СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ ПО ВРЕМЕНИ РОСТА КОРНЕЙ РАСТЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к инженерной экологии и может быть использовано при мониторинге качества проб воды рек и водоемов тестированием ростом корней различных видов тестовых растений.

Известен способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения (см. в книге: Фомин Г.С. ВОДА. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательство «Протектор», 2000. - 848 с.).

Стандарт ИСО 5667-2 представляет собой руководство по методам отбора проб, используемым для получения аналитических данных. Они необходимы для контроля качества, характеристик качества и идентификации источников загрязнения воды. Для химического и биологического анализов стандарт рекомендует использование раздельных проб, поскольку методы и устройства для отбора проб, их предварительная обработка, различны.

Таким образом, сами пробы воды для орошения или других сельскохозяйственных нужд в растениеводстве могут браться по существующему международному стандарту ИСО 5667-2.

Недостатком является нечеткость рекомендаций по срокам проращивания семян различных тестируемых растений.

Известен также способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения в соответствии с методикой биотестирования по проращиванию семян (Приложение 10. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96 “Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения” (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г., № 46)), включающий равномерную укладку семян на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см, причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, затем чашки покрывают и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время, эксперимент заканчивается через 72 часа, после чего измеряют длину корней, причем тест на проращивание семян проводят и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении.

Недостатком является то, что указано в самом прототипе: «...но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время». Этот недостаток проявляется и при проращивании семян в течение 72 часов. Однако колебания в длине корней меньше связано с изменениями температуры окружающего закрытую чашку Петри комнатного воздуха. Причем эти изменения температуры воздуха в комнате и воды внутри чашки Петри малы. Поэтому больше всего на разброс значений длины корней влияет взаимодействие растущих корней от семян друг с другом. При этом разные виды растений имеют разные рациональные сроки проращивания, когда в чашке Петри растущие корни отдельных семян только еще начинают мешать друг другу.

Технический результат - повышение точности тестирования проб воды за счет достижения в предварительных экспериментах оптимального срока проращивания семян одного вида растения.

Этот технический результат достигается тем, что способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения, включающий равномерную укладку семян на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см, причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, затем чашки покрывают и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время, эксперимент заканчивают через 72 часа, после чего измеряют длину корней, причем тест на проращивание семян проводят и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении, отличающийся тем, что до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности, при этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания, после измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания, затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределение популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

В одном предварительном эксперименте 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки, а для возможности в последующем моделирования динамики роста корней максимальной длины у самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по проращиваемых 50 семян.

По максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения, по результатам математического анализа которой определяют рациональный срок проращивания семян, в зависимости от времени проращивания в виде формулы:

где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;

a₁…a₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.

В каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней, при этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности, по формуле:

где L_r - реактивный отклик семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за время 24, 48, 72, 96 и 120 часов, шт.;

i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у 50 семян редиса красного;

m - количество составляющих в статистической модели, шт.;

r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;

a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При сроках проращивания больше рационального значения биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения проростков из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения.

При сроках проращивания значительно больше рационального значения биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

По ранговому распределению по той выборке семян редиса красного круглого, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания, при этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды, а высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая, поэтому факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Результаты ранжирования по длине корней растения, измеренной после времени для рационального срока проращивания, применяют для подсчета количества семян с одинаковой максимальной длиной корней каждого проростка, то есть по равенству реактивного отклика семян на качество поливаемой воды, причем это количество с одинаковым рангом определяет популяционную группу семян редиса красного или иного растения, затем по выявленным биотехническим закономерностям косвенно оценивают биоэнергетическое влияние поливаемой, например, речной воды на ранговое распределение популяционных групп семян у одного вида растения, причем распределение популяционных групп моделируют по формуле:

где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 часа проращивания, шт.;

n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного среди всех лидеров, шт.;

n₀ - количество проростков-лидеров на момент времени рационального срока проращивания, шт.;

n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее биоэнергетическое волнение среди отстающих в росте особей или у аутсайдеров, шт.;

n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей, которое через 72 часа проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера, для всего ряда из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста 50 проростков, шт.;

A₁ - половина амплитуды колебательного возмущения корней отстающих проростков, мм;

p₁ - половина периода колебательного изменения у отстающих проростков, ранг;

A₂ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у опережающих проростков, мм;

A₀ - теоретическая амплитуда возможного колебательного возмущения проростков семян среди кандидатов в лидер, мм;

p₂ - половина периода колебательного изменения у опережающих в росте корней проростков испытуемого растения;

r - ранг проростка по убыванию максимальной длины его корня;

a₁…a₁₆ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания группы из 50 семян редиса красного круглого.

По ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, например, для семян редиса красного круглого в 24 часа, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков, причем по этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам, по формуле вида:

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за 24 часа проращивания, мм;

L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, мм;

L₂ - вторая кризисная составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за 24 часа, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды, мм;

L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка-лидера из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;

r - ранг проростка по убыванию длины корня;

a₁…a₄ - параметры статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри.

Сущность технического решения заключается в том, что для повышения точности тестирования до основных экспериментов дополнительно проводят предварительные эксперименты по определению рационального срока проращивания семян. Особенно это важно, в первую очередь, для тестирования тех видов растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности.

Сущность технического решения заключается также в том, что каждый вид растения имеет свой срок рационального проращивания семян. При этом, по-видимому, на этот срок влияет и качество поливаемой воды.

Сущность технического решения заключается также в том, что 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки. Для возможности в последующем моделирования динамики роста корней самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по 50 семян.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения в зависимости от времени проращивания.

