1.4 Методы оценки влияния продуктов сбраживания на почвы

В современном мире все большее внимание уделяется оценке экологического состояния и охране окружающей среды.

Действующая система контроля за загрязнением окружающей среды основана на количественном сравнении компонентного состава проб с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ. Такой подход является не всегда эффективным. В настоящее время число веществ-загрязнителей, способных влиять на экологическое состояние биоты, превысило миллион наименований, и ежегодно синтезируется свыше четверти миллиона новых веществ (Булгаков, 2003)

В результате преобразований в природной среде происходит синтез новых соединений, которые могут быть токсичнее исходных ингредиентов (Донченко, 2007).

Разработка экологических нормативов применительно к почвам значительно отстает от создания нормативов для других сред (атмосфера, водные системы). Это связано со сложностью и неоднородностью объекта – почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и биотической. Это свойство почвы, отличающее ее от других природных сред, во многом затрудняет нормирование содержания загрязняющих веществ в почве и адекватную экологическую оценку почв, особенно в случае комплексного техногенного загрязнения.

Становятся необходимыми несложные первичные тесты на общую токсичность, с высокой чувствительностью и широким спектром реагирования, быстрой ответной реакцией и высокой экономической эффективностью (Борсук, 2007)

Эти свойства имеют биологические тесты, они играют особую роль в оценке состояния окружающей среды. Они основаны на том, что для жизнедеятельности живых организмов необходима среда строго определенного химического состава.

1.4.1 Биотестирование

Методы биотестирования, основанные на ответной реакции живых организмов на негативное воздействие загрязняющих веществ, способны давать достоверную информацию о качестве компонентов окружающей среды, водных объектов и почв.

Эти методы оценки имеют следующие характеристики (Маячкина, Чугунова, 2009):

1.быстрота проведения;

2.доступность и простота проведения экспериментов;

3.воспроизводимость и достоверность полученных результатов;

4.экономичность, как в материальном отношении, так и по трудозатратам;

5.объективность полученных данных.

Биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Биологические тест-системы показывают общий индекс токсичности образца и позволяют в короткие сроки ответить на вопрос: присутствуют или нет в среде токсические агенты в опасной для живого организма концентрации. Биотестирование приводится в лабораторных условиях в контакте с анализируемым образцом.

Однако каждый раз при исследованиях фитотоксичности почвы или других объектов приходится тщательно подбирать тестирующую систему, поскольку каждый биологический объект имеет индивидуальный отклик. Все вещества по отношению к живым организмам условно разделяют на жизненно необходимые, токсичные и физиологически неактивные. И, следовательно, имеются существенные отличия в реакциях организмов на разные группы токсикантов (Ковалевская и Смолова, 2006)

Подавляющее количество методов биотестирования разработано для анализа водных объектов. В качестве тестовых организмов используют представителей как эукариотических, так и прокариотических организмов. Менее разработаны подходы, позволяющие оценивать токсичность объектов, имеющих в своей основе плотные матрицы, такие как почвы или твердые отходы (Селивановская с соавт., 2007)

Методы биотестирования можно разделить на: контактные и элюатные. Контактные методы предполагают непосредственное взаимодействие загрязненной почвы, отходов с тест-объектами, а элюатные – приготовление вытяжек из загрязненных почв, и тестирование уже растворенных веществ. Этот метод имеет недостаток– не все вещества, выделяются из твердого состояния в раствор.

В настоящее время в качестве стандарта международной организацией стандартизации рекомендованы два метода определения фитотоксичности ISO 11269-1 (1993), ISO 11269-2 (1995). Первый основан на учете ингибирования роста корней растений в присутствии токсиканта. В качестве тест-культуры применяется ячмень. Во втором методе уровень фитотоксического действия оценивается по ингибированию всхожести и роста высших растений. Рост растений учитывается по биомассе наземных побегов. Спектр тест-объектов, включенных в данный международный стандарт, более широкий.

Тест на проростках имеет быстрый отклик, анализ ведётся по количеству проросших и непроросших семян. Недостаток теста для биотестирования в том, что на первых этапах онтогенеза развитие организма происходит за счет белков эндосперма, поэтому уловить токсичный эффект анализируемых веществ не всегда удаётся (Цаценко, 2010)

Среди животных одним из наиболее распространенных индикаторных организмов являются инфузории Paramecium caudatum (ФР.1.39.2003.00923). Они широко распространены в природе, обладают высокой чувствительностью к действию биологически активных веществ, просты в культивировании и хранении (Шеховцова, 2000). Клетки простейшего это самостоятельные организмы, которым свойственны все жизненные функции: обмен веществ, раздражимость, движение, размножение и другие.

Воздействие вещества на этот вид организма (Ковалевская и Смолова, 2006) можно определить по их гибели, а также изменениям их поведенческих реакций (увеличение или уменьшение скорости перемещения и т.д.).

Возможно также определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, (Халилова с соавт., Степанова с соавт.) осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний (Ceriodaphnia affinis), ракообразных – дафний (Daphnia magna Straus).

Методика основана на определении двух показателей токсического действия на тест-объекты – смертности (острое токсическое действие) и изменений в плодовитости (хроническое токсическое действие) при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой водной среде.

Различные источники подтверждают, что оценка токсичности с помощью биообъектов по сравнению с химическими показателями более жесткая и объективная (Гибенко и Гольд, 2010).