Phytotesting as a method for soil quality assessing

Full Text

Важное место при формировании комфортной среды обитания человека в городских условиях занимают зеленые насаждения. Для проведения озеленительных и ландшафтно-проектировочных работ по созданию газонов, клумб, посадке цветов, деревьев и кустарников используют различные искусственные почвогрунты заводского изготовления, питательные грунты. Средний расход качественного грунта на 1 га озеленяемой территории в условиях городской среды – 2,0 тыс. м³, посадку одного дерева, имеющего земляной ком размером 1×1×0,6 м, – 2,28 м³ при 100% замене земли. [1, 4]

Универсальной рецептуры почвогрунтов не существует. Производители применяют различные компоненты: верховой или низинный торф, окультуренную почву, котлованные грунты, древесные отходы, опавшие листья, речной песок, глину, биокомпосты, в том числе на основе осадков сточных вод, солому, сапропели и другое. Указанные компоненты и грунты на их основе неоднородны по происхождению, составу и качеству. Степень их пригодности для нормального роста и развития растений разнообразна. [11]

Контроль производства почвогрунтов должен осуществляться в соответствии с ГОСТ 53381-2009 «Почвы и грунты. Грунты питательные. Технические условия», а также (в случае их применения на территории г. Москвы) согласно Постановления Правительства Москвы № 514-ПП от 27.07.2004 (с изменениями на 25 октября 2011 года) «О повышении качества почвогрунтов в городе Москве» (далее Постановление № 514-ПП), в которых к почвогрунтам и всем их компонентам предъявляют определенные требования. Оценка качества готового почвогрунта включает физические, санитарно-гигиенические показатели, а также определение содержания элементов питания растений, токсинов и прочее. В этих условиях важно выбрать метод, позволяющий оперативно, достоверно и без больших затрат провести интегральную оценку. На наш взгляд, этим требованиям отвечает фитотестирование. Оно может дать предварительную или дополнительную информацию о качестве почвогрунта, предназначенного для создания газонов, клумб, посадки цветов, деревьев и кустарников.

Фитотесты очень востребованы, поскольку почвы и грунты – естественная среда обитания высших растений. [5, 8] Существует несколько методов и способов фитотестирования, в основе которых оценка параметров прорастания семян тест-растения. [9] В Российской Федерации применяют следующие стандартизированные методы фитотестирования: MP 2.1.7.2297-07 «Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности (Фитотест)»; ФР.1.39.2006.02264 «Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв» и ФР.1.31.2012.11560 «Методика измерений биологической активности гуминовых веществ методом фитотестирования (Фитоскан)». Метод фитотестирования предназначен для оценки качества почв согласно ГОСТ Р ИСО 18763-2019 «Качество почвы. Определение токсического воздействия загрязняющих веществ на всхожесть и рост на ранних стадиях высших растений» и ГОСТ Р ИСО 22030-2009 «Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений». На практике метод широко используют для экологического мониторинга почвенных объектов и установления токсичного влияния того или иного поллютанта. [6, 12–14]

Фитотестирование можно применять для суммарной оценки качества грунта, степени его обогащенности доступными макро- и микроэлементами, а также как интегральный показатель на этапе составления рецептур при изготовлении нового почвогрунта.

Цель работы – оценить возможность использования фитотестирования для определения качества искусственно созданных почвогрунтов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Мы провели фитотестирование образцов Почвогрунта 1 (с осадками сточных вод) и Почвогрунта 2 (с котлованным грунтом, небольшим количеством торфа и сапропеля), производители которых планировали их применение для озеленения Москвы и Московской области. Для сопоставления результатов фитотестирования исследуемых образцов с их питательной ценностью установили показатели плодородия:

Почвогрунт 1: рН_КCl – 6,73 (ГОСТ 26483), массовая доля органического вещества – 10,8% (ГОСТ 26213), Р₂О₅ – 605 мг/кг (по Кирсанову, ГОСТ Р 54650), К₂О – 182 мг/кг (по Кирсанову, ГОСТ Р 54650);

Почвогрунт 2: рН_КCl – 7,50, массовая доля органического вещества – 4,14%, Р₂О₅ – 20,1 мг/кг, К₂О – 68,1 мг/кг (по Мачигину, ГОСТ 26205).

Образец Почвогрунта 1 из-за наличия в нем осадков сточных вод был сдан в Испытательный лабораторный центр «Почвенный институт им. В.В. Докучаева» (номер записи об аккредитации в РАЛ № RA.RU.21HE32) для определения содержания валовых форм тяжелых металлов.

Фитотестирование почвогрунтов целесообразнее проводить непосредственно в тестируемом образце (твердая фаза), поскольку у растений в этом случае более чувствительная реакция и результаты будут точнее, чем при оценке почвенных вытяжек.