Сущность технического решения заключается также и в том, что в каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней. При этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - стенотипическую, то есть влияние условий произрастания. При этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды. При этом высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая. Этот факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при сроках проращивания больше рационального значения биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения проростков из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при сроках проращивания значительно больше рационального значения биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков. По этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри.

Положительный эффект достигается тем, что каждая местность получает возможность определения рационального срока проращивания у семян тестового растения, и, в особенности, при тестировании тех растений сельскохозяйственных культур, которые планируется выращивать при орошении природной и иной загрязненной водой различного качества. В итоге появляется возможность проведением предварительных испытаний определить тот рациональный для данного вида культивируемого растения и имеющейся загрязненной речной или иной воды срок проращивания семян. При этом срок проведения эксперимента уменьшается до трех раз.

Новизна технического решения заключается в том, что вместо постоянного срока проращивания семян тестовых и культивируемых растений в 72 часа предлагается переменный срок рационального проращивания в данных конкретных условиях местности. Это и будет основой для внедрения адаптивно-ландшафтного земледелия в различных регионах нашей страны.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 показан график тренда изменения наибольшей длины корней из пяти групп семян редиса красного по 50 семян при поливе речной водой; на фиг.2 приведен график волновой составляющей динамки максимальной длины корня у пяти лучших семян; на фиг.3 - график общей биотехнической закономерности динамики максимальной длины корня у лидеров проростков из пяти групп по 50 семян; на фиг.4 показан график закономерности рангового распределения 50 семян за 24 часа проращивания; на фиг.5 - то же на фиг.4 по остаткам от статистической модели; на фиг.6 - то же на фиг.4 через 48 часов; на фиг.7 - то же на фиг.4 через 72 часа; на фиг.8 - то же на фиг.4 через 96 часов; на фиг.9 - то же на фиг.4 по основной части модели через 120 часов; на фиг.10 показано ранговое распределение популяционных групп семян редиса красного круглого после 24 часов проращивания; на фиг.11 - то же на фиг.10 по второй составляющей биоэнергетического волнения аутсайдеров, то есть отстающих в росте корней; на фиг.12 - то же на фиг.10 по третьей составляющей биоэнергетического волнения проростков-лидеров, то есть опережающих в росте корней; на фиг.13 показан общий график четырехчленной биотехнической закономерности рангового распределения популяционных групп; на фиг.14 приведены остатки от модели по фиг 13.

Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения включает, например, для речной воды, следующие действия.

На реке выбирают постоянный створ для регулярных наблюдений за качеством воды в реке.

На створе для наблюдений отбирают пробу воды, проводят ее консервацию и подготовку для каждого испытания. Причем при отборе каждую пробу воды разделяют, по крайней мере, на две части: во-первых, для анализа и оценки результатов измерений у концентрации загрязняющих веществ проводят по одной части пробы воды; во-вторых, вторую часть каждой пробы воды используют для испытания загрязнения воды по росту корней растения.

До основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности.

При этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания.

После измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания. Затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределении популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

В одном предварительном эксперименте 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки, а для возможности в последующем моделирования динамики роста корней максимальной длины у самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по проращиваемых 50 семян.

По максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения, по результатам математического анализа которой определяют рациональный срок проращивания семян, в зависимости от времени проращивания в виде формулы:

где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;

а₁…а₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.

В каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней, при этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности, по формуле:

где L_r - реактивный отклик семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за время 24, 48, 72, 96 и 120 часов, шт.;

i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у 50 семян редиса красного;

m - количество составляющих в статистической модели, шт.;

r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;

a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При сроках проращивания больше рационального значения биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения проростков из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения.

При сроках проращивания значительно больше рационального значения биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

По ранговому распределению по той выборке семян редиса красного круглого, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания, при этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды, а высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая, поэтому факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Результаты ранжирования по длине корней растения, измеренной после времени для рационального срока проращивания, применяют для подсчета количества семян с одинаковой максимальной длиной корней каждого проростка, то есть по равенству реактивного отклика семян на качество поливаемой воды, причем это количество с одинаковым рангом определяет популяционную группу семян редиса красного или иного растения, затем по выявленным биотехническим закономерностям косвенно оценивают биоэнергетическое влияние поливаемой, например, речной воды на ранговое распределение популяционных групп семян у одного вида растения, причем распределение популяционных групп моделируют по формуле:

где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 часа проращивания, шт.;

n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного среди всех лидеров, шт.;

n₀ - количество проростков-лидеров на момент времени рационального срока проращивания, шт.;

n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее биоэнергетическое волнение среди отстающих в росте особей или у аутсайдеров, шт.;

n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей, которое через 72 часа проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера, для всего ряда из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста 50 проростков, шт.;

A₁ - половина амплитуды колебательного возмущения корней отстающих проростков, мм;

p₁ - половина периода колебательного изменения у отстающих проростков, ранг;

A₂ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у опережающих проростков, мм;

A₀ - теоретическая амплитуда возможного колебательного возмущения проростков семян среди кандидатов в лидер, мм;

p₂ - половина периода колебательного изменения у опережающих в росте корней проростков испытуемого растения;

r - ранг проростка по убыванию максимальной длины его корня;

a₁…a₁₆ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания группы из 50 семян редиса красного круглого.

По ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, например, для семян редиса красного круглого в 24 часа, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков, причем по этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам, по формуле вида:

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за 24 часа проращивания, мм;

L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, мм;

L₂ - вторая кризисная составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за 24 часа, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды, мм;

L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка-лидера из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;

r - ранг проростка по убыванию длины корня;

a₁…a₄ - параметры статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри.

Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения, например, на постоянном створе малой реки перед городским водозабором, реализуется следующим образом.

