Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1. О развитии вермикомпостирования в биоэкологи 9
1.2. Вермикомпостирование при утилизации отходов 15
1.3. Значение беспозвоночных в биотестировании токсичности почв 24
1.4. Цитоморфологические и цитохимические показатели червей в качестве тест-реакции на токсичность среды
2. Материалы и методы исследований 32
3. Результаты исследований
3.1. Динамика концентрации тяжелых металлов в очищаемых верми-компостированием почвах, как индикатор ремедиации среды 37
3.2. Характеристика видового разнообразия червей, способных проявлять индикаторную реакцию на токсичность среды 56
3.3. Индикаторные показатели червей для биотестирования токсичных вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств 76
3.4. Индикаторные показатели растений для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств
Заключение 92
Выводы 98
Список использованной литературы
- Вермикомпостирование при утилизации отходов
- Цитоморфологические и цитохимические показатели червей в качестве тест-реакции на токсичность среды
- Характеристика видового разнообразия червей, способных проявлять индикаторную реакцию на токсичность среды
- Индикаторные показатели растений для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств
Введение к работе
Актуальность. Процессы самоочищения природы из-за больших концентраций ксенобиотиков и высокой их устойчивости к разложению идут очень медленно. Поэтому актуальной экологической задачей является восстановление окружающей среды: рациональная переработка промышленных и сельскохозяйственных отходов; санация и восстановление плодородия земель, утилизация отходов иловых стоков предприятий и т. д. Для ремедиации экологически неблагоприятных почв необходимо применять их вермикомпостирование.
Изучение реакций почвообитающих беспозвоночных в качестве показателей биотестирования, исследование механизмов их функционирования в антропогенных экосистемах, является актуальным. Тест-реакции беспозвоночных к условиям антропогенной нагрузки на экосистемы изучены недостаточно. Так же интерес представляет исследование реакций растений, способных к индикации процесса очищения субстратов, при вермикомпостировании почв.
Масштабы антропогенной деятельности достигли такого уровня, когда существующая система экологического мониторинга должна дополняться исследованиями с использованием животных и растений, пригодных для биоиндикации и биотестирования (Нефедова, 2011). В таком аспекте перспективным представляется использование показателей биохимических и цитоморфологических реакций беспозвоночных (Цветков, 2007).
Наиболее перспективным путем восстановления загрязненных почв является ремедиация. Фиторемедиация заключается в использовании растений для очистки среды. Это современная биотехнология высокоэффективной очистки от органических и неорганических загрязнителей (Агибаева и др., 2013). Растения, чутко реагирующие на характер и степень загрязнения, используются в качестве индикаторов состояния среды (Лорсанова, 2009).
Способность червей к ремедиации в почво-растительных системах способствует снижению токсичности субстратов, что позволяет производить на них продукцию, годную к употреблению. Черви способны связывать поллютанты и уменьшать их поступление в растения (Ткаченко, 2005).
Биотестирование недостаточно применяется в производственных лабораториях, анализирующих почвы. Однако этот метод более чувствителен по сравнению с химическим анализом, так как последний выявляет концентрации заявленных веществ, тогда как биотестирование указывает на наличие или отсутствие токсичности (Пономарев, 1985).
Таким образом, выявление индикаторных реакций червей и растений для биотестирования вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами предприятий, является актуальным направлением исследований в области прикладной экологии.
Цель – выявление индикаторного значения червей и растений для оценки экологического состояния вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств.
Решались задачи:
1. Проанализировать динамику концентрации тяжелых металлов, индикаторно
отражающую ремедиацию среды, в очищаемых вермикомпостированием почвах.
-
Охарактеризовать видовое разнообразие червей, способных проявлять индикаторную реакцию для биотестирования токсичности почв.
-
Выявить индикаторные показатели червей для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами.
-
Выявить индикаторные показатели растений для биотестирования динамики ремедиации вермикомпостируемых почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами.
Объекты исследования: черви – представители семейства Дождевые черви (Lumbricina), видов: Навозный червь (Eisenia fetida), Белокончиковый дождевой червь (Octolasion lacteum), Красноватый дождевик (Lumbricus rubellus), Восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra); растения – пшеница мягкая Triticum aestivum L., салат обыкновенный Lactuca sativa L.
