Фитоиндикация как метод оценки качества пресной воды

Введение. Водные ресурсы – это гидросфера, к которой относят Мировой океан, континентальные и подземные воды планеты, а также ледники.

Роль водных ресурсов заключается в их поддержании жизнедеятельности человека, животных и растений, она является поставщиком кислорода, который используется для фотосинтеза, универсальным растворителем и средой обитания для многих живых организмов. Кроме этого, вода концентрирует в себе тепло из атмосферы, а при понижении температуры отдает это тепло обратно в окружающую среду, что способствует регуляции климата на нашей планете. Вода размывает трещины в скалистых горах, затем расширяет их во время зимних холодов, что способствует созданию новых геологических объектов [1].

Не стоит забывать о важности воды в повседневной жизни человека. Большие объемы воды расходуются на промышленность, реки и озера служат водными транспортными путями и источниками вылова рыбы, благодаря воде работают ГЭС и существует сельское хозяйство. Все водные объекты, пригодные для отдыха, можно отнести к рекреационным ресурсам [2].

Вода является самым распространенным веществом на Земле. Однако, 97% от общего объема воды является соленой, то есть практически полностью не пригодной для питья и бытовых нужд. Лишь 3% воды на Земле - это пресная вода, 2/3 которой находятся в ледниках, а оставшаяся часть сконцентрирована в поверхностных и грунтовых водах. Общее количество пресной воды на нашей планете составляет около 35 млн кубических километров [3].

С точки зрения географии вода, благодаря ее естественному круговороту в природе, является неисчерпаемым природным ресурсом, но из-за большой антропогенной нагрузки качество воды ухудшается, что делает ее непригодной для питья. Поэтому важно не только количество пресной воды, но и ее качество. Из чего можно сделать вывод, что чистая пресная вода является исчерпаемым ресурсом [3].

Проблема нехватки пресной питьевой воды с XX века рассматривается как глобальная проблема современности. Население планеты стремительно растёт, и при этом возрастает потребность в чистой питьевой воде [4].

Лабораторные анализы качества пресной воды являются дорогостоящей услугой. Однако, для оценки качества воды можно прибегнуть к доступным методам. Например, к методу биоиндикации.

Биоиндикация – это метод оценки качества природной среды по состоянию её биоты, основанный на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов другие [5].

Фитоиндикация – это составная часть биоиндикации, которая позволяет осуществлять мониторинг окружающей среды по состоянию растительного покрова. При оценке состояния окружающей среды оценивается внешний облик растений, а также их анатомические и физиологические особенности. С помощью фитоиндикации можно определить такие факторы, как увлажнение, минеральное питание, освещённость, температура и другие [5].

Типы биоиндикаторов:

• 1.    Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы. Например, отклонения в поведении животных, в физиологических реакциях клеток могут быть обнаружены практически сразу после начала действия нарушающего фактора.

• 2.    Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений. Например, лес на начальных этапах его загрязнения или вытаптывания будет прежним по своим основным характеристикам (видовому составу, разнообразию, обилию и пр.). Лишь по прошествии какого-то времени начнут исчезать редкие виды, произойдет смена преобладающих форм, изменится общая численность организмов и т.д. Таким образом, лесное сообщество как биоиндикатор не сразу обнаружит нарушение среды [6].

Биоиндикаторы принято описывать с помощью двух характеристик: специфичность и чувствительность. При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой – только на один. При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой – на незначительные [7]. Хорошим биоиндикатором является кресс-салат – однолетнее овощное растение, которое обладает повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами и к загрязнению воздуха выбросами автотранспорта. Семена отличаются быстрым прорастанием при температуре 20-25°С (на четвертый-пятый день), почти стопроцентной всхожестью (норма – 90-95%), которая очень заметно уменьшается в присутствии загрязнителей [7].

Целью данного исследования является рассмотрение вопроса фитоиндикации с помощью кресс-салата, как метода оценки показателей качества воды.

Задачей данного исследования является оценка 4 проб пресной воды, включающих в себя дистиллированную воду (контроль), водопроводную воду, природную вода, взятую из р. Орлик и сточную воду после дождя, взятую из лужи вблизи склада ТБО.