На постоянном створе для наблюдений перед городским водозабором отбирают пробу воды, проводят ее консервацию и подготовку для каждого испытания.

До основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности.

При этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания.

После измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания. Затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределении популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

В одном предварительном эксперименте 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки, а для возможности в моделирования динамики роста корней максимальной длины у самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по проращиваемых 50 семян.

По максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения, по результатам математического анализа которой определяют рациональный срок проращивания семян, в зависимости от времени проращивания в виде формулы:

где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;

a₁…a₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.

В каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней, при этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности, по формуле:

где L_r - реактивный отклик семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за время 24, 48, 72, 96 и 120 часов, шт.;

i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у 50 семян редиса красного;

m - количество составляющих в статистической модели, шт.;

r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;

a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При сроках проращивания больше рационального значения биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения проростков из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения. При сроках проращивания значительно больше рационального значения закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

По ранговому распределению по той выборке семян редиса красного круглого, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания, при этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды, а высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая, поэтому факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Результаты ранжирования по длине корней растения, измеренной после времени для рационального срока проращивания, применяют для подсчета количества семян с одинаковой максимальной длиной корней каждого проростка, то есть по равенству реактивного отклика семян на качество поливаемой воды, причем это количество с одинаковым рангом определяет популяционную группу семян редиса красного или иного растения, затем по выявленным биотехническим закономерностям косвенно оценивают биоэнергетическое влияние поливаемой, например, речной воды на ранговое распределение популяционных групп семян у одного вида растения, причем распределение популяционных групп моделируют по формуле:

где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 часа проращивания, шт.;

n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного среди всех лидеров, шт.;

n₀ - количество проростков-лидеров на момент времени рационального срока проращивания, шт.;

n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее биоэнергетическое волнение среди отстающих в росте особей или у аутсайдеров, шт.;

n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей, которое через 72 часа проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера, для всего ряда из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста 50 проростков, шт.;

A₁ - половина амплитуды колебательного возмущения корней отстающих проростков, мм;

p₁ - половина периода колебательного изменения у отстающих проростков, ранг;

A₂ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у опережающих проростков, мм;

A₀ - теоретическая амплитуда возможного колебательного возмущения проростков семян среди кандидатов в лидер, мм;

p₂ - половина периода колебательного изменения у опережающих в росте корней проростков испытуемого растения;

r - ранг проростка по убыванию максимальной длины его корня;

a₁…a₁₆ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания группы из 50 семян редиса красного круглого.

По ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, например, для семян редиса красного круглого в 24 часа, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков, причем по этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам, по формуле вида:

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за 24 часа проращивания, мм;

L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, мм;

L₂ - вторая кризисная составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за 24 часа, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды, мм;

L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка-лидера из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;

r - ранг проростка по убыванию длины корня;

a₁…a₄ - параметры статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри

Пример. Пробу речной воды брали перед городским водозабором «Йошкар-Ола» и ею поливали все пять групп по 50 семян редиса красного круглого. Поэтому вода для всех пяти чашек Петри была одной и той же, однако семена различны, поэтому эти пять статистических выборок следует считать независимыми друг от друга по значениям длины корней.

В табл.1 приведены данные проращивания в комнатных условиях (семена были посажены в 17 часов 24 июня 2009 г.) пяти независимых выборок из 50 семян редиса красного круглого в пяти чашках Петри с использованием для полива одной пробы речной воды.

Таблица 1 Результаты измерений длины корней у редиса красного круглого, мм № измерения Продолжительность проращивания, ч № измерения Продолжительность проращивания, ч 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 1 2 14 39 30 52 26 1,5 13 14 7 31 2 2 11 46 50 28 27 1 10 38 38 59 3 1,5 23 25 50 7 28 3 21 16 25 34 4 2 20 38 17 28 29 4 5 33 24 6 5 0,5 15 26 41 40 30 1,5 4 22 39 80 6 3 15 52 20 112 31 1 8 22 57 64 7 1,5 12 30 41 84 32 1,5 8 26 73 47 8 4 13 31 9 65 33 0,5 4 25 19 78 9 1 17 39 7 65 34 1 4 18 5 27 10 4 18 26 56 0 35 2 13 48 20 56 11 2,5 13 22 61 91 36 2 14 25 23 21 12 2,5 13 47 33 35 37 0 17 42 25 73 13 1,5 20 4Ј 38 45 38 0 5 5 25 18 14 4 13 30 31 42 39 0 6 5 38 54 15 3 17 22 34 62 40 0 10 10 44 77 16 3 4 50 13 78 41 0 15 8 30 72 17 2 9 29 22 84 42 0 6 5 41 57 18 0,5 16 22 64 70 43 0 8 23 4 52 19 3 18 9 58 82 44 0 19 25 0 73 20 1,5 14 30 25 72 45 0 5 34 0 43 21 2,5 18 10 18 102 46 0 10 40 0 52 22 2 17 22 28 54 47 0 9 22 0 49 23 1,5 12 35 48 49 48 0 5 38 0 56 24 2 4 30 20 75 49 0 5 35 0 0 25 2,5 10 21 46 74 50 0 0 0 0 52

В каждой выборке было проведено ранжирование по убыванию длины корня, максимального из всех корней у одного проростка. Результаты ранжирования приведены в табл.2.