Предмет исследования: индикаторные реакции червей и растений для биотестирования токсичности почв, при использовании червей – холодоустойчивость, весовые показатели и адаптивные характеристики, репродуктивность и восстановление популяций, количество особей, наличие и число коконов, вылупившейся молоди; растений – ростовые показатели, водоудерживающая способность, оводненность листьев.
Научная новизна. На основе анализа динамики холодоустойчивости, весовых показателей, репродуктивности, восстановления популяций, ремедиацион-ных способностей, динамики цитохимических и цитоморфологических показателей, впервые доказано, что белокончиковый дождевой и навозный черви, красноватый дождевик и восьмигранная дендробена обладают характерной маркерной тест-реакцией для выявления токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных производственными отходами; на основе анализа оводненности листьев растений, их ростовых показателей, водоудерживающей способности листовых пластинок, доказано, что пшеница мягкая (Triticum aestivum L.), салат обыкновенный (Lactuca sativa L.) индикаторно отражают динамику ремедиации вермиком-постируемых почв, загрязненных отходами производств.
Практическая и теоретическая значимость работы. Для биотестирования вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств, выявлен ряд индикаторных цитохимических, цитоморфологи-ческих, репродуктивных и ремедиационных показателей червей; маркерных показателей растений, обладающих реакцией для оценки токсичности среды и динамики ее ремедиации. Использование результатов исследований в практической деятельности специалистами сельскохозяйственного и лесопаркового сектора позволит контролировать экологическое состояние и проводить ремедиацию почв на территориях, граничащих с кожевенными и цементными производствами или местами отвалов их отходов.
Результаты научно-исследовательской работы внедрены в работу Учебно-научного инновационного центра «Агротехнопарк» на открытой агротехнологи-
ческой станции; используются в учебном процессе в ФГБОУ ВО РГАТУ имени П. А. Костычева, РГУ имени С. А. Есенина, для проведения лекций и лабораторных занятиях по дисциплинам экологического и биологического циклов.
Личный вклад автора заключается в самостоятельном проведении полевых работ и лабораторных исследований; сборе статистического материала для анализа динамики маркерных показателей различных видов червей для их использовании при биотестировании в условиях антропогенного давления со стороны кожевенного и цементного производств; в анализе научной литературы, систематизации материалов и их публикации (в соавторстве).
Достоверность результатов обеспечивается использованием современных аттестованных методик, методов исследований образцов почв и их экспериментальных аналогов, с применением государственных стандартных образцов пол-лютантов и статистической обработке материалов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Вермикомпостирование почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами, позволяет очистить их от тяжелых металлов, динамика процесса индика-торно отражается на показателях червей, осуществляющих ремедиацию субстрата, а так же растений, произрастающих на восстанавливаемых почвах.
-
Для оценки очистки токсичных почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами, необходимо выбирать вид червей, обладающий способностью проявлять индикаторную реакцию, отражающую ремедиацию субстрата под действием вермикомпостирования.
3.Эффективными индикаторными показателями червей, которые необходимо использовать при оценке очистки почв, являются динамика холодоустойчивости, весовых и адаптивных характеристик, репродуктивность и восстановление популяций, количество особей, коконов, молоди.
4. Индикаторными показателями растений, отражающими ремедиацию верми-компостируемых почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами, являются динамика ростовых показателей, водоудерживающая способность, овод-ненность листьев.
Апробация. Материалы представлены и обсуждены на 64-ой областной научно-практической конференции школьников, студентов и аспирантов «Научные приоритеты в АПК: Инновационные достижения, проблемы, перспективы развития» (ФГБОУ ВПО РГАТУ, 29.04.2013), на международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования» (24-26 января, 2013, Санкт-Петербург); XII Международной студенческой научной конференции «Знания молодых – будущее России» «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», г. Киров (12-14 марта, 2014 г.), на конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» в Рязанском институте управления и права 19.12.2014 г., на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные и научно-технические разработки и исследования молодых ученых» (ФГБОУ ВО РГАТУ, 18.03.2016 г.). Приняла участие в программе «УМНИК» в Рязанской области, проводимой в рамках программы Фонда содействия развитию
малых форм предприятий в научно-технической сфере «Участник молодежного научно-инновационного конкурса».
