Катажина Панц

Отдел по биотехнология в околната среда, Силезийски технологичен университет, Академика 2, Гливице, Полша

Корнелиуш Микш

Отдел по биотехнология в околната среда, Силезийски технологичен университет, Академика 2, Гливице, Полша

Тадеуш Сойка

Отдел по биотехнология в околната среда, Силезийски технологичен университет, Академика 2, Гливице, Полша

Резюме

Експлозивните материали са стабилни в почвата и са неподатливи на биоразграждане. Различни автори съобщават, че TNT (2,4,6-тринитротолуен), RDX (хексахидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин) и HMX (октахидро-1,3,5,7-тетранитро- 1,3,5,7-тетразоцин) са токсични, но повечето изследвания са извършени в изкуствена почва с отделни вещества. Целта на представеното изследване беше да се оцени токсичността на замърсената с тези вещества горска почва както поотделно, така и в комбинации от тези вещества. TNT е най-токсичното вещество. Въпреки че RDX и HMX не са имали неблагоприятно въздействие върху растенията, тези съединения са причинили смъртност от земни червеи, което не е съобщено в по-ранни изследвания. Наблюдавани са синергични ефекти на смес от експлозиви.

Експлозивите се използват в голям мащаб както от военните, така и от различни граждански индустрии (например минното дело, високоенергийните металоконструкции и гражданското строителство) (Krishnan et al. 2000; Winfield et al. 2004; Vila et al. 2007a). Производството, транспортирането и използването на боеприпаси допринасят за голямото замърсяване на околната среда. 2,4,6-тринитротолуен (TNT), хексахидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин (RDX, хексоген) и октахидро-1,3,5,7-тетранитро-1,3, 5,7-тетразоцин (HMX, октоген) се намират главно в почви и повърхностни води; има и случаи на замърсяване на подземните води (Winfield et al. 2004). Повечето експлозиви са стабилни поради своята химическа структура и потенциал за свързване с органичното вещество, което затруднява възстановяването на почвата (Rylott et al. 2011). Допълнително ограничение е високата токсичност на експлозивите (Krishnan et al. 2000).

Тринитротолуенът е силно токсичен за сухоземните растения. В повечето случаи токсичните ефекти (степен на покълване, намаляване на растителната биомаса и ненормален растеж) са пряко свързани с увеличаване на концентрацията на TNT (Krishnan et al. 2000; Vila et al. 2008). Хексогенът, дори във високи концентрации, не влияе върху кълняемостта на семената; много от неблагоприятните ефекти върху развитието обаче са открити при растения, изложени на това вещество. Някои от ефектите (напр. Атипична двустранна симетрия, раздвоени и слети листа, неправилни и извити полета на листата и недоразвити корени) са показателни за тератогенността (Winfieled et al. 2004; Vila et al. 2007b). Октогенът, дори в много високи концентрации, не е токсичен за висшите растения (Rocheleau et al. 2008, 2003).

Остра токсичност на тринитротолуен се наблюдава при тестове с глисти Eisenia andrei (Lachance et al. 2004) и други видове олигохети (Enchytraeus crypticus и Folsomia candida; Schäfer и Achazi 1999). Концентрациите, причиняващи 50% смъртност (LC50) (Best et al. 2006), варират от 143 до 365 mg/kg и зависят от типа на почвата. Тринитротолуенът също е показал неблагоприятни ефекти върху биомасата на земните червеи и е показал, че причинява намаляване на параметрите на възпроизводство (намаляване на броя на пашкулите и младите; Schäfer и Achazi 1999; Robidoux et al. 2002). Хексогенът и октогенът не са били смъртоносни за земните червеи, но както при TNT, те са причинили намаляване на биомасата и плодовитостта (Robidoux et al. 2002; Simini et al. 2003).

Въпреки че има значителна информация за токсичността на експлозивите, все още липсват доклади за влиянието на различни видове почви, свързани с техните съдружници, върху токсичните ефекти. Освен това повечето от проведените досега тестове се основават на определяне на токсичните ефекти на отделни вещества. И все пак в околната среда взривните вещества обикновено се появяват като смес, което може да създаде трудности при оценката на техните индивидуални ефекти, както може да се наблюдава при други групи замърсители (Kalka 2012). Основната цел на това изследване беше да се оцени фито- и зоотоксичността на смеси от експлозиви (и отделни експлозиви) в горската почва.

Материали и методи

маса 1

Номинални и измерени концентрации на взривни вещества в почвата, използвани при тестове за токсичност

Експлозив Номинална концентрация (mg/kg) 1001803605401,000
TNTИзмерена концентрация (mg/kg)98.1175,7348,5519,5954.3
RDX98,8180,5347,8506976
HMX98,6176.2355532.4991.1
Номинална концентрация (mg/kg)33.360120180333.3
TNT в MIXИзмерена концентрация (mg/kg)3257.2116.2176.6325.3
RDX в MIX32.259114,8175,7329.3
HMX в MIX33.759.2115.1177,5328,6

Тестовете за фитотоксичност бяха проведени съгласно PN-ISO 11269-2: 2001 „Ефекти на химикалите върху появата и растежа на висшите растения.“ За теста бяха избрани едно еднодолно растение - хлебна пшеница (Triticum aestivum) - и едно двусемеделно растение - червена детелина (Trifolium pratense). В теста са използвани само необработени семена с покълваща способност над 90%. Във всяка саксия (съдържаща 500 г пръст) бяха засяти по двадесет семена. Почвата се полива с дестилирана вода; влажността на почвата е установена на ниво от 40%. Всяка проба се приготвя в четирикратни екземпляри. Експериментът е проведен в камера за растеж на растения при температура 21 ° C/18 ° C (ден/нощ). Влажността на въздуха в камерата се поддържа на ниво 80%; интензитетът на светлината е 25 000 lm/m 2 повърхност при часовия цикъл от 14/10 (ден/нощ). След 7 дни след началото на теста, във всяка проба бяха преброени покълнали семена. Впоследствие бяха избрани 5-те най-представителни разсад във всяка проба; останалите бяха премахнати. След 14 дни се събират растения, измерва се дължината на издънките и корените и се претегля биомасата на пресните издънки.