Таблица 2 Ранжированные популяции семян редиса красного круглого при разных сроках проращивания 24 часа 48 часов 72 часа 96 часов 120 часов r L, мм r L, мм r L, мм r L, мм r L, мм 0 4 0 23 0 52 0 73 0 112 0 4 1 21 1 50 1 64 1 102 0 4 2 20 2 48 2 61 2 91 0 4 2 20 3 47 3 58 3 84 1 3 3 19 4 46 4 57 3 84 1 3 4 18 5 43 5 56 4 82 1 3 4 18 6 42 6 50 5 80 1 3 4 18 7 40 6 50 6 78 1 3 5 17 8 39 7 48 6 78 2 2.5 5 17 8 39 8 46 7 77 2 2.5 5 17 9 38 9 44 8 75 2 2.5 5 17 9 38 10 41 9 74 2 2.5 6 16 9 38 10 41 10 73 3 2 7 15 10 35 10 41 10 73 3 2 7 15 10 35 11 39 11 72 3 2 7 15 11 34 12 38 11 72 3 2 8 14 12 33 12 38 12 70 3 2 8 14 13 31 12 38 13 65 3 2 8 14 14 30 13 34 13 65 3 2 9 13 14 30 14 33 14 64 3 2 9 13 14 30 15 31 15 62 4 1.5 9 13 14 30 16 30 16 59 4 1.5 9 13 15 29 16 30 17 57 4 1.5 9 13 16 26 17 28 18 56 4 1.5 9 13 16 26 18 25 18 56 4 1.5 10 12 16 26 18 25 19 54 4 1.5 10 12 17 25 18 25 19 54 4 1.5 11 11 17 25 18 25 20 52 4 1.5 12 10 17 25 19 24 20 52 5 1 12 10 17 25 20 23 20 52 5 1 12 10 18 23 21 22 20 52 5 1 12 10 19 22 22 20 21 49 5 1 13 9 19 22 22 20 21 49 6 0.5 13 9 19 22 22 20 22 47 6 0.5 14 8 19 22 23 19 23 45 6 0.5 14 8 19 22 24 18 24 43 7 0 14 8 19 22 25 17 25 42 7 0 15 6 19 22 26 13 26 40 7 0 15 6 20 21 27 9 27 35 7 0 16 5 21 18 28 7 28 34 7 0 16 5 22 16 29 7 29 31 7 0 16 5 23 14 30 5 30 28 7 0 16 5 24 10 31 4 30 28 7 0 16 5 24 10 32 0 31 27 7 0 17 4 25 9 33 0 32 21 7 0 17 4 26 8 32 0 33 18 7 0 17 4 27 5 32 0 34 7 7 0 17 4 27 5 32 0 35 6 7 0 17 4 27 5 32 0 36 0 7 0 18 0 28 0 32 0 36 0

Динамика роста корней. Очевидно, что при нулевом значении времени t проращивания у всех 50 семян ростки имеют нулевую длину. Однако из-за измерений в различающихся статистических выборках можно определить изменения по длине в зависимости от времени с момента посадки в чашку Петри только по максимальным значениям. Они находятся в первой строке чисел в табл.2.

После идентификации биотехническим законом проф. П.М.Мазуркина вначале было получено уравнение (фиг.1) тенденции динамики роста корней у семян редиса красного круглого по максимальным длинам

где L_max - максимальная длина корня в пяти выборках, мм;

t - время проращивания семян, ч.

Коэффициент корреляции равен 0,9968.

Однако имеется небольшое волновое возмущение, которое показывает косвенно точность (погрешность) проведенных измерений длины корня, то есть чистоту опыта в пяти чашках Петри.

Вторая составляющая получает вид (фиг.2) волнового уравнения

Уравнение (2) показывает, что сдвиг воны отсутствует, то есть время измеряется точно с момента посадки семян в чашку Петри.

Кроме того, промежутки между измерениями должны быть не через 24 часа, а через каждые 19 часов. Тогда период колебания максимальной длины корней составит 38 часов.

Объяснение этому феномену в науке имеется. Он заключается в том, что растения возникли более чем 400 млн лет назад. А тогда Земля вращалась быстрее и тогда получается, что семена редиса красного круглого показывают реликтовый суточный цикл при проращивании без доступа солнечного света в комнатных условиях.

Однако человеку ныне удобней пользоваться полупериодами в 24 часа, зная, что циклы развития и роста растений (вначале корни, затем стебли) составляет двое суток.

После совместной идентификации уравнений (1) и (2) была получена готовая статистическая модель (фиг.3) вида

где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч.

Результаты анализа модели (3) приведены в табл.3.

Таблица 3 Циклы положительного и отрицательного влияния времени проращивания Номер полупериода колебания Интервал времени в часах Характер адаптации корня к воде Оптимальный момент времени роста, ч Приращение длины корня у семени, мм Примечание 1 0…9 + 6-7 +0,21 Рациональный период роста 2 10…28 - 21 -2,97 3 29…47 + 39 +5,69 Максимум возмущений длины корней 4 48…66 - 57 -6,35 5 67…85 + 76 +5,54 6 86…104 - 95 -4,22 Спад возмущений в росте 7 105…123 + 114 +2,94

Подробный отчет о результатах расчетов модели (3) приведен в табл.4.