Для оценки токсичности почв в качестве контрольной рекомендуется использовать референтную или искусственную почву, состоящую из торфа, каолинитовой глины и кварцевого песка, а также стандартную, максимально близкую по всем параметрам к исследуемой. При оценке искусственных почвогрунтов для сравнения целесообразно выбрать почву, обеспечивающую свободный рост тест-культур в естественных условиях определенной почвенно-климатической зоны, куда планируется поставлять готовый почвогрунт. Мы взяли дерново-подзолистую легкосуглинистую почву (контроль): рН_КCl – 5,41; содержание органического вещества – 2,43%, Р₂О₅ – 182,5 мг/кг, К₂О – 61,3 мг/кг.

Обычно одновременно используют, как минимум, по одному однодольному и двудольному тест-растению с учетом зонального подхода. [7] Испытания проводили с семенами трех видов растений: однодольное – овес (Avena sativa), двудольные – горчица белая (Sinapis alba) и клевер белый ползучий (Trifolium repens), который часто применяют при создании газонов.

Почвогрунты 1 и 2 изучали методом фитотестирования по одной схеме, но в разное время.

Исследуемый грунт и подготовленную контрольную почву раскладывали в пластиковые контейнеры по 150 г, увлажняли. Далее в каждый контейнер высевали семена тест-культуры: овес – по 21 шт., горчица белая – 25 шт., клевер белый ползучий – 10 г/м² (согласно рекомендациям производителя семян). Повторность опыта – шестикратная. Контейнеры помещали в климатостат марки КС-200 СПУ с заданной программой смены дня и ночи (дневная температура – 20°С, ночная – 15°С). В процессе развития тест-растений поддерживали достаточную влагообеспеченность почвы/грунта. На 14 сут. растения овса и горчицы белой извлекали из контейнеров, отмывали корневую систему и проводили учет биометрических показателей (длина, сырая и сухая масса ростков и корневой системы). У клевера белого ползучего ростки срезали с поверхности грунта и почвы, определяли их сырую и сухую массу.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В разных методах фитотестирования применяют различные тест-параметры: длина корней или стеблей проростков; суммарная биомасса растений; всхожесть семян и энергия их прорастания. [9] Для получения более полной информации и объективной оценки качества почвогрунта мы использовали большинство тест-параметров.

Фитотестирование Почвогрунта 1.

Овес и горчица белая на ранних стадиях своего онтогенеза в испытываемом грунте развивались лучше: у овса все, а у горчицы белой почти все исследуемые биометрические показатели были статистически значимо выше, чем в контроле (табл. 1). Стимулирующий эффект от применения Почвогрунта 1 был ожидаем, поскольку, во-первых, грунт имел большую питательную ценность, по сравнению с контрольной почвой, во-вторых, осадки сточных вод в составе органических удобрений или грунтов при правильном подборе компонентов и установлении оптимальных норм внесения обладают удобрительной ценностью для растений. [2, 3, 10]

 

Таблица 1. Всхожесть и биометрические показатели тест-растений овса и горчицы белой, выращенных в Почвогрунте 1

Вариант	Всхожесть, %	Средняя длина, см		Средняя сырая масса, 10–2 г		Средняя сухая масса, 10–3 г
		росток	корневая система	росток	корневая система	росток	корневая система
Овес
Почвогрунт 1	97,6 ± 1,3	17,7 ± 0,26*	13,6 ± 0,31*	12,7 ± 0,36*	9,1 ± 0,27*	10,8 ± 0,25*	5,9 ± 0,23*
Контроль	98,8 ± 0,6	14,9 ± 0,34	12,4 ±0,05	8,8 ± 0,32	7,6 ± 0,26	9,0 ± 0,10	6,6 ± 0,08
Горчица белая
Почвогрунт 1	96,7 ± 1,3*	6,4 ± 0,31	5,8 ± 0,41*	15,9 ± 0,65*	2,3 ± 0,11*	6,7 ± 0,13*	1,7 ± 0,05
Контроль	89,0 ± 1,0	6,3 ± 0,19	8,1 ± 0,45	7,8 ± 0,07	1,3 ± 0,07	5,0 ± 0,10	1,5 ± 0,08

Примечание: * – различия значимы при р<0,05. То же в таблицах 2-4.

 

В контейнерах с Почвогрунтом 1 существенно уменьшилась всхожесть и слабо развивались растения клевера белого ползучего, по сравнению с контрольной почвой. Для исключения ошибок опыт был заложен повторно с разной нормой высева семян: 10 и 30 г/м². Через 14 сут. определили только сырую массу ростков (табл. 2).