Методы исследования. На дно чашек Петри помещались заранее вырезанные диски из фильтровальной бумаги, служащие заменой естественного субстрата. Поверх фильтровальной бумаги на одинаковом расстоянии друг от друга раскладывались 25

семян кресс-салата производства ООО «Агрофирма АЭЛИТА», затем семена накрывались вторым слоем фильтровальной бумаги. Заключительным этапом закладки опыта было увлажнение семян 4 разными пробами пресной воды.

По мере высыхания фильтровальной бумаги производилась доливка воды. Для точности результатов эксперимент был заложен в трехкратной повторности, а все показатели усреднены и указаны в таблицах 1, 3.

Результаты и их обсуждение

Первичный визуальный осмотр воды позволяет приблизительно установить уровень её загрязнения. Для этого используются такие показатели, как цветность, мутность, прозрачность, запах, рН, осадок.

Уровень рН определялся с помощью лакмусовых полосок. Для определения осадка все 4 пробы воды были пролиты через фильтровальную бумагу. Полученные данные первичного осмотра по всем 4 пробам воды указаны в таблице 1.

Как видно из данных таблицы 1, наихудшими показателями по первичному осмотру отличился вариант опыта 4 (сточная вода после дождя, взятая из лужи вблизи склада ТБО). Эта проба воды отличилась наибольшей кислотностью, высокими показателями по цветности, мутности и прозрачности, присутствует характерный «бензиновый» запах, содержит большое количество пыли. Природная вода (вариант 3) из реки обладает средними показателями по мутности, прозрачности и цветности, рН приближенный к нейтральному, присутствует естественный природный «тинистый» запах, характерный для естественных рек и озер, присутствует небольшое количество илистых частичек. Водопроводная вода (вариант 2) обладает низкой цветностью, маломутностью и прозрачностью, имеется небольшой белый осадок и характерный «хлористый» запах низкой интенсивности, на фильтре присутствует легкий белый налет.

Наиболее приемлемым уровнем рН для пресной воды является 6,5-8,5 единиц. По данным таблицы 1 видно, что уровень рН всех четырёх образцов попадает в указанный для пресной воды диапазон.

Таблица 1 – Показатели первичного осмотра проб воды

Показатели	Контроль	Водопроводная вода	Природная вода	Сточная вода
Цветность	20	25	30	35
Мутность	Маломутная	Маломутная	Средняя мутность	Мутная
Прозрачность	Прозрачная	Прозрачная	Прозрачная	Маломутная
Запах	Отсутствует	Легкий хлористый	Тинистый	Бензиновый
рН	7,0	8,0	7,5	6,0
Осадок	Отсутствует	Легкий белёсый налет	Илистые частички	Большое содержание пыли

По средним показателям семена кресс-салата прорастают на 4-5 день. В нашем опыте первые ростки во всех вариантах опыта, кроме 4, появились на 3 дней. В 4 варианте опыта ростки проклюнулись в конце 4 дня. По этим первичным показателям всхожести можно сделать вывод, что ни один из образцов воды не содержит высокотоксичных и опасных загрязнителей.

По усредненным показателям трехкратной повторности наилучшая всхожесть была зафиксирована в контроле, всхожесть семян в данном варианте опыта составила 96%. В варианте опыта с природной речной водой показатели всхожести семян уменьшились на 12% и составили 84%, в варианте с водопроводной водой всхожесть уменьшилась на 4% и составила 92%. В 4 варианте опыта всхожесть семян снизилась на 20% по сравнению с контролем и составила 76%, что является худшим результатом по сравнению с остальными вариантами опыта.

Таблица 2 – Показатели всхожести семян кресс-салата

Вариант опыта	Исходное количество семян	Количествово проросших семян	Всхожесть семян, %
Контроль	25	24	96
Водопроводная вода	25	23	92
Речная вода	25	21	84
Сточная вода	25	19	76

Если сравнивать полученные опытным путем и усредненные данные с показателями и критериями загрязнения воды, указанными в таблице 3, можно сделать вывод, что в вариантах опыта с контролем и водопроводной водой загрязнение воды отсутствует, а индекс токсичности составляет <0,1. В вариантах опыта с природной и сточной водой степень загрязнения выражена слабо, а индекс токсичности составляет 0,1-0,35. По полученным данным можно сделать вывод, что природная и сточная вода являются потенциально опасными.

Таблица 3 – Показатели и критерии загрязнения воды

Показатели	Степень загрязнения
	Отсутствует	Слабое	Среднее	Сильное
Всхожесть, %	90-100	65-90	30-65	<30
Индекс токсичности	<0,1	0,1-0,35	0,36-0,7	>0,71

После появления проростков семян кресс-салата во всех вариантах опыта проводился ежедневный мониторинг состояния ростков. В целом, развитие ростков во всех вариантах опыта, кроме четвёртого, проходило хорошо, в четвёртом варианте было замечено отставание в развитие по сравнению с другими вариантами опыта. Данные по биометрическим показателям проростков по всем четырем вариантам опыта фиксировались на 5, 7 и 10 сутки после закладки опыта, все полученные данные усреднены и указаны в таблице 4.

Таблица 4 – Биометрические показатели проростков кресс-салата

Вариант опыта	5 сутки		7 сутки		10 сутки
	Длина ростков	Длина корня	Длина ростков	Длина корня	Длина ростков	Длина корня
Контроль	11 мм	6 мм	15 мм	9 мм	23 мм	14 мм
Водопроводная вода	10 мм	5 мм	14 мм	8 мм	21 мм	13 мм
Речная вода	9 мм	6 мм	12 мм	8 мм	19 мм	12 мм
Сточная вода	7 мм	4 мм	10 мм	7 мм	16 мм	10 мм

Из данных таблицы 4 видно, что ростки в вариантах опыта с контролем, водопроводной и речной водой развивались хорошо, дружно. Из этого можно сделать вывод, что эти образцы воды не содержат потенциально опасных загрязняющих веществ. В варианте опыта со сточной водой биометрические показатели ростков значительно хуже, заметно явное замедление развития растений. Так на 10 сутки длина ростков в варианте со сточной водой составила 16 мм, а длина корня 10 мм, что значительно меньше по сравнению с данными, полученными в контрольном варианте – длина ростков 23 мм, длина корня 14 мм. В варианте опыта с водопроводной и речной водой показатели длины ростков на 10 день составили 21 мм и 19 мм, а длина корней 13 мм и 12 мм соответственно, что незначительно меньше по сравнению с контролем.

Выводы. По итогам эксперимента по определению всхожести семян при использовании образцов различной пресной воды было выявлено, что процесс прорастания с использованием дистиллированной (контроль), водопроводной и природной воды существенно не отличался, сроки прорастания и всхожесть соответствовала норме, проростки развивались нормально. При использовании сточной воды после дождя, взятой из лужи вблизи склада ТБО, всхожесть составила 76%, что на 20% меньше по сравнению с контролем, а индекс токсичности воды составил 0,1-0,35, из чего можно сделать вывод о среднем показателе загрязненности 4 образца воды.

В варианте опыта со сточной водой биометрические показатели ростков значительно снизились. Средняя длина проростков в варианте опыта со сточной водой уменьшилась на 30,5% и составила 16 мм, а длина корня сократилась на 28% и составила 10 мм при средних показателях длины проростков 23 мм и длине корня 14 мм в контрольном варианте. Полученные данные позволяют нам сделать вывод о потенциальном содержании вредных веществ, негативно влияющих на развитие кресс-салата, в образце со сточной водой после дождя, взятой из лужи вблизи склада ТБО.

В ходе создания данного проекта была изучена литература о биоиндикации как методе исследования окружающей среды, биологических особенностях тест-организма кресс-салата, проведена серия экспериментов по изучению влияния состава пресной воды на всхожесть и процесс прорастания семян кресс-салата. Результаты показали, что состав пресной воды может существенно влияет на процесс прорастания семян. Данный метод фитоиндикации позволяет провести оценку качества и биобезопасности пресной воды, но, к сожалению, не позволяет выявить конкретные потенциально опасные вещества, вредные для живых организмов.