Таблица 4 Полуциклы положительного и отрицательного влияния времени проращивания Время t, ч Составляющие модели (3), мм L_max, мм Коэффициент значимости, % Коэффициент приспособляемости k Номер полупериода колебания L_max1 L_max2 α₁ α₂ 0 0 0 0 # # # 1 1 0,01 0,01 0,02 56,11 43,89 0,7822 2 0,05 0,04 0,09 55,59 44,41 0,7990 3 0,12 0,09 0,20 56,79 43,21 0,7608 4 0,20 0,14 0,35 59,25 40,75 0,6878 5 0,32 0,19 0,50 62,90 37,10 0,5897 6 0,45 0,21 0,67 67,87 32,13 0,4734 7 0,61 0,21 0,82 74,36 25,64 0,3447 8 0,80 0,17 0,96 82,70 17,30 0,2092   9 1,00 0,07 1,07 93,28 6,72 0,0720 10 1,23 -0,08 1,15 106,66 -6,66 -0,0624 2 11 1,48 -0,28 1,20 123,43 -23,43 -0,1898 12 1,75 -0,54 1,21 144,20 -44,20 -0,3065 13 2,04 -0,83 1,20 169,37 -69,37 -0,4096 14 2,35 -1,17 1,18 198,61 -98,61 -0,4965 15 2,68 -1,52 1,16 230,16 -130,16 -0,5655 16 3,03 -1,87 1,17 260,10 -160,10 -0,6155 17 3,40 -2,20 1,20 282,52 -182,52 -0,6460 18 3,79 -2,49 1,30 291,70 -191,70 -0,6572 19 4,20 -2,73 1,47 285,42 -185,42 -0,6496 20 4,63 -2,89 1,74 266,40 -166,40 -0,6246 21 5,08 -2,97 2,11 240,27 -140,27 -0,5838 22 5,55 -2,94 2,61 212,38 -112,38 -0,5291 23 6,03 -2,79 3,24 186,21 -86,21 -0,4630 24 6,53 -2,53 4,00 163,34 -63,34 -0,3878 25 7,05 -2,16 4,89 144,13 -44,13 -0,3062 26 7,59 -1,68 5,91 128,34 -28,34 -0,2208 27 8,14 -1,09 7,05 115,51 -15,51 -0,1342 28 8,72 -0,43 8,29 105,15 -5,15 -0,0490 29 9,30 0,30 9,61 96,83 3,17 0,0327 3 30 9,91 1,08 10,99 90,19 9,81 0,1087 31 10,53 1,87 12,40 84,94 15,06 0,1773 32 11,16 2,65 13,81 80,84 19,16 0,2370 33 11,82 3,39 15,21 77,72 22,28 0,2867 34 12,49 4,07 16,55 75,44 24,56 0,3256 35 13,17 4,65 17,82 73,89 26,11 0,3533 36 13,87 5,13 18,99 73,01 26,99 0,3696 37 14,58 5,47 20,05 72,73 27,27 0,3749 38 15,31 5,66 20,97 73,02 26,98 0,3696 39 16,05 5,69 21,74 73,83 26,17 0,3545 40 16,81 5,56 22,36 75,15 24,85 0,3306 41 17,58 5,26 22,84 76,97 23,03 0,2992 42 18,36 4,80 23,17 79,27 20,73 0,2615 43 19,16 4,20 23,36 82,03 17,97 0,2190 44 19,97 3,46 23,43 85,24 14,76 0,1732 45 20,80 2,61 23,41 88,86 11,14 0,1254 46 21,64 1,67 23,31 92,83 7,17 0,0772 47 22,49 0,67 23,16 97,10 2,90 0,0299 48 23,36 -0,36 23,00 101,55 -1,55 -0,0153 4 49 24,23 -1,39 22,85 106,07 -6,07 -0,0572 50 25,13 -2,39 22,74 110,49 -10,49 -0,0950 51 26,03 -3,33 22,70 114,65 -14,65 -0,1278 52 26,94 -4,18 22,77 118,34 -18,34 -0,1550 53 27,87 -4,91 22,96 121,40 -21,40 -0,1762 54 28,81 -5,51 23,30 123,66 -23,66 -0,1913 55 29,76 -5,96 23,80 125,04 -25,04 -0,2003 56 30,72 -6,24 24,48 125,49 -25,49 -0,2032 57 31,70 -6,35 25,35 125,05 -25,05 -0,2003 58 32,68 -6,28 26,40 123,79 -23,79 -0,1922   59 33,68 -6,04 27,64 121,84 -21,84 -0,1793 60 34,68 -5,63 29,05 119,38 -19,38 -0,1623 61 35,70 -5,07 30,63 116,55 -16,55 -0,1420 62 36,73 -4,38 32,35 113,53 -13,53 -0,1191 63 37,77 -3,57 34,20 110,43 -10,43 -0,0945 64 38,82 -2,67 36,15 107,39 -7,39 -0,0688 65 39,88 -1,71 38,17 104,48 -4,48 -0,0429 66 40,95 -0,72 40,23 101,78 -1,78 -0,0175 67 42,03 0,28 42,31 99,33 0,67 0,0067 5 68 43,12 1,26 44,38 97,16 2,84 0,0292 69 44,22 2,19 46,40 95,29 4,71 0,0494 70 45,33 3,04 48,36 93,72 6,28 0,0670 71 46,45 3,79 50,24 92,45 7,55 0,0816 72 47,57 4,43 52,00 91,49 8,51 0,0930 73 48,71 4,93 53,64 90,81 9,19 0,1012 74 49,86 5,29 55,14 90,41 9,59 0,1060 75 51,01 5,49 56,50 90,28 9,72 0,1077 76 52,17 5,54 57,72 90,40 9,60 0,1062 77 53,35 5,44 58,79 90,74 9,26 0,1020 78 54,53 5,19 59,72 91,30 8,70 0,0953 79 55,72 4,81 60,53 92,05 7,95 0,0863 80 56,92 4,31 61,22 92,97 7,03 0,0757 81 58,12 3,70 61,82 94,02 5,98 0,0636 82 59,34 3,00 62,34 95,18 4,82 0,0506 83 60,56 2,25, 62,80 96,42 3,58 0,0371 84 61,79 1,45 63,24 97,71 2,29 0,0234 85 63,03 0,63 63,66 99,01 0,99 0,0100 86 64,27 -0,18 64,09 100,28 -0,28 -0,0028 6 87 65,52 -0,96 64,56 101,49 -1,49 -0,0146 88 66,78 -1,69 65,09 102,60 -2,60 -0,0253 89 68,05 -2,36 65,70 103,59 -3,59 -0,0346 90 69,33 -2,94 66,39 104,42 -4,42 -0,0424 91 70,61 -3,42 67,19 105,09 -5,09 -0,0484 92 71,90 -3,79 68,10 105,57 -5,57 -0,0528 93 73,19 -4,05 69,14 105,86 -5,86 -0,0554 94 74,50 -4,19 70,30 105,97 -5,97 -0,0563 95 75,81 -4,22 71,59 105,89 -5,89 -0,0556 96 77,12 -4,12 73,00 105,65 -5,65 -0,0535 97 78,45 -3,92 74,52 105,26 -5,26 -0,0500 98 79,77 -3,62 76,15 104,75 -4,75 -0,0454 99 81,11 -3,23 77,88 104,15 -4,15 -0,0398 100 82,45 -2,77 79,68 103,47 -3,47 -0,0336 101 83,80 -2,25 81,55 102,75 -2,75 -0,0268 102 85,15 -1,68 83,47 102,02 -2,02 -0,0198 103 86,51 -1,09 85,42 101,28 -1,28 -0,0126 104 87,88 -0,50 87,38 100,57 -0,57 -0,0056 105 89,25 0,09 89,34 99,90 0,10 0,0010 7 106 90,62 0,66 91,28 99,28 0,72 0,0073 107 92,01 1,18 93,19 98,73 1,27 0,0128 108 93,39 1,65 95,05 98,26 1,74 0,0177   109 94,79 2,06 96,85 97,87 2,13 0,0218 110 96,19 2,40 98,59 97,56 2,44 0,0250 111 97,59 2,66 100,25 97,35 2,65 0,0273 112 99,00 2,84 101,84 97,21 2,79 0,0287 113 100,41 2,93 103,34 97,16 2,84 0,0292 114 101,83 2,94 104,77 97,19 2,81 0,0289 115 103,25 2,87 106,12 97,30 2,70 0,0278 116 104,68 2,72 107,41 97,46 2,54 0,0260 117 106,12 2,51 108,63 97,69 2,31 0,0237 118 107,55 2,24 109,79 97,96 2,04 0,0208 119 109,00 1,92 110,91 98,27 1,73 0,0176 120 110,44 1,56 112,00 98,61 1,39 0,0141 121 111,89 1,17 113,06 98,97 1,03 0,0104 122 113,35 0,77 114,12 99,33 0,67 0,0068 123 114,81 0,36 115,17 99,69 0,31 0,0031 124 116,27 -0,04 116,23 100,03 -0,03 -0,0003 8 125 117,74 -0,42 117,32 100,36 -0,36 -0,0036 126 119,21 -0,77 118,44 100,65 -0,65 -0,0065 127 120,69 -1,09 119,60 100,91 -0,91 -0,0090 128 122,17 -1,36 120,81 101,12 -1,12 -0,0111 129 123,65 -1,58 122,07 101,30 -1,30 -0,0128 130 125,14 -1,75 123,39 101,42 -1,42 -0,0140

