СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ АГРОЛАНДШАФТА ПОЛЛЮТАНТАМИ Российский патент 1997 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам оценки общей токсичности почв.

Возросший антропогенный пресс стимулирует разработку новых и модификацию существующих способов оценки качества основных компонентов агроландшафта - почвы, воды и воздуха.

Известен способ оценки окружающей среды, основанный на химико-аналитическом определении поллютантов (пестицидов, солей тяжелых металлов, радиации). Основными методами определения остаточных количество пестицидов, солей тяжелых металлов являются тонкослойная, газовая, газожидкостная хроматография.

Хроматография включает в себя следующее:
1. Навеску почвы экстрагируют хлороформом или петролейным эфиром.

2. Экстракт фильтруют.

3. Под вакуумом отгоняют хлороформ или эфир.

4. Очищают экстракт.

5. Хроматографирование включает в себя следующие операции:
а) подготовка носителя (пластина с тонким слоем, бумага, колонка);
б) хроматографирование;
в) проявление хроматограммы;
г) обработка хроматограммы и расчеты.

(В. Т. Куркаев, С. Е. Ерошкина, А. А. Понамарев Сельскохозяйственный анализ и основы биохимии растений. М. Колос, 1977, 240 с.)
Недостатком известного способа является то, что обнаружение остаточных количеств поллютантов требует применения крайне точных методов аналитической химии, большой чистоты дорогостоящих реактивов и сложных приборов. Из-за неполного удаления примесей из экстракта часто получаются искаженные результаты.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки общей токсичности почв, основанный на получении из нее водной вытяжки и количественной оценки в них токсикантов по степени ингибирования одной из ключевых ферментативных систем люцеферазы у бактерии Photobacterium phosphoreum. Ингибирование свечения объективно регистрируется биолюминометром типа БЛМ 8103.

Способ включает в себя следующее: 1) приготовление водной вытяжки в соотношении почва: раствор 1:10. Смесь почвы с экстрагентом встряхивают 10 минут, отстаивают, центрифугируют. 2) В почвенную вытяжку поселяют бактерии Photobacterium phosphoreum. 3) реакцию бактерий на комплексное загрязнение почвы солями тяжелых металлов, хлорорганическими соединениями, нитратами и нитритами определяют по потере способности бактерии к свечению с помощью прибора ( Р. А. Пшеничников, Ф, Н, Закирова, Н. М, Никитина Микробиотест для оценки мониторинга загрязнения почв.//Экология, 1995, N 4. с. 332 333).

Недостатком известного способа является: во-первых, ограниченная информативность, т. к. позволяет выявлять только комплекс загрязнителей. Во-вторых, требует поддержания чистой линии бактерии с постоянным перевесом и контролем чистоты культуры. В-третьих, затрудняет широкое применение этого способа в агро-экологических лабораториях из-за наличия самого биоиндикатора и оборудования (центрифуги, биолюнометра).

Техническим решением задачи являются повышение чувствительности и быстроты определения, дешевизны, легкости воспроизведения, высокой информативности.

Задача достигается тем, что в качестве метода предлагается тест на загрязнение почв с использованием растений семейства рясковые. В основе метода оценка загрязнения почв по коэффициенту роста (K N/t) листецов рясковых и их окраске. Представители семейства рясковых являются самыми маленькими в мире цветковыми растениями, размножаются преимущественно вегетативно. При благоприятных условиях за неделю увеличивают свою массу вдвое. Вегетативное тело рясковых по виду напоминает плавающий лист, получившее название листец. Их можно встретить повсюду, в лужах, мелких прудах. В работе использовались следующие виды: ряска малая (Lemna minor L.), ряска тройчатая (Lemna trisilca L.), многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrrhiza L.), вольфия бескорневая (Wolfia arrhiza L.). Новизна заявляемого решения заключается в том, что степень загрязнения почвенного образца определяется по степени роста ряски через коэффициент роста и специфичной окраски листецов растения на каждый загрязнитель.

Способ определения загрязнения с помощью рясковых заключается в следующем:
1. За день до начала эксперимента растения ряски, взятые из коллекционного питомника кафедры растениеводства КГАУ, помещали под лампы дневного света. Для биотестирования отбирали выравненные по размеру листецы ряски, одинаковой интенсивно-зеленой окраски.

2. Отобранные почвенные образцы размалывали, водную вытяжку готовили посредством встряхивания и фильтрации. В почвенную вытяжку добавляли 1 2 капли ксилола.

