Biološki potencijal gajenih biljaka u detekciji zagađenja vode i sedimenta

Abstract

Zagađenje vode i sedimenta, organskim jedinjenjima, teškim metalima i agrohemikalijama, poslednjih decenija predstavlja problem koji je prisutan u svim regionima sveta. Kako bi se umanjile negativne posledice primene zagađene vode i sedimenta u poljoprivredi, neophodan je kontinuirani monitoring njihovog kvaliteta, odreĎivanje prisustva i kvantifikacija polutanata i procena njihove biodostupnosti. Kvalitet vode i sedimenta može se oceniti pomoću fizičko-hemijskih i bioloških metoda (bioindikatora). Poslednja grupa je od značaja u detekciji zagaĎenja i proceni kvaliteta vode i sedimenta koji se koriste u poljoprivredi. Otuda gajene biljke kao bioindikatori imaju važnu ulogu. Rezultati ovakvih ispitivanja su direktan pokazatelj mogućnosti upotrebe vode za navodnjavanje, a sedimenta za razastiranje po obradivim površinama. Imajući u vidu izneto, u radu je preko fizioloških (energija klijanja i klijavost semena) i morfoloških (dužina, sveža i suva masa korena i nadzemngo dela ponika) promena na deset vrsta gajenih biljaka (kukuruz, ječam, krmni sirak, bela slačica, kupus, rotkvica, krastavac, pasulj, suncokreta i heljda), procenjen biološki potencijal istih u detekciji zagaĎenja vode i sedimenta teškim metalima, pesticidima i drugim polutantima. Kvalitet vode i sedimenta, odnosno detekcija zagaĎenja, odreĎeni su prvo hemijskim analizama, a zatim pomoću bioloških testova, tokom 2011-2015. godine. Ukupno je analizirano 37 uzoraka vode i osam uzoraka sedimenta sa teritorije AP Vojvodine (Srbija), od kojih su 29 iz kanala (Veliki Bački kanal /VBK/, Aleksandrovački kanal /AK/, Nadela, Feketić i Čelarevo), pet iz reka (Krivaja, Begej i Dunav) i tri iz zatvorenih vodenih površina koje se nalaze u okviru rezervata prirode i zaštićenih prirodnih dobara (Jegrička, Stari Begej /“Carska bara”/ i Stara Tisa). U radu su primenjene metode naklijavanja semena na filter hartiji propisane Pravilnikom o kvalitetu semena poljoprivrednog bilja (Sl. list 34/2013) i pravilnikom ISTA (2011). Tokom 2013. godine, praćene su i sezonske promene u sadržaju metala: nutrijenti (Na, Mg, Ca i K) i prioritetni polutanti u vodi (Cd, Ni, Pb, Cr, As) prema Direktivi 2008/105EC, teški metali (Fe, Mn, Zn, Cu), zatim pesticidi (herbicidi iz grupe triazina i urea) u kanalu u Čelarevu i VBK III. U radu je ispitan uticaj najznačajnijih polutanata u vodi (teški metali: Cd, Cu, Ni, Pb, Cr i insekticid hlorpirifos) prema Direktivi 2008/105EC, Uredbi 50/12 i ICPDR klasifikaciji (2004). Za obradu podataka korišćeni su statistički softveri SPSS 19 i ARO 3.2, a primenjene su ANOVA (Dankanov test višestrukih poreĎenja, Kruskal-Valisov test i t test) i višestruka regresiono-korelaciona analiza. Hemijske analize ukazuju na organsko i neorgansko zagaĎenje vode iz VBK (I, II, III) AK, Krivaje, Nadele, Begeja, Dunava kod izliva komunalnih voda i kanala u Čelarevu. ZagaĎenje teškim metalima je registrovano u vodi iz VBK I (Cd), AK (Cr), VBK II (Cr), kanala u Feketiću (As) i u pojedinim mesecima u kanalu u Čelarevu (Cr i Mn i Fe) i VBK III (Cr, Mn, Fe, Pb i As). Pojedini uzorci sedimenta su zagaĎeni teškim metalima i PAH-ovima i to: VBK I sa Cu (II klasa) i PAH-ovima (III klasa); AK sa Ni i Cu (III klasa) i Cr (IV klasa); VBK II sa Cu i PAH-ovi (II klasa); Krivaja sa Ni i Cu (II klasa); Nadela sa Ni (III klasa) i Cd (IV klasa); Begej sa Ni (III klasa). Uticaj kvaliteta vode i sedimenta na test biljke je varirao u zavisnosti od sadržaja polutanata, nutrijenata, ali i od biljne vrste i ispitivanog parametra. Dobri indikatori narušenog kvaliteta, odnosno zagaĎenja vode i sedimenta su: bela slačica, kupus, rotkvica i heljda, jer su na prisustvo jedinjenja i elemenata u količinama preko maksimalno dozvoljenik (MDK), reagovali inhibicijom većine parametara. Kukuruz, ječam, krmni sirak, pasulj i suncokret ispoljili su slabiji potencijal kao indikatori, s obzirom na mali broj parametara koji su pod uticajem kvaliteta vode i sedimenta. Fiziološki parametri (energija klijanja i klijavost) se nisu pokazali kao pouzdani u detekciji narušenog kvaliteta vode i sedimenta, osim u slučaju bele slačice, kupusa, rotkvice i heljde za zagaĎenja sa N, NH3, P i Cr. Morfološke promene na test biljkama su bolji pokazatelji zagaĎenja Cr, Pb, Mn, N, NO3, NH3 i P. U okviru sezonskog monitoringa, potvrĎena je promena sadržaja nutrijenata, teških metala i pesticida, zavisno od meseca uzorkovanja, a koji su u vezi sa intenzivnim poljoprivrednim aktivnostima. Najveće količine herbicida iz grupe triazina i urea, preko MDK, detektovane su tokom proleća i leta, što se dovodi u vezu za poljoprivrednom praksom suzbijanja korova. U biotestu, voda uzorkovana tokom proleća i leta, ispoljila je izrazit negativan uticaj uglavnom na morfološke parametre test biljaka u vidu inhibicije porasta korena i nadzemnog dela, dok energija klijanja i klijavost kod većine vrsta uglavnom nisu pod uticajem prisustva herbicida. Test biljke su ispoljile različit potencijal kao indikatori u detekciji zagaĎenja vode pojedinačnim polutantima. Kukuruz je preko sledećih parametara dobar pokazatelj prisustva polutanata u MDK (0,1 μg/l): energija klijanja i klijavost su dobri pokazatelji zagaĎenja Cr i Zn, a energija klijanja samo Pb, dužina korena za Zn i hlorpirifos, sveža masa korena za Zn, Pb i hlorpirifos, suva masa korena za hlorpirifos, dužina nadzemnog dela za Zn i hlorpirifos, sveža masa nadzemnog dela za Zn, Ni i hlorpirifos, a suva masa nadzemnog dela samo za hlorprifos. Ječam je dobar indikator prisustva sledećih polutanata u MDK preko dužine korena za Cd, dužine nadzemnog dela za Ni, a sveže i suve mase istog za Zn, dok svi fiziološki i morfoloških pamaretri ukazuju na zagaĎenje hlorpirifosom. Krmni sirak je dobar indikator prisustva Zn u količinama preko MDK preko energije klijanja i klijavosti, preko dužine, sveže i suve mase korena i dužine nadzemnog dela za Pb, a preko dužine i sveže mase nadzemnog dela za Cd. Bela slačica je preko energije klijanja, klijavosti i svih parametara korena dobar indikator prisustva Zn u MDK, preko dužine sveže i suve mase korena i mase nadzemnog dela za Ni, preko sveže mase nadzemnog dela za Cd, dok su svi fiziološki i morfološki parametri dobri indikatori zagaĎenja vode hlorpirifosom. Kupus je dobar indikator prisustva Cd u vodi u MDK preko sveže mase korena i svih parametara nadzemnog dela ponika. Rotkvica je dobar pokazatelj prisustva različitih polutanata u MDK: energija klijanja za Zn, sveža masa korena za Cd, Pb, Zn, suva masa korena Cd i Pb, a svi parametri nadzemnog dela za Cd, Zn i Pb. Krastavac je dobar pokazatelj prisustva različitih polutanata u MDK količinama preko sledećih parametara: dužine korena za Ni, Pb i hlorpirifos, sveže mase za Ni, Zn, Pb i hlorpirifos, suve mase za Cd, Ni, Zn i hlorpirifos, dužine nadzemnog dela za Cu, Zn, Pb i hlorpirifos, sveže mase istog za Cd i Pb i hloripirifos, a suve masa samo za hlorpirifos. Pasulj je dobar indikator prisustva različitih polutanata u MDK, preko sledećih parametara: energija klijanja i klijavost za Zn, dužina korena za Cd, Zn i Pb, sveža masa korena za Zn, suva masa korena za Cd, Pb i Zn, sveža i suva masa nadzemnog dela za Cd. Suncokret je dobar pokazatelj prisustva različitih polutanata u MDK i to preko dužine i sveže mase korena za Cd, Cu i Pb, suve mase korena za Cd i Cu, a dužine nadzemnog dela za Zn i Pb. Heljda je dobar pokazatelj prisustva Zn u MDK preko energije klijanja, klijavosti, preko dužine, sveže i suve mase korena ponika i sveže i suve mase nadzemnog dela za Cd, a preko sveže i suve mase korena za Pb. Na osnovu ostvarenih rezultata hemijskih analiza i biotesta, voda iz Dunava, sa plaže Bećarac i iz Sr. Karlovaca, može se koristiti za navodnjavanje. MeĎutim, preporuka je da se vode iz VBK I, II, III, AK, Krvaje, Nadele, Begeja, Dunava kod izliva konunalnih voda, Starog Begeja („Carska bara“), kanala u Fektiću, Stare Tise i kanala u Čelarevu, isključe iz poljoprivredne proizvodnje, zbog mogućih fitotoksičnih efekata. TakoĎe, i svi uzorci sedimenta su ispoljili fitotksične efekte na test biljke, te se ne preporučuje njhovo odlaganje po poljoptivrednim površinama, bez predhodne procene rizika.

Water and sediment pollution with organic compounds, heavy metals and agrochemicals is a world-wide problem in recent decades, present in all regions of the world. In order to mitigate the negative consequences of contaminated water and sediment application in agriculture, it is necessary to carry out continuous quality monitoring, to determine the presence of pollutants and to quantify their amounts, as well to evaluate the bioavailability. Water and sediment quality can be assessed by physical, chemical and biological methods (bio-indicators). Bioindicators are important in detection of water and sediment pollution and in risk assessment in agriculture. Hence, cultivated plants as bioindicators play an important role. The results of biotests are a direct indicator of the possible use of water for irrigation and sediment for a disposal on arable land. Bearing in mind the foregoing, the thesis aimed to assess biological potential of ten cultivated plant species (maize, barley, sorghum, white mustard, cabbage, radish, cucumber, beans, sunflower and buckwheat) in detection of water and sediment pollution with heavy metals, pesticides and other pollutants. The assessment was carried out according to changes in seedlings physiological (germination energy and germination) and morphological (length, fresh and dry weight of roots and shoots) parameters. Water and sediment quality and pollution were detected firstly by chemical analysis and then in bioassays, during 2011-2013. A total of 37 water and eight sediment samples were collected from the territory of Vojvodina province (Serbia), out of which 29 were from the irrigation canals (the Great Bačka canal /GBC/, Aleksandrovački canal /AK/, Nadela, canals in Feketić and Čelarevo), five from the rivers (Krivaja, Begej and Danube) and three from the water bodies located within nature reserves and protected natural areas (Jegrička, Stari Begej /”Carska bara”/ and Stara Tisa meander). In the bioassay, a germination filter paper method, according to the Regulation on the quality of seeds of agricultural plants (Off. gazette RS 34/2013) and the ISTA regulations (2011) was used. In 2013, the seasonal monitoring of metal content: nutrients (Na, Mg, Ca and K) and priority water pollutants (Cd, Ni, Pb, Cr, As) according to the Directive 2008/105EC, heavy metals (Fe, Mn, Zn, Cu) and pesticides (triazine and urea herbicides) was carried out in two sites, canals in Čelarevo and GBC III. Also, in this work the influence of the most important water pollutants (heavy metals: Cd, Cu, Ni, Pb, Cr and insecticide chlorpyrifos) under Directive 2008/105EC and the ICPDR classification (2004) was evaluated on test plants.