A talajban lévő robbanóanyag-keverék szinergikus mérgező hatása

Katarzyna Panz

Környezeti Biotechnológiai Tanszék, Sziléziai Műszaki Egyetem, Akademicka 2, Gliwice, Lengyelország

Korneliusz Miksch

Környezeti Biotechnológiai Tanszék, Sziléziai Műszaki Egyetem, Akademicka 2, Gliwice, Lengyelország

Tadeusz Sójka

Környezeti Biotechnológiai Tanszék, Sziléziai Műszaki Egyetem, Akademicka 2, Gliwice, Lengyelország

Absztrakt

A robbanóanyagok stabilak a talajban, és ellenállnak a biológiai lebomlásnak. Különböző szerzők szerint a TNT (2,4,6-trinitrotoluol), az RDX (hexahidro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazin) és a HMX (oktahidro-1,3,5,7-tetranitro- 1,3,5,7-tetrazocin) mérgezőek, de a legtöbb vizsgálatot mesterséges talajban végezték egyedi anyagokkal. A bemutatott kutatás célja az ezen anyagokkal szennyezett erdőtalaj toxicitásának felmérése volt, mind egyenként, mind pedig ezek kombinációiban. A TNT volt a legmérgezőbb anyag. Noha az RDX és a HMX nem gyakorolt káros hatást a növényekre, ezek a vegyületek okozták a földigiliszták pusztulását, amiről a korábbi kutatások nem számoltak be. A robbanóanyag-keverék szinergetikus hatásait figyelték meg.

A robbanóanyagokat mind a katonai, mind a különféle polgári iparágak nagy mértékben használják (pl. Bányászat, nagy energiájú fémmegmunkálás és mélyépítés) (Krishnan et al. 2000; Winfield et al. 2004; Vila et al. 2007a). A lőszerek gyártása, szállítása és felhasználása hozzájárul a magas környezeti szennyeződéshez. 2,4,6-trinitrotoluol (TNT), hexahidro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazin (RDX, hexogén) és oktahidro-1,3,5,7-tetranitro-1,3, Az 5,7-tetrazocin (HMX, oktogén) főleg a talajban és a felszíni vizekben található meg; felszín alatti vizek szennyeződése is előfordult (Winfield és mtsai 2004). A legtöbb robbanóanyag kémiai szerkezete és a szerves anyaghoz való kötődési képessége miatt stabil, így megnehezíti a talaj helyreállítását (Rylott et al. 2011). További korlátozás a robbanóanyagok magas toxicitása (Krishnan et al. 2000).

A trinitrotoluol rendkívül mérgező a szárazföldi növényekre. A legtöbb esetben a toxikus hatások (csírázási sebesség, a növényi biomassza csökkenése és rendellenes növekedés) közvetlenül összefüggenek a TNT-koncentráció növekedésével (Krishnan és mtsai 2000; Vila és mtsai 2008). A hexogén még nagy koncentrációban sem befolyásolja a mag csírázását; ennek ellenére sok káros fejlődési hatást észleltek az ennek az anyagnak kitett növényekben. Néhány hatás (pl. Atipikus bilaterális szimmetria, kétágú és összeolvadt levelek, szabálytalan és ívelt levélszélek és fejletlen gyökerek) a teratogenitásra utalnak (Winfieled és mtsai 2004; Vila és mtsai 2007b). Az oktogén még nagyon magas koncentrációban sem mérgező a magasabb növényekre (Rocheleau et al. 2008, 2003).

A trinitrotoluol akut toxicitását az Eisenia andrei (Lachance et al. 2004) és más oligochaete fajokkal (Enchytraeus crypticus és Folsomia candida; Schäfer és Achazi 1999) végzett gilisztával végzett vizsgálatok során figyelték meg. Az 50% -os mortalitást okozó koncentrációk (LC50) (Best és mtsai 2006) 143 és 365 mg/kg között mozogtak, és a talajtól függenek. A trinitrotoluol negatív hatást gyakorolt a giliszták biomasszájára is, és kimutatta, hogy a szaporodási paraméterek csökkenését okozza (a gubó és fiatalkorúak számának csökkenése; Schäfer és Achazi 1999; Robidoux et al. 2002). A hexogén és az oktogén nem volt halálos a földigiliszták számára, de a TNT-hez hasonlóan a biomassza és a termékenység csökkenését okozták (Robidoux et al. 2002; Simini et al. 2003).