Публикации. Опубликовано 11 статей, из них 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты собственных исследований, заключение, выводы, список использованной литературы. Общий объем работы 121 стр., в диссертации 22 таблицы, 15 рисунков. Список использованной литературы включает 200 источников, в том числе 23 работы зарубежных авторов.
Вермикомпостирование при утилизации отходов
В Китае начали заниматься вермикультурой с 1975 года, и для обучения крестьян организовывали трехмесячные всекитайские курсы. Менее чем через пять лет биологическое земледелие вывело около 200 млн. людей из черты бедности. В Европе вермикультивированием начали заниматься с 1976 года в Италии (Владимирова, 2008).
По мнению ученых Sun и др. (1997), Sabine (1978) вермикультура используется для превращения органических отходов в животный белок, который может применяться в качестве вермикомпоста для улучшения качества почв и для разработки кормовой добавки скоту. Для человека источником белка может служить мука из дождевых червей (Sun et al, 1997, Sabine, 1978).
Постепенный переход к биологическому земледелию привел к тому, что в 1985 году Япония стала обеспечивать сельскохозяйственной продукцией в достаточном количестве жителей островного края, отказавшись от импорта продуктов питания, а в 1989 году сократила посевные площади на 17 % из-за перепроизводства сельскохозяйственной продукции. В тот же период была создана Ассоциация «Биоконверсия», которая объединила усилия около 200 научных учреждений, кооперативов, совхозов, колхозов, совместных предприятий и организаций, в том числе и зарубежных, в области научного исследования деятельности различных почвенных организмов и их практического применения для биоконверсии. В Японии, Швейцарии, Франции, Венгрии, Италии и других странах существует множество вермихозяйств и крупных установок промышленного типа, где перерабатывается в сутки вермикомпостированием 150 т отходов (Мельник, 2013).
В Японии на компосте с помощью червей перерабатывают органические отходы, включая трудно поддающиеся утилизации. Удобрения, полученные из данных отходов вермикультивированием, вносят под технические культуры. Worm World (Флорида) в 1997 году удалось получить патент на оригинальный способ вермикомпостирования, позволяющий за 7 суток получить высокий положительный результат. Успехом этой корпорации является вермикомпостер, способный непрерывно получать 1000 кг биогумуса за 24 часа. Интересен факт, что это вермикомпостер располагается на площади 20 кв. м. (Windle, 2001).
Крупнейшее хозяйство по вермикультивированию в Италии (16 га); во Франции расположено более 2 тысяч червехозяйств, в которых заселяют коконами субстрат, представляющий собой ферментированные отходы. В Англии вер-микомпостирование используется на очистных сооружениях. В Германии верми-компост делают на основе навоза кроликов с добавлением в компост соломы, древесных опилок. На Кубе на сегодня около 200 предприятий, осуществляющих переработку мусора с использованием вермикомпостирования (Игонин, Титов, 2002).
В настоящее время наибольшую популярность в качестве объекта вермико-постирования получил вид, разновидность которого, как наиболее эффективная была выведена в Калифорнии (США), а в последующем интродуцирована в Европу. На данный момент эта разновидность – Eisenia foetida andrei (Мамеева, 2003).
Считается, что родоначальником вермитехнологии в России является И. Франковский, а затем, во Владимирском педагогическом университете в 1982 году профессор А. М. Игонин селекционируя южного и северного червей, получил Владимирский гибрид, который позже назвали «Старатель». В России искусственное производство дождевых червей в хозяйственных масштабах во Владимире. С 1985 года в Институте биологии Кирициным были начаты исследования по возможности очистки субстратов от токсичных веществ вермикомпостированием (Соколов, 1999).
