Диссертация (Индикаторное значение червей и растений для оценки экологического состояния вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П. А. КОСТЫЧЕВА»На правах рукописиКорнеева Ирина ЮрьевнаИНДИКАТОРНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЧЕРВЕЙ И РАСТЕНИЙДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯВЕРМИКОМПОСТИРУЕМЫХ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХОТХОДАМИ КОЖЕВЕННОГО И ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВспециальность: 03.02.08 – экология (биологические науки)Диссертацияна соискание ученой степеникандидата биологических наукНаучный руководитель:доктор биологических наук,доцент С.

А. НефедоваРязань – 20162ОГЛАВЛЕНИЕс.ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………3ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….…91.1. О развитии вермикомпостирования в биоэкологи ………………..91.2. Вермикомпостирование при утилизации отходов151.3. Значение беспозвоночных в биотестировании токсичности почв2411.4. Цитоморфологические и цитохимические показатели червей вкачестве тест-реакции на токсичность среды272.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ323.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ373.1. Динамика концентрации тяжелых металлов в очищаемых вермикомпостированием почвах, как индикатор ремедиации среды373.2. Характеристика видового разнообразия червей, способных проявлять индикаторную реакцию на токсичность среды563.3.

Индикаторные показатели червей для биотестирования токсичных вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств763.4. Индикаторные показатели растений для биотестирования токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненных отходамикожевенного и цементного производств84ЗАКЛЮЧЕНИЕ92ВЫВОДЫ98СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1003ВВЕДЕНИЕАктуальность проблемы. Процессы ремедиации идут медленно из-за высокой устойчивости загрязнителей к разложению.

Актуальным в экологии считается утилизация отходов. Изучение индикаторных реакций почвообитающих беспозвоночных и растений-фиторемедиаторов в качестве показателей для биотестирования токсичности среды, исследование механизмов их функционирования вантропогенных экосистемах, является актуальным. Маркерные показатели ремедиаторов почв изучены недостаточно, однако они необходимы при мониторингезагрязнения среды отходами промышленных производств (Линдиман, 2008).Антропогенное воздействие достигло такого уровня, когда существующуюсистему экологического мониторинга необходимо дополнять исследованиями сиспользованием животных и растений, пригодных для биоиндикации и биотестирования (Нефедова, 2011). В таком аспекте перспективным представляется использование биохимических, цитоморфологических и цитогенетических биоиндикаторных маркеров беспозвоночных (Цветков, 2007).Серьезный экологический ущерб наносят несанкционированные свалки, вчастности кожевенных и цементных отходов.

Их централизованная переработкаэкологически оправдана. Своевременно и то, что отходы кожзаводов, используются при рекультивации почвогрунтов. Огромные проблемы вызывают выбросыгазообразных и твердых отходов цементных производств (Соромотин, 2008).Перспективным направлением использования отходов является вермикомпостирование с органическими компонентами (торф, опилки, навоз и т.д.) (Федорова, 2007).Способность червей регулировать «агрессивность» токсических веществ впочво-растительных системах, снижать их концентрации при вовлечении в круговорот, позволяет производить сельскохозяйственную продукцию, годную к употреблению.

Черви способны связывать поллютанты и уменьшать их поступления врастения (Ткаченко, 2005). Растения, чутко реагирующие на характер и степень за-4грязнения, используются в качестве индикаторов состояния среды (Лорсанова,2009).Биотестирование недостаточно применяется в производственных лабораториях, анализирующих почвы. Однако применение этого метода дает возможностьс высокой точностью определить токсичность среды. Метод более чувствителенпо сравнению с химическим анализом почв, так как последний выявляет концентрации заявленных веществ, тогда как биотестирование указывает на наличие илиотсутствие токсичности (Пономарев, 1985).Таким образом, выявление индикаторных реакций червей и растений длябиотестирования вермикомпостируемых почв, загрязненных отходами предприятий, является актуальным направлением исследований в области прикладнойэкологии.Степень разработанности.

