATION OF THE MITOTIC INDEX VALUE Popov A.I., Vishnaykov A.E. Гуминовые вещества (ГВ) по характеру действия на растения - неспецифические регуляторы роста (Овчинникова, 1991). Чаще всего биологическая активность ГВ оценивается на основе определения увеличения всхожести семян, длины стеблей и корней, а также массы проростков растений. Однако эти методы требуют значительного времени и строгой стандартизации условий выращивания проростков растений. Одним из простых и быстрых, а также высокочувствительных и воспроизводимых методов биотестирования физиологически активных веществ является определение величины митотического индекса (МИ) корневых клеток проростков растений. В качестве объекта исследования для оценки митозмодифицирующего воздействия растворов ГВ нами был выбраны корни трёхдневных проростков гороха (Pisum sativum L.). Корни проростков в течение 24 часов контактировали с исследуемыми объектами. Митотический индекс определяли стандартным методом (Пухальский и др., 2004). В качестве исследуемых соединений были использованы ГВ, выделенные из вермикомпоста щелочным раствором Na4P2O7 (Кононова, Бельчикова, 1961). Исходные растворы ГВ были разделены на шесть фракций с различной агрегативной устойчивостью при разных значениях pH: 3, 5, 7, 9, 11 и 13. Все исследуемые растворы ГВ разбавляли дистиллированной водой до следующих концентраций углерода ГВ: 0.001 и 0.01 мг/мл. Исходя из полученных экспериментальных данных, можно заключить, что величину МИ клеток корневых апексов гороха (Pisum sativum L.) целесообразно использовать для характеристики биологической активности ГВ. Соединения макро- и микроэлементов, входящие в состав питательной среды не оказали митозмодифицирующего воздействия, а растворы гуминовых веществ оптимальной концентрации (0.001 мг СГВ/мл) стимулировали митоз корневых клеток проростков гороха. При этом фракции ГВ, агрегативно устойчивых при значениях водородного показателя равных 3, 5, 7 и 9 характеризовались наибольшей пролиферативной активностью. В случае растворов ГВ повышенной концентрации (0.01 мг СГВ/мл), достоверное положительное влияние на величину МИ оказали только фракции, агрегативно устойчивые при pH равных 7 и 11.
ИНДЕКСЫ ЗАРАЖЕННОСТИ МОРСКИХ ЗВЕЗД ASTERIAS RUBENS КОПЕПОДАМИ SCOTTOMYZON GIBBERUM, КАК БИОИНДИКАТОРЫ КАЧЕСТВА ПРИБРЕЖНЫХ МОРСКИХ ВОД Поромов А.А. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. artem-1309@yandex.ru INFECTED INDEXES OF SEA STAR ASTERIAS RUBENS BY COPEPOD SCOTTOMYZON GIBBERUM AS MARINE COASTAL WATER QULATITY BIOINDICATORS Poromov A.A. В условиях усиливающегося негативного воздействия на природные экосистемы особую актуальность приобретает проблема оценки состояния окружающей среды и его изменения во времени - экологическая диагностика. Теоретической основой экодиагностики в морской среде служит совместный анализ состояния биотической и абиотической компонент экосистемы. Процедура биологической диагностики осуществляется при помощи двух различных подходов - биоиндикации и биотестирования. Цель данной работы - это поиск биоиндикаторов, адекватно отражающих изменения в окружающей среде и отвечающих ряду выдвигаемых современной системой экологической диагностики требований: широкое распространение и достаточно высокая численность, высокая чувствительность, точность реакции, минимальные затраты на таксономическое определение и получение экологической информации. Одним из методов биоиндикации качества морской среды может служить симбиценотический метод. Учет симбионтов позволяет получать достоверную информацию о качестве среды, так как многие симбионты более чувствительны к изменениям внешней среды, то степень интенсивности и экстенсивность инвазии) напрямую зависит от условий, в которых находится популяция хозяев. Сбор материала производился в течении вегетационного периода с мая по октябрь 2012 г. с 11 точек по акватории Кандалакшского залива Белого моря с глубин от 1 до 15 метров. На поверхности массового литорального вида морских звезд Asterias rubens производили подсчет численности самок третьей копепоидной стадии паразитирующих копепод рода Scottomyzon. Одновременно измерялась