В России совершенствованием вермикультивирования озадачены в 50 регионах. Интересная работа ведется в Рязани, где занимаются вермикультурой с 1991 года отдельные малые предприятия. Ученые МГУ проводят исследования вермикомпостов различных фирм – производителей (Пикушина, 2001). Вопросами зимнего вермикультивирования, вне помещения, в условиях Сибири, способами ускоренной подготовки субстратов, занимаются университете г. Томск. Во ВНИИ имени Прянишникова занимаются изучением различных видов биогумуса, норм и способов их внесения под различные овощные культуры. Проблемы вермикультивирования на стыке биологии, математического моделирования и конструирования решают в Удмуртии. С помощью вермикомпостирования в субстратах повышается удобрительная ценность, за счет снижения количества поллютантов, накапливаемых в теле червей (Филлипова, 2010).
По мере оседания наращивают бурты до прежней высоты, что позволяет избежать перегрева компоста, выделения газов, губительных для червей. Плотность заселения червей от 5 до 30 тысяч экземпляров на метр, влажность поддерживают на уровне, близком к насыщению.
В Санкт-Петербурге действует эксперимент по проекту «Экодом», профинансированный программой ТАСIS. В жилом микрорайоне при поддержке самих жителей идет сбор твердых отходов (ТБО) органического происхождения в отдельные контейнеры. ТБО измельчаются и в подвальных помещениях утилизируются методом вермикультивирования. Полученный вермикомпост используются при выращивании овощей на крышах домов этого микрорайона, который реализуют по сниженным ценам жителям, вовлеченным в этот эксперимент (Титов, 2013).
В нашей стране и за рубежом интенсивно ведутся исследования в области генетики дождевых червей, разрабатываются эффективные разведенческие технологии для использования биомассы червя в качестве белковой добавки к детскому и диетическому питанию, для решения ряда экологических проблем. Разработкой технологии вермикомпостирования на разных субстратах в Якутии занимается НИИ ООО «Эко-центр». В овощеводстве проводятся научные исследования по апробации вермикомпоста оригинального состава – смесь навоза и ОСВ (Игонин, 2002).
Цитоморфологические и цитохимические показатели червей в качестве тест-реакции на токсичность среды
Для выявления загрязнения почв использованы методики: выявление концентрации цинка (ПНД Ф 16.1.3-95 (с изм.)), меди (ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.48-06), хрома, никеля, кобальта, свинца (ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.78-2013), сухого остатка (ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.32-02), сульфат-ионов (ПНД Ф 16.1.8-98 (2008)), нитрат-ионов (ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.67-10).
Индикаторные показатели изучали на примере реакций на среду червей семейства Дождевые черви (Lumbricina). В эксперименте использовали червей видов Eisenia fetida (Навозный червь), Dendrobaena octaedra (Восьмигранная денд-робена), Octolasion lacteum (Белокончиковый дождевой червь), Lumbricus rubellus (Красноватый дождевик).
При исследовании адаптивных свойств червей к среде обитания были учтены следующие индикаторные показатели: холодоустойчивость, выживаемость особей и коконов (ISO 11268-2:2003 Качество почвы. Воздействие загрязняющих веществ на земляных червей (Eisenia fetida). Часть 2. Определение воздействия на их размножение (ISO 11268-2:1998, IDT)); вылупляемость молоди из коконов согласно рекомендациям К. С. Козлова (Козлов, 2003); весовые характеристики червей согласно рекомендациям С. А. Вальковой (2009) (Валькова, 2009); количество гранул в гемолимфе червей, цитохимически выявляемых ШИК-реакцией методом А. Л. Шабадаша (Шабадаш,1947); количество микроядер в амебоцитах червей, выявляемых цитоморфологически, согласно рекомендациям А. А. Коровушкина (Коровушкин, 2004).
Популяции червей оценивали по росту и развитию, для чего ежемесячного подсчитывали численность и определяли возрастной состав. Для этого брали пробы на площадке 100 м2, закладывая 10 прокопок размером 2525 см, на глубину 50 см. Из этих проб выбирали всех червей, подсчитывали их количество и определяли биомассу (взвешиванием). В каждый вариант почвы при влажности 60 % подсаживали по 15 особей половозрелых червей, в течение трех месяцев вели наблюдения.
