Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ВОЗМОЖНЫХ НАГРУЗОК ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ БИОСИСТЕМУ С ВЫСШИМИ ВОДНЫМИ РАСТЕНИЯМИ

Раимбеков К.Т. 1
1 Ошский гуманитарно-педагогический институт имени А.С. Мырсабекова
Фиторемедиация сточных вод разной природы с помощью водных растений считается перспективным направлением науки. Одним из препятствий в применении биологической очистки является недостаточная изученность экологической специфики водных макрофитов, нужных для гарантии соответствия проектных значений рабочим показателям. В данной статье подведены опытным путем аргументированные итоги исследований по раскрытию влияния единовременных дополнений поверхностно-активных веществ (ПАВ) – додецилсульфата натрия и ПАВ – содержащего смесевого препарата «Аист» на исследованные виды высших водных растений. В результате проделанной работы на основании современных методов были изучены допустимые нагрузки додецилсульфата натрия и смесевого препарата «Аист» на водные макрофиты в условиях периодического действия. Также были изучены допустимые итоговые нагрузки синтетических поверхностно-активных веществ на 1 г сырой биомассы изученных видов водных макрофитов. Приведенные в данной статье количественные характеристики стабильности высших водных растений к ПАВ додецилсульфату натрия и ПАВ – содержащему смесовому препарату «Аист» имеют большое значение для работы по повышению продуктивности применения высших водных растений в восстановлении водных объектов. Результаты, полученные в ходе эксперимента с высшими водными растениями, можно будет использовать в том числе в планировании, разработке, внедрении и применении в практике очистки и доочистки объектов водных ресурсов и систем.
высшее водное растение
поверхностно-активные вещества
додецилсульфат натрия
биомасса
суммарные дозы
1. Арефьева О.А. Воздействие магнитного поля на процессы извлечения тяжелых металлов ряской // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2010. Т. 53. № 8. С. 77–81.
2. Зайнутдинова Э.М., Яфорова Г.Г. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованиям водных растений // Башкирский химический журнал. 2013. Т. 20. № 3. С. 150–152.
3. Кочеткова А.И. О некоторых закономерностях накопления тяжелых металлов высшей водной растительностью на Волгоградском водохранилище // Вестник Волгоградского государственного университета. 2012. № 1. С. 305–309.
4. Токоев А.А. Биологическая очистка сточных вод городского очистительного сооружения г. Ош с использованием eichhornia crassipes Solms.: автореф. дис. … канд. биол. наук. Ош, 2014. 22 с.
5. Раимбеков К.Т., Шоякубов Р.Ш. Изучение химического состава Eichhornia crassipes и Pistia stratiotes, выращенных на сточных водах // Химия природных соединений. 1998. Спец. вып. С. 52–53.
6. Раимбеков К.Т. Биоэффекты воздейсвия однократных добавок ПАВ додецилсульфата натрия и ПАВ содержащего смесевого препарата на высшие водные растения // Наука вчера, сегодня, завтра. 2016. № 12 (34). С. 43–48.
7. Соломонова Е.А. Выявление допустимых нагрузок загрязняющих веществ на биосистему с высшими водными растениями: автореф. дис. … канд. биол. наук. Москва, 2009. 26 с.

В настоящее время некоторые аспекты воздействия загрязнителей разной категории на высшие водные растения (ВВР) мало исследованы [1, 2]. Способы очищения загрязненных вод под воздействием ВВР изучаются активно, и имеются научные данные о количественном содержании некоторых загрязняющих веществ в разных тканях растений [3, 4]. Вопрос о предельном количестве выплесков химических веществ активно разрабатывается. Информации о предельно возможных концентрациях загрязняющих веществ на ВВР недостаточно [5–7].

В связи с этим возникает потребность установления, научно аргументированных результатов стабильности разных видов ВВР к загрязняющим веществам. Данных о возможностях применения ВВР при биологической очистке сточных вод в условиях Кыргызстана недостаточно.

Таким образом, актуальным становится выявление данных о стабильности высших водных растений к различным загрязняющим веществам.

Цель исследования: определить биологический результат воздействия единовременных дополнений ПАВ – содержащего смесевого препарата «Аист» и ПАВ – додецилсульфата натрия на исследованные виды высших водных растений.

Исследовать в условиях периодически повторяющихся дополнений предельно возможных нагрузок высших водных растений на ПАВ-содержащий смесевой препарат «Аист» и ПАВ додецилсульфат натрия.