Из данных табл.4 видно, что наибольшую приспособляемость 0,7990 в направлении позитивной адаптации семена редиса красного круглого имею через два часа после посадки. Коэффициент приспособляемости, вычисляемый по формуле k=L_max2/L_max1, равен в это время 0,7990, наименьшее позитивное влияние времени роста 0,0327 наблюдается в 29 часов после посадки.

Максимальный кризис для проростков наблюдается через 18 часов с негативным приспособлением к условиям роста с коэффициентом приспособляемости k=-0,6572. Однако он меньше позитивного максимума 0,7990.

Полный цикл развития и роста корней завершается через 28 часов, однако это число не совсем удобно в практическом использовании. Поэтому рекомендуется завершать эксперименты по тестированию с использованием семян редиса красного круглого через 24 часа. В этот момент времени имеем по данным табл.4 коэффициент приспособляемости k=-0,3878, что близко к квадрату золотой пропорции 0,618.

Аналогичные испытания проводят и по другим видам растений, в особенности по тем сельскохозяйственным растениям, которые будут орошаться испытуемой водой.

Эти же рекомендации по определению рационального срока проращивания могут быть обоснованы также при рассмотрении ранговых распределений проростков по длинам корней, значения параметров моделей которых приведены в табл.5 после идентификации биотехнической функции вида

где L_r - реактивный отклик семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за время 24 (фиг.4 и фиг.5), 48 (фиг.6), 72 (фиг.7), 96 (фиг.8) и 120 (фиг.9) часов, шт.;

i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у 50 семян редиса красного;

m - количество составляющих в статистической модели, шт.;

r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;

a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

Таблица 5 Параметры составляющих биотехнической функции рангового распределения длины корней редиса красного за различное время проращивания при поливе речной водой № i Значения параметров составляющей статистической модели Коэфф. корреляции a_1i a_2i a_3i a_4i a_5i a_6i a_7i a_8i Исходные семена 50 штук   0 0 0 0 0 0 0 0 0 Длина корней растения у 50 семян через 24 часа проращивания 1 3,99990 0 0,015693 1,82771 0 0 0 0 0,9999 2 -0,93537 0,46394 0 0 0 0 0 0 Длина корней растения у 50 семян после 48 часов проращивания 1 22,35981 0 0,044208 1,13937 0 0 0 0 0,9982 2 -7,74231е-8 6,31626 0 1 -1,55093 0,86980 1,04732 2,26152 Длина корней растения у 50 семян после 72 часа проращивания 1 51,9274 0 0,033615 1,04172 0 0 0 0 0,9988 2 -0,00119 3,21262 0 1 0,82821 -0,77017 0,99254 -3,19341 Длина корней растения у 50 семян после 96 часов проращивания 1 71,4272 0 0,078037 0,82972 0 0 0 0 0,9985 2 -0,00029350 3,45982 0 0 2,36590 0,17004 1,20704 0,03893 Длина корней эастения у 50 семян после 120 часов проращивания 1 112,3046 0 0,00061081 2,78791 0 0 0 0 0,9986 2 -18,48863 0,28542 0 0 7,39102 0,79336 0,75522 -1,18667 3-13 … … … … … … … … >0,3

Из данных табл.5 Видно, что наибольший коэффициент корреляции имеет формула (фиг.4) при сроке проращивания в 24 часа. При этом даже такие малые остатки получают волновое изменение, показанное на фиг.5.