Фиксация мазков гемолимфы производилась этиловым спиртом (20 мин). Мазки сушили в термостате при 37 С, окрашивали по методу Романовского-Гимза (Яковлев, Коровушкин, 2004). Окраску контролировали под малым увеличением микроскопа. Мазок высушивали сутки в вертикальном положении. Далее, дифференцировали ядерный материал, для чего на несколько секунд погружали мазок в 96 % этанол. Анализировали препараты под увеличением 40 и 90 .
Частоты встречаемости амебоцитов с микроядрами определяли в выборках из расчета - на 100 клеток (Sadayuki, 1991). Мелкие и средние гранулы амебоцитов выявляли при проведении Шик-реакции (Ленская, Лукьянова, 1998).
В качестве индикаторов ремедиации почв вермикомпостированием использовались: пшеница мягкая (Triticum aestivum L.) и салат обыкновенный (Lactuca sativa L.).
Изучение водоудерживающей способности, ростовых показателей, овод-ненности листьев растений проводилось в лабораторных условиях в течение 120 дней. Первые 3-ое суток семена проращивали в термостате при температуре 20 оС, затем высаживали в емкости с почвой на 5 кг. В каждом сосуде выращивалось по 20 г растений. Учет показателей роста проводили на 4-ый, 10-ый, 20-ый, 30-ый и 40-ой дни. Ростовые показатели (длина побега проростка, длина максимального корня проростка) фиксировали с помощью измерительной ленты; массу корней и побегов проростков определяли на лабораторных весах; долю проросших семян учитывали по принятым методикам. Уход за растениями осуществляли в соответствии с общепринятой агротехнической методикой.
Водоудерживающую способность листовой пластинки определяли весовым методом, вычисляя разность между сырой и сухой массой растения по методу А. А. Ничипорович (Ничипорович, 1926). Водоудерживающая способность Р рассчитывалась по формуле: Р = (Р1-Р2) 100 [ % ], (1) где Р1 - сырая масса листовой пластинки; Р2– масса листовой пластинки через 20 минут после отделения.
Интенсивность транспирации отражает воду, которая испаряется с 1 дм2 листа или единицы веса (1 г). Учитывается потеря жидкости листовой пластинкой за 3 мин. Листовую пластинку получали с растения и быстро взвешивали на торсионных весах Р1. Через 3 минуты взвешивали повторно Р2. Разница (DР) и есть количество испарившейся воды. Формула для расчета интенсивности транс-пирации (мг/г сырого веса в час): где 60 – коэффициент для перевода в часы; 1000 – коэффициент для перевода в граммы. Статистическая обработка проводилась согласно методике Н. А. Плохин-ского (1978).
Характеристика видового разнообразия червей, способных проявлять индикаторную реакцию на токсичность среды
Цинк. В 4-ом субстрате концентрация цинка составила 23,0 мг/кг, что соответствует ПДК, в 5-ом наблюдалось превышение по сравнению с контролем на 27 % (8,5 ПДК), в 6-ом – на 51 % (23,9 ПДК).
После первой ремедиации вермикомпостированием в 4-ом варианте почв концентрация цинка составила 22,0 мг/кг (в пределах ПДК), в 5-ом варианте выше по сравнению с контролем на 18 % (4,1 ПДК), в 6-ом – на 47 % (18,5 ПДК).
После двукратной ремедиации вермикомпостированием в контрольном субстрате концентрация цинка составила 21,3 мг/кг, в 5-ом и 6-ом по отношению к норме на 11 и 22 % соответственно (1,0 и 4,2 ПДК).
Динамика концентрации цинка в почвах под антропогенным давлением со стороны цементного производства следующая: в контрольной почве (4 вариант) концентрация цинка до вермикомпостирования составляла 23,0 мг/кг (100 %), в период двух ремедиаций вермикомпостированием концентрация этого поллютан-та снизилась на 5 и 7 % соответственно. В почве с добавлением 15 г/кг отходов цементного предприятия (5 вариант) до вермикомпостирования концентрация цинка составляла 31,5 мг/кг (100 %), после ремедиаций вермикомпостированием концентрация снизилась на 14 и 24 % соответственно.