Annak ellenére, hogy jelentős információ áll rendelkezésre a robbanóanyagok toxicitásáról, még mindig nincsenek jelentések arról, hogy a különböző talajok milyen kapcsolatban vannak a társaikkal a toxikus hatásokra. Sőt, az eddigi vizsgálatok többsége az egyes anyagok toxikus hatásainak meghatározásán alapult. Mégis, a környezetben a robbanóanyagok általában keverékként jelennek meg, ami nehézségeket okozhat egyéni hatásaik felmérésében, amint az más szennyezőanyag-csoportok esetében is megfigyelhető (Kalka 2012). A kutatás fő célja a robbanóanyagok (és az egyes robbanóanyagok) keverékeinek fito- és zootoxicitásának értékelése volt az erdő talajában.

Anyagok és metódusok

Asztal 1

A toxikológiai tesztekben használt talajban lévő robbanóanyagok névleges és mért koncentrációi

RobbanásveszélyesNévleges koncentráció (mg/kg) 1001803605401,000

TNT	Mért koncentráció (mg/kg)	98.1	175.7	348,5	519,5	954.3
RDX		98.8	180,5	347,8	506	976
HMX		98.6	176.2	355	532.4	991.1
Névleges koncentráció (mg/kg)	33.3	60	120	180	333.3
TNT MIX-ben	Mért koncentráció (mg/kg)	32	57.2	116.2	176.6	325.3
RDX MIX-ben		32.2	59	114,8	175.7	329,3
HMX MIX-ben		33.7	59.2	115.1	177.5	328,6

A fitotoxicitási vizsgálatokat a PN-ISO 11269-2: 2001 „A vegyi anyagok hatása a magasabb növények megjelenésére és növekedésére” szerint végezték. A teszthez egy egyszikű növényt - kenyérbúzát (Triticum aestivum) és egy kétszikű növényt - vörös lóhere (Trifolium pratense) választottunk. Csak a kezeletlen magokat alkalmaztuk 90% -nál nagyobb csírázóképességgel. Minden edénybe húsz magot vetettek (500 g talajt tartalmazva). A talajt desztillált vízzel öntöztük; a talaj nedvességtartalmát 40% -os szinten állapították meg. Mindegyik mintát négyszeres példányban készítettük. A kísérletet növénynövekedési kamrában végeztük 21 ° C/18 ° C hőmérsékleten (nap/éjszaka). A kamrában a levegő páratartalmát 80% -os szinten tartották; a fényintenzitás 25 000 lm/m 2 felület volt az óránkénti 14/10-es (nappali/éjszakai) ciklusban. A vizsgálat kezdetét követő 7 nap elteltével minden mintában megszámoltuk a kicsírázott magokat. Ezt követően mindegyik mintában kiválasztották az 5 legreprezentatívabb palántát; a többit eltávolították. 14 nap elteltével a növényeket összegyűjtöttük, megmértük a hajtások és a gyökerek hosszát, és lemértük a friss hajtások biomasszáját.

Az akut gilisztatoxicitási vizsgálatokat a PN-ISO 11268-1: 1997 „A vegyi anyagok hatása a gilisztára (Eisenia fetida)” alapján készítették. A műanyag edényeket 750 g szennyezett talajjal töltötték meg, amelynek nedvességtartalmát trágya és vízoldat felhasználásával (trágya szolgálta a földigiliszták számára) 40% -os szinten állapították meg. A kontrollmintákat nem vettük fel, és trágya és vizes oldatokkal rendelkező talajból álltak. A mintákat négyszeres példányban készítettük. Tíz mosott (100–600 mg tömegű) gilisztát vezettek be minden edénybe; a konténereket gézzel borították, hogy megakadályozzák a földigiliszták elszökését. A vizsgálatot 14 napig végeztük szobahőmérsékleten és stabil talajnedvesség mellett. 2 hét elteltével az élő szervezeteket megszámoltuk (mortalitás értékelése) és lemértük (a vegyi anyagok hatása a biomasszára).

A toxicitási végpontokat, például az LC50-et a legjobban illeszkedő lineáris regressziós modell alapján számoltuk. Az eredmények közötti statisztikailag szignifikáns különbségeket a szórás meghatározása és Dunnett többszörös összehasonlító tesztje alapján értékeltük (p ≤ 0,05).