Проведени са тестове за остра токсичност за земни червеи въз основа на PN-ISO 11268-1: 1997 „Ефекти на химикалите върху глистите (Eisenia fetida).“ Пластмасовите саксии бяха напълнени със 750 g замърсена почва, която влага беше установена на ниво от 40% с помощта на оборски тор и воден разтвор (оборският тор служи като храна за земните червеи). Контролните проби не бяха добавени и съдържаха почва с оборски тор и водни разтвори. Пробите се приготвят в четирикратни екземпляри. Във всеки контейнер бяха въведени десет измити дъждовни червеи (тегло 100-600 mg); контейнерите бяха покрити с марля, за да се предотврати излизането на земните червеи. Тестът се провежда в продължение на 14 дни при стайна температура и при стабилна влага в почвата. След 2 седмици бяха преброени живите организми (оценка на смъртността) и претеглени (ефект на химикалите върху биомасата).

Крайните точки на токсичност като LC50 бяха изчислени на базата на модела с най-добра линейна регресия. Статистически значимите разлики между резултатите бяха оценени въз основа на определяне на стандартно отклонение и въз основа на теста за многократно сравнение на Dunnett (p ≤ 0,05).

Резултати и дискусия

При оценката на фитотоксичността на почвата, замърсена с експлозиви, се определят инхибирането на покълването на семената, теглото на биомасата и растежа на корените за две растения (T. pretense и T.aestivum). Беше заявено, че концентрация 180 mg/kg от всяко взривно вещество (с изключение на HMX) и смес от взривни вещества в почвата причиняват значителна загуба на биомаса на разсад от червена детелина (фиг. 1). За пшеничните разсад се наблюдава значителна загуба на прясна биомаса във всяка концентрация на TNT, докато HMX и RDX причиняват повишен растеж в сравнение с контролните проби (във всяка анализирана концентрация). При проби със смес от експлозиви се забелязва стимулиране на растежа при по-ниски концентрации, докато при концентрации от 360 mg/kg и по-високи значителни (в сравнение с контролните проби) се наблюдава загуба на тегло на растителна биомаса (фиг. 1). В пробите, добавени с TNT при най-високи концентрации (540 и 1 000 mg/kg), се вижда хлороза върху повърхността на листата на червената детелина. През последните 5 дни от експеримента се наблюдава изсушаване и смърт на разсад.

токсичен

Ефект на различни концентрации на експлозиви върху биомасата на теглото на червената детелина и хлебната пшеница (* статистически значими резултати, p ≤ 0,05)

Анализът на дължината на корените показа, че 2,4,6-тринитротолуолът причинява значително намаляване на дължината на корена при червената детелина и пшеницата във всички приложени концентрации. Хексогенът и октогенът не са причинили значително намаляване на дължината на червената детелина, но са причинили много силно увеличение на дължината на корена от пшеница. Значително инхибиране на дължината на корена на червената детелина се наблюдава само при проби от почви, добавени със смес от експлозиви с най-висока концентрация; ниските концентрации предизвикват стимулиране на растежа на пшеницата. Дължината на корените в концентрация 1000 mg/kg са значително по-ниски в сравнение с контролните проби (Фиг. 2).

Ефект на различни концентрации на взривни вещества върху дължината на корена на червената детелина и теглото на пшеничната хляб (* статистически значими резултати, p ≤ 0,05)

Сред анализираните съединения само TNT има значителен ефект върху кълняемостта на семената. В най-висока концентрация покълват само около 30% от семената на червената детелина.

Таблица 2

Резултати от смъртността от земни червеи и оценка на синергичния ефект на сместа

Експлозиви в почватаLC50 (mg/kg) Смъртност от земни червеиTU синергичен ефект
TNT276.70,36
RDX585.70,17
HMX841,50,12
MIX (TNT + RDX + HMX)115,00,87Положителни (TUMIX b> TUX c)

c TU X сумата от TNT, RDX и HMX отделни TU (0.65)

Анализираните съединения са токсични и мащабът на ефектите, които те предизвикват, е трудно да се предскаже. При сравняване на резултатите, получени в това изследване, с данните, съобщени от други изследователи, може да се твърди, че токсичните ефекти зависят не само от концентрацията на експлозиви, но и от вида на почвата, в която се появяват. Освен това смесите от експлозиви могат да предизвикат други и/или по-силни ефекти от отделните вещества. Ето защо е необходимо да се проведат повече изследвания, за да се оцени въздействието на различни взривни вещества върху различни организми.

Благодарности

Проектът е финансиран от полското Министерство на научните изследвания Грант № N523 4243337. Авторът е подкрепен със стипендия, получена по проект DoktoRIS-стипендиантска програма за иновативна Силезия, съфинансирана от Европейския съюз в рамките на Европейския социален фонд.