Biological potential of cultivated plants in detection of water and sediment contamination

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.