Введение

Актуальность темы. Почва является естественным фильтром для атмосферных загрязнений, поглощая и удерживая вредные вещества. Эти загрязнения проникают в грунтовые воды, а потом испаряются. Поэтому исследования качества почвы отчасти касаются и воздуха. Все это очень важно для здоровья людей в больших городах.

Однако до сих пор при оценке токсичности почвы используются в основном традиционные дорогие трудоемкие физико-химические методы. Они, к тому же, не могут дать комплексную оценку пригодности почвы для проживания. Во многом это объяснятся, на наш взгляд, тем, что мало изучена сопоставимость недорогого быстрого экологичного метода – биотестирования – и традиционного химического.

В связи с этим возникла актуальность проведения исследований в данном направлении.

Объект исследования: методы оценки состояния почвы.

Предмет исследования: практическое сравнение оценки загрязненности почвенных проб традиционным методом и биотестированием.

Цель работы: выявить сопоставимость результатов биотестирования и традиционных методов оценки почвогрунта на примере нескольких районов Санкт-Петербурга.

Гипотеза: биотестирование является надежным методом определения токсичности почвы и поэтому ее результаты могут в основном совпасть с картой загрязненности почвы в Санкт-Петербурге.

Краткий обзор литературы

Биотестирование и биоиндикация схожи в том, что они отражают реакцию растений на среду. Например, если в лесу проложить высоковольтную ЛЭП, то у близко стоящих деревьев начнет редеть хвоя и листва, так как растения реагируют на электромагнитное излучение. И наоборот, если садовник вовремя внесет нужные удобрения в почву, его ждет хороший урожай. Это будет показателем, или индикацией, того, что растения хорошо отреагировали на внесение минеральных веществ в почву.

Отличие биоиндикации в том, что наблюдатель должен исследовать растения или другие живые организмы в условиях их обитания. А для биотестирования нужна лаборатория, где будут проведены эксперименты.

В разных источниках при определении биоиндикации делается акцент на различные стороны. Так, Мелехова подчеркивает антропогенные и естественные нагрузки как главный фактор реакции живых организмов. [1]. Туровцев считает, что биологические объекты должны быть хорошо заметны и доступны для биоиндикации. [2]

Биотестирование – это определение токсичности пробы почвы для данной культуры организмов в лабораторном эксперименте.

Физико-химический анализ почвы отражается в санитарно-гигиенических и токсикологических нормативах.

Для качественной оценки природной среды необходимо их сочетание. То есть, химический и биологический мониторинг не исключают, а дополняют друг друга.

Несмотря на большой интерес к биоиндикации и биотестированию, вопрос о сопоставимости этих методов и химических анализов почв недостаточно разработан. В работах по этой теме авторы обычно ограничиваются лабораторными экспериментами над растениями с помощью различных химических соединений. В то же время, химический анализ почв в Санкт-Петербурге за последние 30 лет позволил ученым создать карты загрязненности. [3,4,5]. Полезно было бы создать карту загрязненности города с помощью растений – биоиндикацией. И потом сравнить эти карты. Поэтому вопрос требует дальнейшего изучения.

Методы исследования

В работе использованы следующие методы– эксперимент, анализ, сравнение.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Проект состоит из двух частей: (1) Биотестирование почвы в 7-ми районах Санкт-Петербурга и (2) Сопоставление результатов биотестирования с химическим анализом почв в 7-ми районах Санкт-Петербурга.

(1) Биотестирование почвы в 7-ми районах Санкт-Петербурга

Закладка эксперимента проводилась согласно методике определения токсичности почвы Т.Г. Мирчинк (метод почвенных пластинок). В соответствии с методикой в декабре 2025 г. мы провели опыт:

1. В чашки поместили по 80 г почвы без корней и растительных остатков, увлажнили и растерли до состояния густой пасты, ровно размазали деревянным шпателем (деревянным - поскольку дальше сравнивали с химанализом по тяжёлым металлам).

2. Семена предварительно замочили в течение суток. В чашки посеяли по 70 шт. семян кресс-салата. Предварительно проверили семена на всхожесть. Семена мелкие, без запаса питательных веществ, они лучше реагируют на изменения окружающей среды. Семена росли в течение 7 дней при постоянной температуре и влажности, почву увлажняли равным количеством воды (примерно 10 мл).

3. При учете результатов измерили число проросших семян, длину ростков и корней.

Опыт закладывался троекратно. Результаты были вычислены как среднеарифметическое значение.

Для эксперимента были взяты семена кресс-салата.

Кресс-салат — однолетнее овощное растение, чувствительное к загрязнению среды тяжелыми металлами и выхлопным выбросам автотранспорта. Под влиянием загрязнителей изменяются корни и побеги этого растения, и главное, нарушается всхожесть семян. Кресс-салат быстро вырастает, поэтому он удобен для опытов. Достаточно 7 дней для эксперимента.

Отбор земли был произведен в 18 точках Санкт-Петербурга, в 7-ми районах: Центральный, Адмиралтейский, Московский, Петроградский, Василеостровский, Приморский, Фрунзенский.

При планировании мест отбора мы ориентировались на районы отбора почвы в рамках стандартного мониторинга почв. [4] Мы сфокусировались на местах проживания и работы людей, чтобы оценить там экологическую обстановку.

Почва собиралась с глубины около 20 см пластмассовым совком, в сухую погоду, поверхность была ровная, однородная. Образцы поместили в пластиковые емкости и надписали. Почву собрали с запасом с целью дальнейшего изучения.

Для определения токсичности почвы мы использовали группирование в зависимости от того, как всходят семена и какой длины ростки и корни у тестовых растений, которые выращивают на отобранных почвах. Надо разделить эти показатели на показатели контроля и выразить в процентах.

Существуют три уровни токсичности:слабая, средняя и сильная.

На основании полученных данных мы создали карту загрязненности почвы с помощью сервиса Гугл. (Рис.1).

Рассматривая самые загрязненные места из 18 обследованных улиц Санкт-Петербурга, следует отметить их общую черту: данные места – это бывшие промзоны.

Так, экстремальное загрязнение было обнаружено на ул. Моисеенко в Центральном районе Санкт-Петербурга. Раньше здесь находилась типография. А значит, в почве можно встретить аэрозоли оксидов свинца, олова, сурьмы, пары хромового ангидрида, пары толуола, бензина и др.

На втором месте по токсичности в нашем списке оказалась ул. Попова, Петроградский район. Прежде здесь работал завод по производству электрических свинцовых аккумуляторов. Деятельность завода не могла не оставить «свинцовый» экологический след в этой части города.

Загрязненность ул. Красного Курсанта в Петроградском районе можно объяснить нахождением здесь в прошлом большой чулочно-трикотажной фабрики «Красное знамя». Значит, в почве могут находиться кислотные и металлокомплексные красители, формальдегид, сероводород и углерод, соединения тяжелых металлов.

Рис. 1 Карта загрязненности почвы в Санкт-Петербурге, биотестирование кресс-салатом в 18 локациях, 2025-26

(2) Сопоставление результатов биотестирования с химическим анализом почв в 7-ми районах Санкт-Петербурга

Учитывая, что кресс-салат обладает особой чувствительностью к тяжёлым металлам, а также их высокой токсичностью для людей, мы выбрали в качестве фоновой карту загрязненности тяжелыми металлами территории Санкт-Петербурга. [5] Затем мы совместили ее с картой биоиндикации (Рис. 1). Результат можно увидеть на Рис. 2. Как видно на совмещенных картах, в большинстве случаев (80%) оценки совпали, если среднее и слабое загрязнение объединить в одну группу и противопоставить сильному загрязнению.

Иными словами, сильное загрязнение по итогам биотестирования, например, на ул. Моисеенко отражено и на карте официального мониторинга. Точно так же, относительное «зеленое» благополучие, по биотестированию, на ул. Ак. Крылова, совпадает с аналогической оценкой территории на карте мониторинга.

Таким образом, показана сопоставимость результатов двух методов оценки состояния почвы в масштабах города: химического анализа и биотестирования.

Рис. 2 Сопоставление традиционного химического метода оценки загрязненности почвы тяжелыми металлами и биотестирование.

Санкт-Петербург, 2025-26

Результаты исследования

В результате исследования мы пришли к следующим выводам:

1. Загрязненность почвы имеет неравномерный характер в различных точках города. Самые загрязненные почвы были обнаружены в местах, где раньше находились предприятия.

2. Существует прочная связь между всхожестью и длиной ростков.

3. Всхожесть более чувствительна к токсичности почвы, чем высота ростков кресс-салата.

В стандартном мониторинге качества почвы Санкт-Петербурга картина «тревожных» районов отличается от наших результатов [3]. Это объясняется тем, что мы исследовали в основном жилые зоны, а в мониторинге акцент сделан на промышленных зонах. Кроме того, в мониторинге исследовали почвы из 4-х точек по каждому району, а в данном проекте изучены в среднем по две точки в районе.

В работе показана сопоставимость результатов двух методов оценки состояния почвы в масштабах города: химического анализа и биоиндикации. Как видно на совмещенных картах (рис 2), в большинстве случаев (80%) оценки совпали.

Это означает, что биотестирование может быть органично встроено в систему традиционного мониторинга качества почв. Его можно использовать как экономичный быстрый экспресс-тест для нахождения «красных» зон.

Заключение

Поставленная в работе цель - выявить сопоставимость результатов биотестирования и традиционных исследований почвогрунта на примере нескольких районов Санкт-Петербурга - выполнена. Показана практика биотестирования на примере 18 локаций города.

Сформулированная в начале работы гипотеза подтверждена опытным путем.

Практическое применение. Результаты работы позволяют использовать кресс-салат как доступный эффективный экспресс-тест на токсичность почвы. Это актуально при планировании строительства жилых домов, при обновлении городских садов и скверов, при разбивке садов и огородов за городом.

При обнаружении биоиндикацией «красных зон» следует использовать химический анализ для уточнения источника проблемы.

В дальнейшем автор планирует продолжить изучение биотестирования: как его можно практически использовать при планировании жилых новостроек в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

Приложение

Рис. 1 Фото некоторых локаций

Рис.2 Подготовка образцов почвы и закладка эксперимента

Рис.3 Наблюдение за результатами эксперимента