Eredmények és vita

A robbanóanyagokkal szennyezett talaj fitotoxicitási értékelésében meghatároztuk a magok csírázásának gátlását, a biomassza súlyát és a gyökérnövekedést két növény (T. pretense és T.aestivum) esetében. Megállapították, hogy minden egyes robbanóanyag (a HMX kivételével) és a robbanóanyagok keverékének 180 mg/kg koncentrációja a talajban a vörös lóhere palánták jelentős biomassza veszteségét okozza (1. ábra). A búzanövényeknél a szignifikáns friss biomassza-veszteséget minden TNT-koncentrációban megfigyelték, míg a HMX és az RDX nagyobb növekedést okozott a kontroll mintákkal összehasonlítva (minden elemzett koncentrációban). A robbanóanyag-keverékkel rendelkező mintákban a növekedés stimulálását alacsonyabb koncentrációkban figyelték meg, míg a 360 mg/kg koncentrációban és nagyobb (a kontroll mintákkal összehasonlítva) szignifikáns növekedést figyeltek meg a növények biomasszájának súlyvesztése (1. ábra). A legnagyobb koncentrációban (540 és 1000 mg/kg) TNT-vel kiegészített mintákban a vörös lóhere levelének felületén klorózis volt látható. A kísérlet utolsó 5 napjában a palánták kiszáradását és pusztulását figyelték meg.

Különböző robbanóanyag-koncentrációk hatása a vörös lóhere biomasszájára és a kenyérbúza tömegére (* statisztikailag szignifikáns eredmények, p ≤ 0,05)

A gyökérhossz elemzése kimutatta, hogy a 2,4,6-trinitrotoluol a vörös lóhere és a búza gyökérhosszának jelentős csökkenését okozta minden alkalmazott koncentrációban. A hexogén és az oktogén nem okozott jelentős csökkenést a vörös lóhere gyökérhosszában, de nagyon erősen megnövelte a búza gyökérhosszát. A vörös lóhere gyökérhosszának jelentős gátlását csak azokban a talajmintákban figyelték meg, amelyekhez a legnagyobb koncentrációjú robbanóanyag-keveréket használták; alacsony koncentrációk a búza növekedésének stimulálását okozták. A gyökerek hossza 1000 mg/kg koncentrációban szignifikánsan alacsonyabb volt a kontroll mintákkal összehasonlítva (2. ábra).

Különböző robbanóanyag-koncentrációk hatása a vörös lóhere gyökérhosszára és a kenyérbúza tömegére (* statisztikailag szignifikáns eredmények, p ≤ 0,05)

Az elemzett vegyületek közül csak a TNT volt szignifikáns hatással a mag csírázására. Legnagyobb koncentrációban a vörös lóhere magoknak csak mintegy 30% -a csírázott.

2. táblázat

A giliszta-mortalitás eredményei és a keverék szinergikus hatásának értékelése

Robbanóanyagok a talajban: LC50 (mg/kg) Földigiliszták pusztulásaTU a szinergetikus hatás

TNT	276,7	0,36
RDX	585.7	0,17
HMX	841.5	0.12
MIX (TNT + RDX + HMX)	115,0	0,87	Pozitív (TUMIX b> TUX c)

c TU X a TNT, RDX és HMX egyes TU összege (0,65)

Az elemzett vegyületek mérgezőek, és az általuk okozott hatások mértékét nehéz megjósolni. Az ebben a kutatásban kapott eredményeket összehasonlítva más kutatók által közölt adatokkal megállapítható, hogy a toxikus hatások nem csak a robbanóanyagok koncentrációjától függenek, hanem attól is, hogy milyen típusú talajban jelennek meg. Továbbá a robbanóanyagok keverékei más és/vagy erősebb hatásokat okozhatnak, mint az egyes anyagok. Éppen ezért több kutatásra van szükség a különböző robbanóanyag-összetételek különböző szervezetekre gyakorolt hatásainak felmérésére.

Köszönetnyilvánítás

A projektet a lengyel tudományos kutatási minisztérium N523 4243337 támogatása finanszírozta. A szerzőt az Európai Unió által az Európai Szociális Alapon belül társfinanszírozott innovatív Szilézia DoktoRIS-ösztöndíj programban elnyert ösztöndíjjal támogatták.