температура воды и воздуха, солёность, проводился химический анализ донный осадков. При анализе выявлены особенности размерной структуры морских звезд, особенности размерной, возрастной и репродуктивной структуры паразитов. Выявлены размерные кластеры морских звезд по уровню зараженности. Показаны зависимости паразитологических индексов инвазии копеподами от гидрохимических факторов в морской среде. В дальнейшем акватория сбора проб будет расширена, что позволит увеличить разнообразие гидрохимических условий, и получить более точные данные о действии факторов окружающей морской среды на изучаемые показатели. ОБЩИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ДЛЯ ПОЧВ - КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ МЕДИ РАСТЕНИЯМИ НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Пошчич Ф., Хлопова Н.С. COMMON ECOLOGICAL INDICATORS RAPPORTED TO A SOIL - PLANT COPPER CAPACITY INDEX IN SLIGHTLY COPPER CONTAMINATED FIELDS Poscic F1, Khlopova NS2 1 University of Udine, Italy, filip.poscic@uniud.it 2 Russian State Agrarian University - MTAA Named after K. A. Timiryazev, Moscow, Russia Ecological indicators give us information about ecosystems and the impact of uncommon activities (human or no) on ecosystems. Often the ecological indicators cannot distinguish little differentially polluted locations. An example of such situation is represented by organic vineyards in Italy which are often slightly contaminated by Cu due to applications of pesticides during several decades. On the other hand in organic vineyards it is forbidden the use of other organic pesticides and fertilizations providing an excellent example of uniform fields by environmental and soil parameters, at least in the same region, thus allowing in some extent the assumption that only Cu toxicity is influencing the biodiversity. The health of organic vineyards needs to be monitored, especially because they are used to produce food. A methodology is proposed to analyse ecological indicators based on Carabidae species number in relation to Cu contamination in organic fields while controlling for different environmental and soil parameters. Different organic fields in NE Italy were characterized for physicochemical properties (pH, EC, texture, organic C, total N, mineral analysis, degree days, radiation and elevation) and for total and extractable Cu from soils and plant shoots from five different species: Lolium perenne L., Plantago lanceolata L., Rumex obtusifolius L., Taraxacum officinale F.H. Wigg. and Trifolium repens L. The average total soil Cu resulted in 161 mg kg-1 d.w., while the extractable fraction was 54 mg kg-1 d.w. In order to evaluate the Carabidae species number as an ecological indicator for biodiversity a random sampling in the fields during 2011 and in three different seasons (spring, summer, autumn) was performed. The most represented species were: Amara aenea De Geer, Harpalus dimidiatus Rossi, Steropus melas Creutz., Harpalus distinguendus Duf., Harpalus affinis Sch. Ecological indicators resulted to not be feasible to distinguish the areas as they are not related to total or extractable soil Cu or any other measured variable. Therefore, we present a new measure of Cu disturbance in fields, a composite indicator based on regression between extractable Cu in soil and Cu accumulation in plant shoots of representative species. As Cu accumulation in plant shoots was highly correlated with extractable Cu in soil, residuals of the regression are thus a feature of plants community, and not merely of the environment. Therefore it is convenient to define these residuals as “Cu soil - plant capacity” because they quantify the differently available Cu among areas. Through Cu soil - plant capacity the use of Carabidae indices as ecological indicators in slightly Cu polluted fields is now practicable.
Еще по теме МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНОГО БИОТЕСТИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АГРОЭКОСИСТЕМЫ Помазкина Л.В., Соколова Л.Г. Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, Иркутск, Россия. lvp@sifibr. irk. ru: