Реферат: Використання біологічних тестів для оцінки впливу мінеральних добрив на агроекосистему
Одержані результати засвідчили, що активність ферментів групи оксидоредуктаз залежить від вмісту іонів алюмінію, які за певних концентрацій можуть проявляти токсичні властивості щодо біологічних об'єктів.
Активність ферментів може бути чутливим показником і щодо забруднення ґрунту біохімічне активними речовинами. Так, при збільшенні рівня забруднення Cd, Pb, Zn, Cu з 0,5 ГДК до 5,0 ГДК значно знижувалась активність пероксидази і поліфенолоксидази щодо фону на 15,1–64,1% і 25,8–82,7% відповідно (табл. 3). Ферменти ґрунту, за даними Е. Хоффман (1990р.), на відміну від живих організмів, є стабільнішими показниками, оскільки при відмиранні організмів адсорбуються ґрунтовими частками і тривалий час зберігають свою активність. Депресивний вплив забруднення ґрунту ВМ на рівні 1,0–5,0 ГДК спостерігали впродовж тривалого часу. Через рік після створення штучних фонів забруднення активність поліфенолоксидази становила 86,6–91,3%, пероксидази 82,3–88,5% контролю.
Апроксимація одержаних даних з використанням ступеневого рівняння залежності активності ґрунтових ферментів групи оксидоредуктаз від рівня забруднення грунту ВМ дала можливість провести порівняльну оцінку біотестування за активністю поліфенолоксидази і пероксидази. Рівень толерантності цих ґрунтових ферментів був близький і становив відповідно 1,5 і 1,7 у. о. (рис. 5).
Поряд з активністю ферментів, сприятливим щодо забруднення є такий показник стану ґрунту, як нітрифікаційна здатність, що є опосередкованим показником активності певної групи ґрунтових бактерій роду Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira і Nitrobacter. Нітрифікато-ри групи Nitrosomonas окислюють аміак до нітритів, групи Nitrobacter – нітрити до нітратів.
Таблиця 2. Активність ферментів групи оксидоредуктаз при застосуванні мінеральних добрив на дерново-середньопідзолистому ґрунті і чорноземі типовому
| Кількість добрив, кг/га | Кислотність ґрунту, мг-екв/100 г ґрунту | Вміст АІ, мг/ЮОг ґрунту | Ферментативна активність ґрунту, мг пурпургаліну на 1 г ґрунту | ||
| загальна | зумовлена Н+ | поліфенолоксидаза | пероксидаза | ||
| f1 | f2 | f3 | f4 | f5 | |
| Ґрунт - дерново-середньопідзолистий | |||||
| Контроль | 0,41 | 0,14 | 2,40 | 0,440* 100%** | 0,293 100% |
| 120 РК | 0,53 | 0,16 | 3,38 | 0,398 90,5% | 0,372 127,0% |
| 210 NPK | 0,63 | 0,16 | 4,20 | 0,354 80,5% | 0,260 88,7% |
| 240 NPK | 0,69 | 0,12 | 5,10 | 0,329 74,7% | 0,240 81,9% |
| R(f1-f4)= - 0,998 R(f3-f4)= - 0,996 R(f2-f5)= 0,604 R(f2-f4)= - 0,980 R(f1-f5)= - 0,540 R(f3-f5)= - 0,569 | |||||
| Ґрунт - чорнозем типовий малогумусний | |||||
| Контроль | 0,34 | 0,12 | 2,02 | 0,332 100% | 0,300 100% |
| 120 РК | 0,38 | 0,12 | 2,34 | 0,444 133,7% | 0,409 136,3% |
| 210 NPK | 0,44 | 0,31 | 1,17 | 0,429 129,2% | 0,300 100% |
| 240 NPK | 0,49 | 0,31 | 1,62 | 0,459 138,3% | 0,354 118,0% |
| НІР 0,05 (FТ>Рф) | 0,15 | 0,03 | 0,37 | – | ------ |
| R (f1-f4) = 0,781 R (f3-f4) = -0,129 R (f2-f5) = 0,294 R (f2-f4) = 0,658 R (f1-f5) = - 0,491 R (f3-f5) = 0,302 | |||||
| * – фактичний вміст, ** – % до контролю | |||||
Таблиця 3. Реакція біологічних індикаторів на забруднення грунту ВМ
| Рівень забруднення ґрунту | Біологічні тести стану ґрунтової системи | |||||
| Нітрифікаційна здатність | Ферментативна активність | |||||
| поліфенолоксидаза | пероксидаза | |||||
| мг N<V на 100 г ґрунту | % щодо фону | мг пурпургаліну/ЮОг ґрунту | % щодо фону | мг пурпургаліну/100 г ґрунту | % щодо фону | |
| Фон | 45,4 | - | 103,2 | - | 86,4 | - |
| 0,5 ГДК Cd, Pb, Zn, Cu | 18,5 | -59,8 | 87,6 | -15,1 | 64,1 | -25,8 |
| 1 ,0 ГДК Cd, Pb, Zn, Cu | 13,5 | -70,7 | 45,4 | -56,0 | 32,9 | -61,9 |
| 5,0 ГДК Cd, Pb, Zn, Cu | 3,7 | -96,3 | 37,0 | -64,1 | 14,9 | -82,7 |
|
HIP 0,05 (FT > Рф) | 4,2 | - | 5,3 | - | 4,9 | - |
Рис. 5. Біотестування забруднення дерново-середньопідзолистого ґрунту ВМ за показниками активності ґрунтових ферментів: 1 – поліфенолоксидаза; 2 – пероксидаза (мг пурпургаліну/г грунту)
Дослідами Інституту експериментальної біології і екології (Словаччина) доведено, що завдяки високій вибагливості нітрифікаторів щодо фізико-хімічних умов середовища, можна вважати нітрифікацію об'єктивним і чутливим показником стану ґрунтової екосистеми. У дослідах Інституту агроекології та біотехнології УААН нітрифікаційна здатність при створенні штучних фонів забруднення ґрунту ВМ зменшувалася на 59,8%–96,3% порівняно з фоном при збільшенні рівня забруднення.
Депресивний вплив ВМ на бактерії-нітрифікатори був помітним і через рік після створення штучних рівнів забруднення грунту. Так, нітрифікаційна здатність грунту на контролі становила 42,4 мг/кг NO3~, при рівні забруднення 0,5 ГДК – 28,7 мг/кг, 1,0 ГДК – 20,2 мг/кг, 5,0 ГДК – 8,6 мг /кг NO3. Це свідчить про високу сприйнятливість даного виду біотестування щодо БАЕ.
Апроксимація одержаних даних з високим рівнем достовірності (R2= 0,978), використання ступеневого рівняння залежності нітрифі-каційної здатності ґрунту від рівня забруднення ВМ, дало можливість встановити ефективність даного виду біотестування: рівень толерантності становив 1,4 у. о. (рис. 6).
Рис. 6. Біотестування забруднення дерново-середньопідзолистого ґрунту ВМ за показниками нітрифікаційної здатності ґрунту (мг/кг NO,~)
Таким чином, визначення ефективності біоіндикаційних процесів щодо забруднення ґрунту БАЕ за рівнем активної толерантності (25% рівень депресії), дає змогу розташувати біоіндикаційні методи у такій нисхідній послідовності: індикація за активністю нітрифікуючих бактерій > індикація за показниками активності біохімічних процесів у ґрунті > фітоіндикація на онтогенетичному рівні > фітоіндикація за показниками біопродуктивності.