В почве с добавлением 30 г/кг отходов цементного предприятия (6 вариант) концентрация цинка до вермикомпостирования составляла 47,0 мг/кг (100 %), после первой очистки снизилась на 11%, второй – 42 %.
В почвах со средним загрязнением отходами цементного предприятия (15 г/кг) после первой ремедиации вермикомпостированием происходило интенсивное снижение концентрации свинца, никеля и хрома. После вторичной очистки в субстрате наблюдалось плавное уменьшение концентрации этих тяжелых металлов. Первая и вторая ремедиация вермикомпостированием эффективна для очистки субстрата от цинка и меди.
В почвах, сильно загрязненных отходами цементного предприятия (30 г/кг), после первичной ремедиации токсичных почв вермикомпостированием происходило постепенное снижение концентрации хрома и свинца, при этом наблюдалось интенсивная очистка субстрата от меди, никеля и цинка. После вторичной реме 56 диации наблюдалось снижение концентрации исследуемых тяжелых металлов. Полученные результаты позволяют заключить, что эффективно применение двукратной ремедиации вермикомпостированием почв, загрязненных отходами цементного предприятия.
Актуально выявить индикаторные виды червей, способных отражать токсичность среды. При анализе устойчивости червей к климатическим условиям по показателям: холодоустойчивость, количество особей, вес, выявлено, что адаптированными к обитанию в рязанском регионе являются: навозный червь, красноватый дождевик, белокончиковый дождевой червь, восьмигранная дендробена, рыжий дождевой червь, калифорнийский красный червь, (таблица 3).
Однако эти виды червей отличаются по ряду адаптивных показателей, что важно учитывать при выборе объекта для проведения биотестирования токсичности почв.
Половозрелые особи дождевого белокончикового червя и красноватого дождевика неустойчивы к отрицательным температурам, для них гибельно охлаждение при минус 3 С; однако их коконы выдерживают низкие температуры до минус 15 С и до минус 35 С соответственно.
Особи и коконы восьмигранной дендробены обладают холодоустойчивостью, что важно для проведения биотестирования. Порог низких температур для выживания коконов составляет от минус 15 до минус 45 С; молодые особи переносят температуру до минус 14С.
Холодоустойчивость коконов дождевых рыжих червей зависит от возраста. Коконы рыжего дождевого червя способны выживать при экспозиции жидким азотом в течение суток (минус 196 С), при этом взрослые особи не переносят температуру ниже минус 1 С. Навозный и красный черви отличаются от других видов неспособностью особей и коконов переносить низкие температуры. Для них губительна температура минус 1С.
Исследования воспроизводительных возможностей популяций червей выявили, что этот показатель может использоваться, как индикаторный, при анализе токсичности почв в течение периода восстановления субстрата вермикомпостиро-ванием. При месячном содержании в оптимальных условиях 9 особей белокончико-вого дождевого червя в среднем делали кладку из 12 коконов. Красноватый дождевик 3 особи откладывал 11 коконов. 7 особей восьмигранной дендробены откладывали 20 коконов. 2 особи навозного делали кладку в количестве 8 коконов. 5 особей калифорнийского красного червя откладывали 17 коконов. 9 особей рыжего дождевого червя делали кладку в количестве 11 коконов.
Характеристика видового разнообразия червей по динамике весовых показателей, так же выявила особенности индикаторной реакции исследуемых популяций на токсичность почв.
Биотестирование токсичных вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного производства показало, что маркерным является индикаторный показатель – вес червей вида восьмигранная дендробена (таблица 4).
Индикаторные показатели растений для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств
Биотестирование дает возможность эффективнее, чем химический анализ, определить токсичность среды. С помощью химического анализа осуществляется контроль только определенных загрязнителей, при этом вопрос об экологической безопасности субстрата остается открытым. Поэтому, для контроля токсичности среды, следует применять биотестирование. Индикаторные объекты проявляют реакцию на загрязнение среды, поэтому остается актуальным поиск новых показателей и тест-реакций представителей флоры и фауны, способных достоверно отображать токсичность и восстановление субстратов.