Запишем общее уравнение с пятью параметрами, включая расчетное значение максимальной длины корня для рангового распределения проростков из всех 50 семян по длинам корней

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за 24 часа проращивания, мм;

L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, мм;

L₂ - вторая кризисная составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за 24 часа, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды, мм;

L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;

r - ранг проростка по убыванию длины корня;

a₁…a₄ - параметры готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

В нашем примере получилось уравнение с конкретными параметрами:

Конструкцию уравнения (6) и (5), а также, соответственно, обобщенной модели (4), можно интерпретировать с позиций генетики.

Эта наука различает три вида изменчивости: генотипическая, фенотипическая изменчивости и их совместное синергетическое влияние.

В первом приближении первая составляющая модели типа (6) показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания. При этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды.

Начиная с третьей и последующие составляющие модели типа (4) волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости. Тогда становится понятным, что при сроке проращивания в 120 часов четко видны все три генетические составляющие. По данным табл.5 из 13 составляющих группу волн №№3-13 характеризуют совместно влияния внутренних свойств семян и внешних свойств среды произрастания.

Отсюда следует, что при сроках проращивания в 48, 72 и 96 часов фенотипическая часть изменчивости корней по длине получает четко выраженный колебательный характер. И только при сроке в 24 часа это волнение минимальное и по фиг.5 составляет менее ±0,01 мм. Этот факт показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Такая высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая.

При этом сроки проращивания по сравнению с прототипом сокращаются в три раза, а точность испытаний существенно повышается при использовании семян редиса красного круглого. Остальные виды тест-растений требуют определения собственных сроков проращивания.

Распределение семян по реакции на воду. Рассмотрим реакционную способность семян из множества в 50 шт. при проращивании в течение 24 часов. Для этого нужно сосчитать из данных табл.2 количество семян при одном и том же ранге, а затем искать биотехнические закономерности по ним. При этом принимается допущение, что количество семян с одним рангом длины корней будет составлять популяционную группу с одинаковым откликом на воздействие поливаемой воды.

В табл.6 приведены результаты анализа реактивного роста семян по длине корней в каждой ранговой группе.

Таблица 6 Анализ реактивности на речную воду семян редиса красного Ранг проростков r Численность группы n_r, шт. r n_r, шт. 0 4 1 5 2 4 3 8 4 8 5 4 6 3 7 13

Самой многочисленной оказалось последняя седьмая популяционная группа с нулевыми длинами корней. Этот факт означает, что не взошли через сутки 100×13/50=26% семян редиса красного круглого. Часть из них, конечно же, взойдет корнями позже, поэтому седьмая популяционная группа будет показывать динамику всхожести семян растения.

Из нулевой популяционной группы видно, что еще не определился лидер среди проростков в росте корней. Но со временем из четырех претендентов останется только один. Как видно из данных табл.2, единственный лидер определился сразу же после 24 часов, потому что к 48 часам проращивания единственный лидер получил преимущества в росте по сравнению со следующим по иерархии убывания длины корней проростком в 100×(23-21)/23=8,70%.

Для речной воды после структурно-параметрической идентификации биотехнического закона и его фрагментов была получена статистическая модель (фиг.10) распределения численности популяционных групп вида:

где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 часа проращивания, шт.;

n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного среди всех лидеров, шт.;

n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее биоэнергетическое волнение среди отстающих в росте особей или у аутсайдеров, шт.;

n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей, которое через 72 часа проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера, для всего ряда из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста 50 проростков, шт.

Из графика на фиг.13 видно, что коэффициент корреляции модели (7) очень высок и равен 1.0000. Остатки на фиг.14 практически достигли нулевых значений.

Предлагаемый способ обладает простотой и высокой точностью при определении рационального срока для проращивания семян редиса красного круглого. Для этого необходимо проведение предварительных экспериментов для конкретной местности. По предложенному способу испытания и методике последующего статистического моделирования можно определять сроки проращивания и у других видов растений, в особенности тех культурных растений, которые предполагается выращивать на данной местности с поливом или орошением речной водой или водой из другого водного объекта.

При применении тест-растения в виде 50 семян редиса красного круглого, в повторах не менее пяти раз по разным срокам проращивания, сроки проращивания по сравнению с прототипом сокращаются с 72 до 24 часа, то есть в три раза, а точность испытаний существенно повышается. Поэтому рекомендуется измерять длину корней измерительной лупой. Остальные виды тест-растений требуют определения собственных сроков проращивания.

Применение предложенного способа расширяет возможности территориального экологического-мониторинга загрязнения простыми средствами у тех водотоков речной сети, на которых расположены населенные пункты и земельные участки сельскохозяйственного назначения. Это позволит внедрять современные технологии адаптивно-ландшафтного земледелия на территории конкретных регионов страны.

Изобретение относится к инженерной экологии и может быть использовано при мониторинге качества проб воды рек и водоемов тестированием ростом корней различных видов тестовых растений. При осуществлении способа до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности, при этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания, после измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания, затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределение популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания. Достигается повышение точности тестирования проб воды за счет достижения в предварительных экспериментах оптимального срока проращивания семян одного вида растения. До основных экспериментов тестирования. 9 з.п. ф-лы, 6 табл., 14 ил.

1. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по длине, включающий выбор тест-растения, например, в виде семян редиса красного круглого, равномерную укладку семян тест-растения на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см, причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл биотестируемой на загрязненность воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, через рациональный для данного тест-растения срок проращивания их семян измеряют длину корней у проростков, отличающийся тем, что до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также дополнительно у тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности загрязненной водой, при этом для каждого вида тест-растения определяют свой максимальный срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды из-за степени ее загрязнения, поэтому в одном предварительном эксперименте все 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, после измерения длины наибольших корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехнические закономерности динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по формулам этих закономерностей проводят математический анализ показателя в виде времени проращивания, затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней у каждого проростка, после этого статистическим моделированием снова выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, затем выбирают один повтор из всех 4-8 повторов с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределение популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

2. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по длине по п.1, отличающийся тем, что в одном предварительном эксперименте 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, а для возможности в последующем моделирования динамики роста корней максимальной длины у самых лучших семян тест-растения повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по каждому повтору в виде одной популяции из проращиваемых, например, 50 семян тест-растения.

3. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по длине по п.1, отличающийся тем, что по максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения, по результатам математического анализа которой определяют рациональный срок проращивания семян, в зависимости от времени проращивания в виде формулы:



где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;
L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;
L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждом из повторов популяции, мм;
t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;
a₁…a₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.

4. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по длине по п.1, отличающийся тем, что в каждой статистической выборке семян в виде одного из 4-8 повторов, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания, длины корней, при этом рациональный срок проращивания принимают по одной из 4-8 повторов статистической выборке семян тест-растения по формуле:
,

где L_r - реактивный отклик, например, семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в динамике роста за нарастание времени, например через промежутки времени в одни сутки 24, 48, 72, 96 и 120 ч, шт.;
i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у одной популяции из 50 семян редиса красного;
m - количество составляющих в статистической модели, шт.;
r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;
a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

5. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.4, отличающийся тем, что при необходимости проведения эксперимента при сроке проращивания больше рационального значения по предварительным опытам искомая биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения популяции проростков в одной чашке Петри из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения.

6. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.4, отличающийся тем, что при необходимости проведения эксперимента со сроком проращивания значительно больше полученного по предварительным экспериментам рационального значения срока проращивания биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем эти дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости свойств тест-растения.

7. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.1, отличающийся тем, что по ранговому распределению по той выборке семян редиса красного круглого, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость популяции из 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания, при этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри по биохимическим видам загрязнения речной или иной воды, а высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным в мире тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая, поэтому высокая точность, т.е. наименьшая погрешность статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 ч проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы из-за трудности разделения проростков в чашке Петри с длинными корнями.

8. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.1, отличающийся тем, что результаты ранжирования по длине корней растения, измеренной после выявления периода времени для рационального срока проращивания, применяют для подсчета количества семян с одинаковой максимальной длиной корней каждого проростка, то есть по равенству реактивного отклика семян на качество поливаемой воды, причем это количество с одинаковым рангом определяет популяционную группу семян редиса красного или иного растения, затем по выявленным биотехническим закономерностям косвенно оценивают биоэнергетическое влияние поливаемой, например, речной воды на ранговое распределение популяционных групп семян у одного вида тест-растения, причем распределение популяционных групп моделируют по формуле:





,


где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 ч проращивания, шт.;
n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного проростка среди всех лидеров, шт.;
n_r0 - количество проростков-лидеров на момент времени, установленного предварительным экспериментом рационального срока проращивания семян тест-растения, шт.;
n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее физиологическое волнение среди отстающих в росте особей, то есть у аутсайдеров, шт.;
n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей семян тест-растения, которое через стандартный период в 72 ч проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера из всей популяции семян тест-растения, причем для всего ранжированного по длине корней ряда проростков из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста, например, проростков в 50 семян, шт.;
A₁ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у отстающих в развитии и росте проростков, мм;
p₁ - половина периода колебательного изменения у отстающих в развитии и росте проростков из семян тест-растения, ранг;
А₂ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у опережающих проростков из всей выбранной популяции семян, мм;
A₀ - теоретическая амплитуда возможного колебательного возмущения проростков семян среди кандидатов в лидеры, мм;
р₂ - половина периода колебательного изменения длины у опережающих в развитии и росте корней проростков испытуемого растения;
r - ранг проростка по убыванию максимальной длины его корня;
a₁…a₁₆ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания группы из 50 семян редиса красного круглого.

9. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.1, отличающийся тем, что по ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, например, для семян редиса красного круглого, установленного с продолжительностью в 24 ч, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков, причем по этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам, причем по математической формуле вида:
,

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за установленный рациональный срок в 24 ч проращивания, мм;
L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, то есть спада длины корней тест растения, мм;
L₂ - вторая, причем кризисная для проростков из семян тест-растения составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за рациональный срок в 24 ч, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды на продуктивность корней тест-растения, мм;
L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка-лидера из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;
r - ранг проростка по убыванию измеренных значений длины корня;
a₁…a₄ - параметры статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

10. Способ биотестирования загрязненности воды по времени роста корней тестового растения по п.4, отличающийся тем, что при принятом максимально возможном для условий в чашке Петри сроке проращивания, например через 120 ч, после которого практически становится невозможным разделение проростков друг от друга, выявляют биотехнические закономерности совместного взаимодействия корней проростков, находящихся в тесноте по размещению в чашке Петри корней всех проростков из семян тест-растения.