 

Таблица 2. Средняя сырая масса ростков клевера белого ползучего, выращенного в Почвогрунте 1

Вариант	Норма высева семян, г/м2
	10	30
Почвогрунт 1	0,039 ± 0,007*	0,200 ±0,031*
Контроль	0,346 ± 0,017	0,412 ±0,094

 

Сырая масса ростков клевера белого ползучего при нормах высева семян 10 и 30 г/м² в контрольном варианте выше в 8,9 и 2,1 раза соответственно, по сравнению с показателем, полученным с использованием испытываемого грунта. Семена этого растения мелкие и быстро расходовали собственные запасы питательных веществ. Вскоре после прорастания семян рост растений становился очень зависимым от компонентов почвогрунта, среди которых присутствовали осадки сточных вод. [7]

В образце Почвогрунта 1 установили присутствие валовых форм цинка – 541,4, меди – 178,7 мг/кг. Согласно ГОСТ 53381-2009 и Постановлению № 514-ПП эти значения превышают допустимый уровень в 2,5 и 1,4 раза соответственно, что делает невозможным применение Почвогрунта 1 в растениеводстве, садоводстве, цветоводстве, лесном и городском хозяйствах, на приусадебных участках для повышения плодородия почв, урожайности, качества продукции растениеводства, а также озеленения территорий, в том числе рекреационного.

Таким образом, выявлено соответствие результатов фитотестирования и химических анализов Почвогрунта 1. На фоне высокого содержания в испытываемом грунте элементов питания и лучших биометрических показателей овса и горчицы белой наблюдали угнетение роста и развития клевера белого ползучего, причина которого, вероятнее всего, обусловлена чувствительностью культуры к негативному влиянию повышенного содержания цинка и меди.

Фитотестирование Почвогрунта 2.

Рост и развитие тест-растений зависят от питательной ценности почвогрунта. По своей характеристике Почвогрунт 2 существенно отличался от контроля (большее содержание органического вещества, карбонатов), тем не менее результаты фитотестирования свидетельствовали о том, что тест-растения овса и горчицы белой на ранних этапах развивались на уровне контрольной почвы. Статистически значимых различий в биометрических показателях растений не установили, за исключением повышения всхожести семян горчицы на 10% (табл. 3).

 

Таблица 3. Всхожесть и биометрические показатели тест-растений овса и горчицы белой, выращенных в Почвогрунте 2

Вариант	Всхожесть, %	Средняя дина, см		Средняя сырая масса, 10–2 г		Средняя сухая масса, 10–3 г
		росток	корневая система	росток	корневая система	росток	корневая система
Овес
Почвогрунт 2	98 ± 0,6	15,7 ± 0,45	12,6 ± 0,52	8,8 ± 0,23	7,2 ± 0,29	9,5 ± 0,29	6,1 ± 0,22
Контроль	96 ± 0,8	14,5 ± 0,30	12,1 ±0,25	8,6 ± 0,19	7,2 ± 0,27	9,3 ± 0,34	6,2 ± 0,19
Горчица белая
Почвогрунт 2	98 ± 0,6*	7,5 ± 0,13	8,5 ± 0,42	8,0 ± 0, 20	1, 5 ± 0,15	4,7 ± 0,10	1,1 ± 0,10
Контроль	88 ± 0,5	7,2 ± 0,19	7,1 ± 0,22	7,9 ± 0,34	1,4 ± 0,19	4,4 ± 0,24	1,2 ± 0,18

 

Сырая и сухая масса ростков клевера была выше, по сравнению с показателями, полученными при использовании контрольной почвы – в 2,9 и 1,7 раза соответственно (табл. 4). Это может быть связано с реакцией культуры на компоненты грунта, среди которых находилось небольшое количество сапропеля.

 

Таблица 4. Средняя масса ростков клевера белого ползучего, выращенного в Почвогрунте 2

Вариант	Сырая масса ростков, г	Сухая масса ростков, г
Почвогрунт 2	1,139 ± 0,147*	0,141 ±0,033*
Контроль	0,383 ± 0,031	0,083 ±0,005

 

Результаты фитотестирования показали, что Почвогрунт 2 не вызывает угнетения роста и развития тест-растений на ранних стадиях онтогенеза и при условии соответствия остальных показателей требованиям Нормативной документации может быть рекомендован для озеленительных работ.

Выводы. Фитотестирование с использованием высших растений можно проводить для установления токсичности природных и техногенных объектов, а также оценки качества искусственных почвогрунтов, как простой, воспроизводимый, достоверный и недорогой метод, дающий представление об испытываемом почвогрунте в целом.

Выявили согласованность полученных данных по биометрии клевера белого ползучего с результатами химических анализов Почвогрунта 1 на содержание тяжелых металлов и со стимулирующим эффектом сапропеля, входящего в состав Почвогрунта 2. Рекомендуем при фитотестировании обязательно применять тест-растения с мелкими семенами для оценки их реакции на стимулирующие и токсичные компоненты грунта.

Установили, что при отсутствии возможности полноценной оценки готового почвогрунта на комплекс показателей, согласно нормативным документам, фитотестирование можно рассматривать как качественную реакцию тест-растений на исследуемый почвогрунт и интегральный показатель его плодородия.

About the authors

D. A. Soloviev

FRC V.V. Dokuchaev Soil Science Institute

Author for correspondence.
Email: 2016vniimz-noo@list.ru

PhD in Agricultural Sciences

Russian Federation, Moscow

N. V. Fomicheva

FRC V.V. Dokuchaev Soil Science Institute

Email: 2016vniimz-noo@list.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files