Материалы и методы исследования

Для лабораторных экспериментов отобраны представители ВВР: vallisneria spiralis, potamogeton crispus, elodea canadensis, eichhornia crassipts и azolla caroliniana. Причиной данного отбора стало то, что синтетический ПАВ является потенциально опасным химическим препаратом.

Лaборaторные модeльныe системы, содержащие высшие водные растения, применялись в проведении экспериментальных опытов. В аквариум с водопроводной водой помещали по 500 г eichhornia crassipts, elodea canadensis и potamogeton crispus, по 600 г vallisneria spiralis и azolla caroliniana. Только один вид ВВР был в составе одной модельной системы. ПAВ додецилсульфата натрия и ПАВ-содержащий смeсовой препарат «Аист» при концентрации 100; 150; 200; 250; 350; 450; 650; 850; 1000 мг/л были использованы в качестве воздействующих веществ. Опыты проводились в условиях естественного освещения при температуре воды в аквариумах 21 °С ± 2 °С.

Результаты исследования и их обсуждение

Для определения стабильности использованных видов ВВР к взаимодействию с одноразовыми добавлениями загрязняющих веществ были применены одноразовые добавки смесевого препарата «Аист» и додецилсульфата натрия. Эксперименты длились 10–30 суток, что связано со временем проявления воздействия загрязненных веществ (табл. 1).

Таблица 1

Биологические эффекты воздействия единовременных дополнений ПАВ додецилсульфата натрия на ВВР

ВВР

Биомасса

(сырой вес), г

ДСН, мг/л

Количества веществ к биомассе, мг/г

Отрицательные признаки, сут.

Гибель

≥ 50 % растений, сут.

Eihhornia crassipes

1

600,3

0,0

0,0

*

*

 

2

600,4

150,0

0,25

*

*

 

3

600,2

200,0

0,33

*

*

 

4

600,1

250,0

0,42

*

*

 

5

600,5

300,0

0,50

*

*

 

6

600,6

350,0

0,58

*

*

 

7

600,7

450,0

0,75

*

*

 

8

600,4

650,0

1,08

*

*

 

9

600,3

850,0

1,42

29

*

 

10

600,5

1000,0

1,66

26

29

Elodea сanadensis

1

600,7

0,0

0,0

*

*

 

2

600,2

150,0

0,25

*

*

 

3

600,6

200,0

0,33

*

*

 

4

600,3

250,0

0,42

*

*

 

5

600,5

300,0

0,50

*

*

 

6

600,4

350,0

0,58

*

*

 

7

600,7

450,0

0,75

*

*

 

8

600,4

650,0

1,08

27

*

 

9

600,3

850,0

1,42

24

27

 

10

600,3

1000,0

1,66

21

25

Potamogeton crispus

1

600,4

0,0

0,0

*

*

 

2

600,3

150,0

0,25

*

*

 

3

600,2

200,0

0,33

*

*

 

4

600,3

250,0

0,42

*

*

 

5

600,1

300,0

0,50

*

*

 

6

600,4

350,0

0,58

*

*

 

7

600,6

450,0

0,75

*

*

 

8

600,2

650,0

1,08

18

29

 

9

600,4

850,0

1,42

14

21

 

10

600,2

1000,0

1,66

11

16

Окончание табл. 1

ВВР

Биомасса

(сырой вес), г

ДСН, мг/л

Количества веществ к биомассе, мг/г

Отрицательные признаки, сут.

Гибель

≥ 50 % растений, сут.

Azolla caroliniana

1

700,3

0,0

0,0

*

*

 

2

700,2

150,0

0,21

*

*

 

3

700,4

200,0

0,28

5

8

 

4

700,5

250,0

0,36

4

6

 

5

700,2

300,0

0,43

3

4

 

6

700,3

350,0

0,49

1

1

 

7

700,1

450,0

0,64

1

1

 

8

700,6

650,0

0,92

1

1

 

9

700,2

850,0

1,21

1

1

 

10

700,5

1000,0

1,42

1

1

Vallisneria spiralis

1

700,4

0,0

0,0

*

*

 

2

700,3

150,0

0,21

*

*

 

3

700,4

200,0

0,28

*

*

 

4

700,6

250,0

0,36

*

*

 

5

700,6

300,0

0,44

23

*

 

6

700,5

350,0

0,48

17

*

 

7

700,3

450,0

0,63

13

17

 

8

700,3

650,0

0,93

16

14

 

9

700,4

850,0

1,22

5

8

 

10

700,2

1000,0

1,43

3

6

Примечание. *Во время опытных работ, которые проводились в течение 30 суток, ни одно растение не погибло.

