СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ Российский патент 2009 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к экологии, в частности к оценке состояния определенного участка территории по биохимическим показателям растительности.

Известен способ оценки экологического состояния территории методом биоиндикации, определяемой по величине накопления экзогенной серы на конкретном участке у березы повислой (патент № 2213361, G01 №33/00, опубликовано 27.09.2003).

Недостатком известного способа является оценка только по одному признаку - содержанию экзогенной серы, что не позволяет полноценно определять интенсивность загрязнения участка.

Кроме того, сера обладает высокой миграцией в процессе обмена веществ в разные периоды вегетации, а ее содержание непостоянно, что снижает качественные показатели оценки токсичности территории.

Известен также способ, при котором в качестве биоиндикатора используют значение фрактальной размерности талломов лишайников (патент 2260934, опубликовано 27.09.2005 г.).

Недостатком способа является то, что производят расчеты размеров площади каждой группы лишайников и исследуют их внешний вид, с последующим использованием компьютерной техники определяют размерность талломов лишайников и по изменению их структуры судят о загрязнении территории.

Наиболее близким техническим решением является способ оценки, где в качестве биоиндикатора используют хвойные деревья, в которых определяют содержание хлорофилла, активность каталазы как индикаторов воздействия поллютантов в техногенной зоне (патент № 2314349, С 12 Q 1/30, опубликовано 10.01.2008 г.)

Недостатком способа-прототипа является сложность химических анализов (хлорофилла, каталазы и др.), вычисление коэффициента метаболизма, и по его увеличению судят о степени загрязнения участка. Кроме того, процесс метаболизма при низких температурах (ниже 16°С), так же как и при высоких (выше 38°С) замедляется, в результате чего снижаются качественные показатели каталазы.

В связи с этим в зимний период при вычислении коэффициентов метаболизма необходимо учитывать эту особенность.

Все это снижает точность и увеличивает длительность оценки экологического состояния обследованного участка.

Цель изобретения - повышение точности оценки экологического состояния и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в листьях хвойных деревьев, как биоиндикаторов, определяют кислотность среды и при понижении уровня водородного показателя ниже значения рН 5-5,2 заключают о загрязнении территории.

Способ осуществляется следующим образом.

На загрязненном участке отбирают листья для анализов (преимущественно хвойных деревьев, так как в любое время года листья вегетируют).

Взятые на анализ листья измельчают и извлекают сок для определения кислотности.

Скорость различных биохимических процессов управляется активной кислотностью среды. Многие ферментативные процессы в растениях регулируются реакцией среды, которая создается в результате поступления и образования различных веществ (минеральных солей, органических кислот).

Точный метод определения концентрации водородных ионов может быть использован не только для характеристики обмена веществ, но и для контроля за происходящими изменениями в растительном материале. Эти изменения связаны с характером окислительно-восстановительных и других процессов, поэтому точное определение рН дает возможность быстро установить происходящие изменения.

При снижении кислотности до уровня рН - 5-5,2 и ниже происходит нарушение биохимических процессов, в том числе и содержание каротиноидов, ингибирование ряда синтезов, снижение уровня накопления белков на 40-55%, нарушение оптимального соотношения элементов-биофиллов: N:S, Р:S, N:Р. При высокой кислотности повышается активность фермента полифенолоксидазы, отрицательно воздействующей на хвойные деревья.

Следовательно, снижение кислотности в соке листьев хвойных деревьев свидетельствуют о загрязнении территории токсическими веществами, вызывающими нарушение биохимических и физиологических показателей.

Наиболее доступный метод определения рН - метод индикаторных бумажек типа «Рифан» или «Биолар», которые рассчитаны на определение рН в широком диапазоне - от 1 до 10. Это универсальная индикаторная бумага, которая позволяет без дополнительных затрат в короткий промежуток времени определить кислотность в любое время года и периода вегетации.

Для определения концентрации водородных ионов индикаторную бумажку погружают в раствор до полного смачивания и затем цвет средней окрашенной полоски (без цифр) сравнивают с цветной шкалой, имеющей цифровые значения. Совпадение окраски индикаторной полоски со шкалой указывает величину рН.

Такой метод позволяет непосредственно на определенном участке в соке листьев определить рН и установить меру загрязнения среды обитания. Погрешность опыта при этом методе не превышает рН - 0,1, что вполне достаточно для установления токсичности территории. Для более точного определения используют электрометрический метод в лабораторных условиях на приборах рН-метрах.

В предлагаемом техническом решении было определено, что при снижении кислотности происходит снижение биохимических показателей (содержание белков, каротиноидов, хлорофилла).

Данные, полученные в лаборатории, свидетельствуют о достаточно высоких корреляционных связях между кислотностью среды в соке листьев хвои и содержащимися в нем биохимическими элементами.

Пример. Отбирали листья хвои для анализа в 2 различных зонах (экологически безопасная (контрольная с нейтральной рН) и в заведомо загрязненной территории вблизи завода «Электроцинк» г.Владикавказ).

Образцы мелко измельчали, растирали до появления сока, в который помещали индикаторную бумажку типа «Биолар». Далее по окраске бумажки определяли рН, который составил для безопасной зоны 7 и для участка с циклическим загрязнением 5-5,2 соответственно.

Одновременно в лабораторных условиях определяли содержание белка (по методу Кьельдаля), каротиноидов (методом хроматографии по Сапожникову Д.М.), хлорофилла фотометрически на фотоэлектроколориметре ФЭК - 56 М.

Данные лабораторных анализов приведены в табл., из которой следует, что при снижении кислотности среды содержание каротиноидов снижается на 39,2%, белка - на 50,9%,хлорофилла - на 32,7%.

Таблица Биохимические показатели хвои при различных рН Варианты опыта Каротиноиды, мг/100 г Содержание белков, % Хлорофилл, мкг Реакция среды (нейтральная) РН - 7,0 142,9 16,12 81,46 Реакция среды рН-6,5 140,5 15,28 81,14 Реакция среды рН-6,0-6,3 132,8 13,72 76,38 Реакция среды рН-5,5-5,8 123,4 12,12 64,26 Реакция среды (граничная) - предлагаемая рН - 5-5,2 102,6 10,68 61,12 Реакция среды рН-4,6-4,8 96,8 6,36 59,06 Коэффициент корреляции (r) показателей с граничным рН 0,81 0,69 0,76

При снижении кислотности до уровня граничного варианта можно судить о достижении опасного уровня загрязнения окружающей среды, поскольку резко снижаются показатели биохимических веществ, что объясняется изменением обмена веществ в связи с накоплением окислов тяжелых металлов и, как следствие, обуславливающее понижение кислотности среды.

Следовательно, при оценке экологического состояния среды следует определять кислотность сока листьев, и при снижении водородного показателя до граничного значения рН 5,2-5 устанавливать факт токсичности территории.

Изобретение относится к экологии и может найти применение при оценке степени токсичности определенного участка территории. Используют метод биоиндикации хвойных деревьев путем определения в соке хвои кислотности и при рН=5÷5,2 и ниже оценивают загрязненность участка как опасную. Способ обеспечивает повышение точности оценки экологического состояния. 1 табл.

Способ оценки экологического состояния территории, включающий метод биоиндикации хвойных деревьев, в которых определяют содержание биохимических веществ, по их снижению оценивают воздействие поллютантов, отличающийся тем, что в соке листьев хвои в месте их произрастания определяют кислотность среды и при водородном показателе 5-5,2 и ниже судят о достижении опасного уровня загрязнения окружающей среды.