Экологическая оценка вермикомпостируемыхпочв, загрязненных отходами кожзаводов и цементных предприятий (КиЦП), поиндикаторным показателям червей и растений, ранее не производилась. Использование биотестирования для характеристики ремедиации вермикомпостируемыхпочв позволит прогнозировать влияние техногенного давления со стороны КиЦПна территориях их воздействия.Цель и задачи исследований.

Цель – выявление индикаторного значениячервей и растений для оценки экологического состояния вермикомпостируемыхпочв, загрязненных отходами кожевенного и цементного производств.Решались задачи:1. Проанализировать динамику концентрации тяжелых металлов (ТМ), индикаторно отражающую ремедиацию среды, в очищаемых вермикомпостированиемпочвах.2. Охарактеризовать видовое разнообразие червей, способных проявлять индикаторную реакцию для биотестирования токсичности почв.3.

Выявить индикаторные показатели червей для биотестирования токсичностивермикомпостируемых почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами.54. Выявить индикаторные показатели растений для биотестирования динамикиремедиации вермикомпостируемых почв, загрязненных кожевенными и цементными отходами.Объекты исследования: черви – представители семейства Дождевые черви(Lumbricina), видов: Навозный червь (Eisenia fetida), Белокончиковый дождевойчервь (Octolasion lacteum), Красноватый дождевик (Lumbricus rubellus), Восьмигранная дендробена (Dendrobaena octaedra); растения – пшеница мягкая Triticumaestivum L., салат обыкновенный Lactuca sativa L.Предмет исследований: индикаторные реакции червей и растений для биотестирования токсичности почв, при использовании червей – холодоустойчивость, весовые показатели и адаптивные характеристики, репродуктивность ивосстановление 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, ремедиационныхспособностей, динамики цитохимических и цитоморфологических показателей,впервые доказано, что белокончиковый дождевой и навозный черви, красноватыйдождевик и восьмигранная дендробена обладают характерной маркерной тестреакцией для выявления токсичности вермикомпостируемых почв, загрязненныхпроизводственными отходами; на основе анализа оводненности листьев растений,их ростовых показателей, водоудерживающей способности листовых пластинок,доказано, что пшеница мягкая (Triticum aestivum L.), салат обыкновенный (Lactucasativa L.) индикаторно отражают динамику ремедиации вермикомпостируемыхпочв, загрязненных производственными отходами.Практическая и теоретическая значимость работы.

Исследования выполнялись согласно теме 2. Разработка и совершенствование ресурсосберегающих, селекционных и технологических процессов в животноводстве № гос. рег.01201171013; в рамках раздела 2.2. Экологический мониторинг, обоснование иразработка инновационных технологий производства экологически безопасной6продукции; подраздела 2.2.1.Экологический мониторинг инновационных технологий биоиндикации при рациональном природопользовании в Рязанской области, утвержденной для научно-исследовательской работы на 2011 – 2015 годы вФГБОУ ВО РГАТУ.Для биотестирования вермикомпостируемых почв, загрязненных отходамикожевенного и цементного производств, выявлен ряд индикаторных цитохимических, цитоморфологических, репродуктивных и ремедиационных показателейчервей; 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 актуально использовать вучебном процессе, для проведения лекций и лабораторных занятиях по дисциплинам экологического и биологического цикла.Методология и методы исследований.

Для достижения цели научноисследовательской работы использовались методологические подходы, основанные на выявлении закономерностей роста, развития червей и растений в условияхтехногенного давления среды, вызванного загрязнением почв отходами от производства кожи и цемента (КиЦП).При выборе методов руководствовались достоверностью результатов, обеспечивающейся использованием аккредитованных методик, позволяющих без высоких финансовых затрат получить информативный статистический материал дляобъективной оценки вермикомпостирования почв, загрязненных отходами КиЦП.Положения, выносимые на защиту:1.