Опытным путем нами была установлена наибольшая устойчивость к действию додецилсульфата натрия проявила eihhornia crassipes, которая только через 29 суток погибла при концентрации 1000,0 мг/л. Сравнительно более устойчивой считается elodea сanadensis, так как при концентрациях 850 и 1000 мг/л гибель более 50 % растений была отмечена через 27 и 25 суток. Гибель potamogeton crispus наступала на 29 сутки при концентрациях равных 650 мг/л. Более восприимчивым к действию додецилсульфата натрия оказалось vallisneria spiralis и при концентрации 450,0; 650,0; 850,0 и 1000,0 мг/л гибель большей части растений была фиксирована через 17, 14, 8 и 6 суток.

Azolla caroliniana оказалась крайне восприимчивой к использованным концентрациям додецилсульфата натрия и омертвение части листовых пластинок наступала на следующий день инкубации при концентрации 350,0; 450,0; 650,0; 850,0 и 1000,0 мг/л. При концентрации 250,0 мг/л гибель более 50 % azolla caroliniana была зафиксирована на 6 сутки.

Было проведено несколько лабораторных экспериментов по установлению биологического эффекта воздействия единовременных дополнений ПАВ-содержащего смесевого препарата «Аист» с целью дальнейшего применения вышеперечисленных растений для очистки различных сточных вод (табл. 2).

Таблица 2

Биологические эффект действия одноразовых добавок смесового препарата «Аист» на ВВР

ВВР

Сырая биомасса, г

ДСН, мг/л

Количество к биомассе растений, мг/г

Первые отрицательные признаки, сут.

Гибель

≥ 50 % растений, сут

Eihhornia crassipes

1

600,3

*

*

 

2

600,6

150,0

0,25

*

*

 

3

600,3

200,0

0,33

*

*

 

4

600,5

250,0

0,41

*

*

 

5

600,3

300,0

0,49

*

*

 

6

600,5

350,0

0,58

15

*

 

7

600,6

450,0

0,75

13

*

 

8

600,7

650,0

1,08

12

*

 

9

600,3

850,0

1,41

11

*

 

10

600,4

1000,0

1,66

11

 

Elodea сanadensis

1

600,6

0,0

0,0

*

*

 

2

600,1

150,0

0,25

*

*

 

3

600,3

200,0

0,33

 

*

 

4

600,5

250,0

0,42

 

*

 

5

600,6

300,0

0,49

17

*

 

6

600,2

350,0

0,58

14

*

 

7

600,3

450,0

0,75

14

*

 

8

600,6

650,0

1,08

12

*

 

9

600,6

850,0

1,41

11

20

 

10

600,4

1000,0

1,66

10

20

Potamogeton crispus

1

600,5

0,0

0,0

*

*

 

2

600,4

150,0

0,25

*

*

 

3

600,5

200,0

0,33

*

*

 

4

600,3

250,0

0,42

18

*

 

5

600,3

300,0

0,49

15

*

 

6

600,6

350,0

0,58

15

*

 

7

600,4

450,0

0,75

12

*

 

8

600,4

650,0

1,08

10

 
 

9

600,5

850,0

1,41

8

17

 

10

600,5

1000,0

1,66

7

17

Azolla caroliniana

1

700,3

0,0

0,0

*

*

 

2

700,5

150,0

0,21

*

*

 

3

700,4

200,0

0,28

14

18

 

4

700,2

250,0

0,35

12

16

 

5

700,6

300,0

0,43

10

14

 

6

700,5

350,0

0,49

9

12

 

7

700,4

450,0

0,64

8

11

 

8

700,5

650,0

0,93

6

11

 

9

700,3

850,0

1,21

6

19

 

10

700,2

1000,0

1,43

6

19

Окончание табл. 2

ВВР

Сырая биомасса, г

ДСН, мг/л

Количество к биомассе растений, мг/г

Первые отрицательные признаки, сут.

Гибель

≥ 50 % растений, сут

Vallisneria spiralis

1

700,4

0,0

0,0

*

*

 

2

700,5

150,0

0,21

*

*

 

3

700,2

200,0

0,28

*

*

 

4

700,4

250,0

0,35

*

*

 

5

700,6

300,0

0,44

17

*

 

6

700,2

350,0

0,48

13

16

 

7

700,5

450,0

0,63

10

13

 

8

700,3

650,0

0,92

7

12

 

9

700,4

850,0

1,22

5

8

 

10

700,6

1000,0

1,44

1

1

Примечание. *В течение 30 суток не погибло ни одно подопытное растение; ДСН – додецилсульфат натрия.