При выполнении химического анализа почв анализируется заведомо заложенный заказчиком ряд поллютантов, тогда как применение индикаторов дает достоверный результат о среде в целом, не выделяя те или иные загрязнители. В производственные лаборатории поступает заказ на проведение анализа почв, воды или воздуха, при этом в договоре предприятие или частное лицо, указывает только те показатели, которые ему необходимы. Между тем, остальная часть составляющих элементов субстрата, остается не изученной. Таким образом, в отличие от биотестирования, химический анализ токсичных субстратов не дает полной картины о загрязнении среды. Наряду с этим, биотестирование не требует больших финансовых вложений в реактивы и аппаратуру, как это необходимо для химико-аналитического анализа. Поэтому биотестирование широко применяется в разных сферах деятельности служб, занимающихся экологической безопасностью среды, методика продолжает разрабатываться учеными, дополняться новыми тест-объектами.
Широкое применение и изучение биотестирования и биоиндикации отмечалось в 2000-х годах. Вопросами разработки методик биоиндикации и биотестирования занимались О. П. Мелехова, Е. И. Сарапульцева, Ю. К. Доронин, Т. И. Евсеева, С.А. Гераськин, В.М. Глазер, А. В. Киташов, А. А. Киташова, Ю. П. Козлов, И. А. Кондратьева, С. В. Котелевцев, Г. В. Коссова, Д. Н. Маторин, С. А. Остроумов, А. В. Смуров, С. И. Погосян, Г. Н. Соловых, Н. А. Тушмалова, А. Л. Степанов, Л. В. Цаценко (2010), они посветили свою работу изучению экологии среды, обобщили важность использования биоиндикации и биотестирования. Применяемые аналитические и химические методы контроля отрицательного воздействия на среду достоверно не гарантируют экологическую безопасность. Значимым является непосредственно оказываемый эффект от загрязнения, а не его уровень. Н. А. Черных (2003), изучая токсикацию почв ТМ, методами биотестирования анализировала качество растений. К. Ш. Казеев (2003, 2012), С. И. Колесников (2003, 2012) , В. Ф. Вальков (2003) и Е. В. Налета с коллегами (2015) в разные годы пользовались методами биотестирования при биологической диагностике и индикации почв, проводили оценку эффективности рекультивации субстратов с нефтепродуктами, выясняли зависимость фитотаксических свойств почв от ТМ. К. С. Козлов (2003) исследовал влияние на дождевых червей вида и дозы вносимых в почву нефтепродуктов. В. В. Толкачева (2004) в своем исследовании анализировала токсичность поверхностных вод биотестированием; А. С. Бащаса-рян (2005) подчеркивает значимость растений для биотестирования почв с городских территорий; Е. С. Захариков (2006); С. Ю. Селивановская, П. Ю. Галицкая, В. З. Латыпова, Д. А. Семанов (2007) проводили оценку эффективности биотестирования почв.
Эколого-физиологические механизмы адаптации животных к антропогенным воздействиям (на примере Рязанской области) изучали С. А Нефедова с коллегами (2011). О. А. Ляшенко (2012) утверждает, что невозможно достоверно изучить последствия антропогенного давления на окружающую среду без применения методов биологической индикации, отражающей реакции организмов на стресс-факторы. Можайский Ю. А., Евтюхин В. Ф. и Никулина Т. К. (1995) изучали содержание ТМ в почвенной среде и флоре. Большой вклад в разработку использования осадка сточных вод как удобрений внесли Е. С. Иванов и А. С. Чер-дакова (2012). В. И. Левин, С. Д. Правкина и Т. В. Хабарова (2014) в своем исследовании обосновали применение вермикомпостов с использованием ОСВ. А. И. Новак и др. (2013) проводили экологическую оценку водоёмов рязанского региона, выявляя индикаторные показатели паразитов рыб. С. А. Нефедова, А. А. Коро 94 вушкин с коллегами (2014) при биотестировании использовали представителей аквакультуры. Уливанова Г. В. (2015) изучала качество среды биоиндикацией и биотестированием.
