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.

Статья в формате PDF

0 KB

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: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12736 (дата обращения: 11.05.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/mjpfi.12736

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Современные проблемы науки и образования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,006

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674

«Современные наукоемкие технологии» список ВАК ИФ РИНЦ = 0,940

«Успехи современного естествознания» список ВАК ИФ РИНЦ = 0,775

«Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований» ИФ РИНЦ = 0,593

«Международный журнал экспериментального образования» ИФ РИНЦ = 0,425

«Научное Обозрение. Биологические Науки» ИФ РИНЦ = 0,400

«Научное Обозрение. Медицинские Науки» ИФ РИНЦ = 0,801

«Научное Обозрение. Экономические Науки» ИФ РИНЦ = 0,871

«Научное Обозрение. Педагогические Науки» ИФ РИНЦ = 0,733