Итоги экспериментов показали, что за время выполнения опыта (30 суток) eihhornia crassipes не погибло. Если концентрация смесового препарата составляла 850 и 1000 мг/л, более 50 % биомассы potamogeton crispus и elodea сanadensis погибло на 17 и 20 суток. azolla caroliniana и vallisneria spiralis оказались крайне восприимчивыми к смесовому препарату, так как эти растения начинали умирать при концентрации 200,0, 250,0 и 350,0 мг/л.

В условиях время от времени повторяющихся дополнений был осуществлен второй этап лабораторного эксперимента по исследованию стабильности изучаемых видов растений к воздействию додецилсульфата натрия и характеристика опасных свойств ПАВ получена на 2 этапе лабораторного эксперимента. В определенном спектре доз добавления додецилсульфата натрия есть прямая зависимость одноразовой добавки к полному количеству загрязняющего вещества в системе. Таким образом, растения переносят большее суммарное количество загрязняющих элементов до своей гибели, если разовая добавка увеличена. Но при разовой добавке, возрастающей от 1,9 до 8,5 мг/л, это свойство исчезает. Оно восстанавливается при дальнейшем повышении дозы (рис. 1 и 2).

raimb1.wmf

Рис. 1. Кинетика изменения показателей суммарного количества ПАВ додецилсульфата натрия, добавление которого приводило к гибели >50 % растений

raimb2.wmf

Рис. 2. Кинетика изменения показателей суммарного количества ПАВ додецилсульфата натрия, добавление которого приводило к гибели >50 % растений

Время инкубации данных растений длится от 1 до 29 суток, при одноразовой добавке 50 до 100 мг/л.

Eihhornia crassipes, elodea сanadensis и potamogeton crispus, у которых инкубация длилась от 322 до 372 дней, когда одноразовые добавки составили 0,7–1,9 мг/л концентрации додецилсульфата натрия. Сравнительно короткое время инкубации (222–358 суток) у vallisneria spiralis и azolla caroliniana. Время инкубации подопытных растений можно значительно сократить, если концентрация одноразовых добавок составляет 8,5–16,9 мг/л: 7–24 суток для vallisneria spiralis и azolla caroliniana; 18–64 суток для elodea сanadensis, eihhornia crassipes, и potamogeton crispus. 1–29 суток – это продолжительность инкубационного периода при концентрации с одноразовыми добавками 50–100 мг/л для перечисленных растений.

Таким образом, опытным путем нам удалось установить, что додецилсульфат натрия имеет относительную безопасность при одноразовой добавке 0,7–1,9 мг/л, если это производить систематически. Когда концентрация одноразовых добавок была относительно высока (от 50 мг/л и выше), время инкубации было коротким (1–4 недели) и суммарные дозы перешли границы спектра стабильности. До 30 дней увеличивается продолжительность инкубационного периода, если одноразовая доза составляет 1,9–8,3 мг/л. Происходит уменьшение общей дозы, если в одноразовой добавке увеличить количество додецилсульфата натрия. Из этого можно сделать вывод, что уровень стабильности подопытных растений уменьшился.

Наши эксперименты позволили установить, что наибольшие нагрузки происходят, когда в относительно продолжительный отрезок времени не было значительных изменений в состоянии ВВР, которые формируются под воздействием добавок, производимых в определенные отрезки времени (табл. 3).

Таблица 3

Допустимые в использованном режиме инкубации итоговые нагрузки ПАВ додецилсульфата натрия на 1 г сырой массы высших водных растений

п/п

ВВР

Длительность инкубации, сут.

Количество СМС на 1 г сырой биомассы, мг/г

Количество

в одной добавке, мг/л

1

Eihhornia crassipes

342

11,9

1,9

2

Elodea canadensis

336

11,8

1,9

3

Potamogeton crispus

322

11,3

1,9

4

Vallisneria spiralis

287

10,1

1,9

5

Azolla caroliniana

223

16,4

1,9

Допустимая суммарная нагрузка додецилсульфата натрия в условиях лабораторных опытов равна: для elodea сanadensis – 11,8 мг/л на 1 г биомассы при сроке инкубации 336 суток; для eihhornia crassipes – 11,9 мг/л на 1 г биомассы при сроке инкубации 342 суток; для vallisneria spiralis – 10,1 мг/л на 1 г биомассы при сроке инкубации 287 суток; для potamogeton crispus – 11,3 мг/л на 1 г биомассы при сроке инкубации 322 суток; для azolla caroliniana – 16,4 мг/л на 1 г биомассы, когда длительность инкубации составляет 223 дня.