Динамика ТМ в вермикомпостируемых почвах, загрязненных отходами кожевенного производства следующая: для среднего (15 г/кг) концентрация меди до вермикомпостирования 8,2 мг/кг (5,2 ПДК), после 1-ой ремедиации вермикомпо-стированием снизилась на 50 %, после 2-ой – на 57 %, цинка до вермикомпости-рования – 45,0 мг/кг (22 ПДК) после 1-ой очистки снизилась на 20 %, после 2-ой – на 38 %, концентрация кобальта до вермикомпостирования составляла 9,6 мг/кг (4,6 ПДК), после 1-ой ремедиации – уменьшилась на 6 %, после 2-ой – на 16 %, свинца до вермикомпостирования – 12,3 мг/кг (6,3 ПДК), после однократной очистки почвы вермикомпостированием наблюдалось снижение на 38 %, после 2-ой – на 44 %; для сильного (30 г/кг) – концентрация меди до очистки почвы составила 19,5 мг/кг (16,5 ПДК), после первичной ремедиации – снизилась на 21 %, после вторичной – на 49 %, концентрация цинка – в среднем 71,0 мг/кг (47,0 ПДК), после 1-ой ремедиации наблюдалось снижение на 34 %, после 2-ой – на 58 %, кобальта – 15,7 мг/кг (10,7 ПДК), после 1-ой ремедиации сократилась на 25 %, после 2-ой ремедиации – на 36 %, концентрация свинца составила 21,0 мг/кг (15,0 ПДК), после первичной очистки снизилась на 6 %, после вторичной – на 46 %; цементного: для среднего (15 г/кг) концентрация хрома до применения вермикомпости-рования составляла 11,0 мг/кг (5,0 ПДК), после первичной ремедиации вермиком-постированием – снизилась на 24 %, после двукратной ремедиации – на 33 %, концентрация меди до вермикомпостирования 8,7 мг/кг (5,7 ПДК), после 1-ой ре-медиации снизилась на 25 %, после 2-ой – на 53 %, до очищения вермикомпости-рованием концентрация никеля составляла 9,0 мг/кг (5,0 ПДК), после первичной очистки уменьшилась на 45 %, после вторичной – на 53 %, концентрация свинца до вермикомпостирования составляла 13,0 мг/кг (7,0 ПДК), после 1-ой и 2-ой очистки вермикомпостированием снизилась на 29 и 36 % соответственно, концентрация цинка – 31,5 мг/кг (8,5 ПДК), после 1-ой и 2-ой ремедиации снизилась на 14 и 24 % соответственно; для сильного (30 г/кг) – концентрация хрома до очистки со 95 ставляла 27,0 мг/кг (21,0 ПДК), после однократного очищения снизилась на 4 %, после двукратного – на 67 %, концентрация меди до вермикомпостирования 20,0 мг/кг (17,0 ПДК), после первичной ремедиации наблюдалось сокращение на 24 %, после вторичной – на 76 %, до вермикомпостирования концентрация никеля составляла 26,0 мг/кг (22,0 ПДК), после 1-ой ремедиации вермикомпостированием – уменьшилась на 12 %, после 2-ой – на 78 %; концентрация свинца – 24,0 мг/кг (18,0 ПДК), после первичной ремедиации снизилась на 5 %, после вторичной – на 56 %, концентрация цинка до вермикомпостирования 47,0 мг/кг (24,0 ПДК), после 1-ой и 2-ой ремедиации – снизилась на 11 и 42 % соответственно.
Для биотестирования почв необходимо применять объекты, хорошо адаптированные к анализируемой среде, однако способные проявлять высокую чувствительность к ее изменению. Разнообразие видов червей, встречающихся в почвах рязанского региона, и подобных субстратах, следующее: белокончиковый дождевой червь (Octolasion lacteum), навозный червь (Eisenia fetida), красноватый дождевик (Lumbricus rubellus), восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra). В аспекте биотестирования по холодоустойчивости высоко адаптированным видом является восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra). По весовым показателям эффективными тест-объектами являются восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra) и белокончиковый дождевой червь (Octolasion lacteum). По восстановительным способностям популяции, при среднем и сильном загрязнении среды, высоко адаптированными, а так же эффективно отражающими токсичность среды, являются виды червей – восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra) и белокончиковый дождевой червь (Octolasion lacteum).