3. В чашки Петри производили посев ряски (15 20 растений). Растения помещали под лампы дневного света на время эксперимента. Токсическое действие загрязнителя почвы определяли по степени роста листецов и специфической окраски. Продолжительность тестирование от несколько часов до 7 суток.

В контроле (дистиллированная вода) ряска увеличивала количество листецов в 2 раза. При наличии пестицидного загрязнения листецы ряски становились бесцветными и гибли в течение суток. При наличии меди листецы разъединялись друг от друга, наблюдали одиночное расположение, окраска бурая. В случае присутствия цинка листецы приобретали молочный цвет и гибли на вторые сутки.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, направляемого технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Использование биотестов в отличие от химико-аналитического анализа позволяет определить суммарное присутствие всех, в том числе и неопределяемых пока химическим анализом загрязнителей, выявлять общебиологический эффект их действия. К преимуществам биотестов можно отнести: простоту в использовании (не требует наличия специального оборудования), быстроту дешевизну и информативность.

Сущность изобретения заключается в следующем: токсическое действие почвы определяли по степени подавления роста ряски на почвенной вытяжке и специфической окраски листецов на каждый загрязнитель.

После отбора проб почвы готовят водную вытяжку почвы. Нами были проанализированы следующие варианты.

000 естественный фон плодородия, нет удобрений и средств защиты растений.

111 средний фон плодородия, N60P30K20, биологическая защита растений.

222 повышенный фон плодородия, N120P60K40, интегрированная система защиты от сорняков.

333 высокий уровень плодородия, N240P120K80, интегрированная система защиты растений.

200 повышенный фон плодородия, без удобрений и средств защиты растений. 020 естественный фон плодородия, средняя доза удобрений, без средств защиты растений.

002 естественный фон плодородия, без удобрений, интегрированная система защиты растений.

Предшественник сахарная свекла, основная культура озимая пшеница. Обработка почвы Д1 безотвальная, Д2 рекомендуемая, Д3 отвальная.

Контроль вариант с дистиллированной водой. В опыте использовали вид - ряска малая (Lemna minor L.).

В качестве критерия оценки экологических последствий различных агроприемов возделывания для биотеста ряска малая, использовали коэффициент роста K N/t, где N количество образовавшихся листецов за время эксперимента (t), t время эксперимента.

В варианте 000 наблюдали гибель растений в горизонте 0 20 см, через 3 - 4 часа после закладки опыта. Потеря жизнеспособности ряски свидетельствует об истощении почвы.

В вариантах 111, 222, 333, 200 отличий между разными почвенными горизонтами (0 20, 20 40, 40 60 см) и способами обработки почвы не наблюдали. В варианте 002 отличия наблюдали существенные различия между способами обработки и слоями почвы. Отмечали гибель растений на 2 сутки в варианте со способом обработки Д1 и слоем почвы 0 20. Ряска теряла полностью интенсивную зеленую окраску, листецы становились бесцветными, роста не наблюдалось. В варианте 200 отмечено разъединение листецов, что позволяет судить о присутствии меди. Верхний пахотный слой, как показывают данные таблицы (варианты 000, 200, 002), содержит в себе наибольшую долю нитритов, нитратов, пестицидных остатков и солей тяжелых металлов.

Для корректной оценки экологических последствий загрязнителей почвы поллютантами при различных агроприемах возделывания сельскохозяйственных культур необходимо отрабатывать ступенчатый метод биоиндикации. Первый этап биоиндикации можно рассматривать как предварительный, но достаточно исчерпывающий скрининг. Второй этап доказательство присутствия того или иного загрязнителя. В этой связи представляется возможным рассмотреть рясковые как биоиндикаторы на конкретные загрязнители (пестициды, соли тяжелых металлов и радиацию).

Использование: в сельском хозяйстве при оценке общей токсичности почв. Сущность изобретения: токсичность почв от загрязнения их поллютантами определяют с помощью тест-растений семейства рясковых. Коэффициент роста рясковых на почвенных водных вытяжках и специфичная окраска листецов ряски после каждого загрязнителя используются в качестве показателя токсичности почвы. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ оценки загрязнения почв агроландшафта поллютантами на основе биотестера, отличающийся тем, что в качестве биотестера используют растения семейства рясковых, выбранные из ряда: Ряска малая (Lemna minor L.), Ряска тройчатая (Lemna trisilca L.), Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrrhiza L.), Вольфия бескорневая (Wolfia arrhiza L.). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что у растений семейства рясковых определяют степень роста К по отношению прироста листецов К N/t, где N - число образовавшихся листецов за время эксперимента, t время эксперимента, и специфичную окраску листецов на каждый загрязнитель.