Эксперименты по использованию время от времени повторяющихся дополнений смесевого препарата «Аист» позволили определить предельную стабильность к этому препарату подопытных видов ВВР.

Табл. 4 отражает максимально возможные нагрузки, когда не происходят заметные изменения в модельных системах с ВВР под воздействием время от времени повторяющихся добавлений смесевого препарата «Аист».

Таблица 4

Границы устойчивости ВВР в модельных системах

п/п

ВВР

Предел устойчивости, мг/л

СМС в одной добавке, мг/л

Количество добавок

Изменение в организме растений, сутки

1

Eihhornia crassipes

275,0

12,5

22

52

2

Elodea сanadensis

137,5

12,5

11

27

3

Potamogeton crispus

125,0

12,5

10

24

4

Vallisneria spiralis

112,5

12,5

9

18

5

Azolla caroliniana

50,0

12,5

4

10

Примечание: ВВР – высшие водные растения; СМС – смазочно-моющие средства.

Нами доказано, что максимальная общая нагрузка смесевого препарата «Аист» при 12,5 мг/л вещества на одну добавку составляет: 1) 275,0 мг/л для eihhornia crassipes; 2) 112,5 мг/л для vallisneria spiralis; 3) 137,5 мг/л для elodea сanadensis; 4) 50 мг/л для azolla caroliniana; 5) 125 мг/л для potamogeton crispus.

По результатам экспериментов была определена максимальная общая нагрузка смесевого препарата «Аист» на 1 г биомассы в системе с ВВР (табл. 5).

Таблица 5

Предельные нагрузки смесевого препарата «Аист» на 1 г биомассы

п/п

ВВР

Длительность инкубации, сут.

Количество СМС на 1 г биомассы, мг/г

В одной добавке, мг/л

1

Eihhornia crassipes

51

17,3

12,5

2

Elodea canadensis

28

9,7

12,5

3

Potamogeton crispus

24

8,2

12,5

4

Vallisneria spiralis

18

6,6

12,5

5

Azolla caroliniana

11

3,1

12,5

Следовательно, максимальные общие нагрузки при 12,5 мг/л в одной добавке возможны для: vallisneria spiralis 6,6 мг/г; eichhornia crassipes – 17,3 мг/г; azolla caroliniana – 3,1 мг/г; elodea сanadensis – 9,7 мг/г и potamogeton crispus и 8,2 мг/г.

Выводы

1. Установлено, что elodea сanadensis, eichhornia crassipes и potamogeton crispus относятся к группе наиболее стабильной к воздействию ПАВ додецилсульфат натрия и ПАВ содержащего смесевого препарата «Аист» с единовременными добавками. vallisneria spiralis относится к сравнительно более восприимчивой группе, и azolla caroliniana относится к весьма восприимчивой группе. Наилучшая концентрация с единовременными добавками составила от 0,7 до 1,9 мг/л.

2. Общая нагрузка додецилсульфата натрия на 1 г биомассы при многократных добавках составила для: 1) Elodea canadensis – 11,8 мг/л; 2) Eichhornia crassipes Solms. – 11,9 мг/л; 3) Vallisneria spiralis – 10,1 мг/л; 4) Potamogeton crispus – 11,3 мг/л; 5) Аzolla caroliniana – 16,4 мг/л. Предельно возможная нагрузка смесевого препарата «Аист» при систематических повторах добавок, когда в одной добавке – 12,5 мг/л, для: 1) Eichhornia crassipes – 262,5 мг/л; 2) Elodea canadensis – 150 мг/л; 3) Potamogeton crispus – 125 мг/л; 4) Vallisneria spiralis – 100 мг/л; 5) Аzolla caroliniana – 50 мг/л.

3. Получены доказательства того, что добавление время от времени смесевого препарата «Аист» максимальные нагрузки на 1 г биомассы растений являются для: eichhornia crassipes – 17,3 мг/г; elodea canadensis – 9,7 мг/г; hotamogeton crispus – 8,2 мг/г; vallisneria spiralis – 6,6 мг/г; azolla caroliniana – 4,9 мг/г.

4. Эксперименты позволили установить, что эффективность применения высших водных растений зависит от показателей стабильности высших водных растений к додецилсульфату натрия и смесевому препарату «Аист».


Библиографическая ссылка

Раимбеков К.Т. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ВОЗМОЖНЫХ НАГРУЗОК ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ БИОСИСТЕМУ С ВЫСШИМИ ВОДНЫМИ РАСТЕНИЯМИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 5. – С. 45-51;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12736 (дата обращения: 27.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074