Способ биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду и вегетационный домик для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК A01G7/00 A01G9/24 

Изобретение относится к области экологии, биоиндикации, мониторинга загрязнения окружающей среды и может быть использовано в области сельского хозяйства и научно-образовательной сфере.

Современные инструментальные средства контроля состояния окружающей среды основаны на прямом измерении ее параметров с помощью «технических» первичных преобразователей - датчиков температуры, влажности, содержания отдельных химических веществ и т.д. Другим подходом к комплексной оценке состояния окружающей среды является биоиндикация, когда в качестве «биологических датчиков» выступают тестовые растения, биометрические параметры которых служат косвенными показателями интенсивности воздействия на окружающую среду антропогенных (коровники, свинарники, объекты промышленности) и природных (месторождения полезных ископаемых, зоны протекания геологических процессов и проч.) объектов. Растения как биоиндикаторы проявляют дифференциальную чувствительность к различным видам воздействий. Имеются списки индикаторных организмов - биоиндикаторов, по наличию которых, степени их развития, изменению морфологических, структурно-функциональных и других характеристик судят о состоянии экосистемы [Неверова О.А., Еремеева Н.И. Опыт использования биоиндикаторов в оценке загрязнения окружающей среды: аналитический обзор. Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 2006. №80. С. 1-88]. Биоиндикация позволяет оценить влияние антропогенных и природных объектов на окружающую среду, обеспечивает простоту, скорость и дешевизну определения качества среды, применяется для оценки угрозы инфекционных других заболеваний, используется в экологии для оценки качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты.

Известен способ биоиндикационной оценки воздействия на окружающую среду нетрадиционных удобрений на основе органических отходов, в частности, осадков сточных вод. Способ реализуется в лабораторных условиях и включает определение физиологических и морфогенетических признаков тест-растений, одновременно высаживаемых в емкости с контрольными и опытными образцами почвы. В качестве тестовых используют растения гороха посевного (Pisum Sativum L.). В качестве билатеральных признаков при морфогенетическом анализе используют геометрические размеры листа растения [Малюта О.В. и др. Способ оценки безопасности для окружающей среды нетрадиционных удобрений на основе осадков сточных вод. Пат. РФ № 2486506, МПК G01N 33/00, 2013].

Недостатки известного способа: использование только геометрических размеров листа в морфогенетическом анализе недостаточно полно характеризует состояние тест-растений. Проведение исследований только в лабораторных условиях не позволяет комплексно оценить влияние факторов окружающей среды на тест-растения.

Наиболее близким к заявленному является способ биоиндикации антропогенного и природного загрязнения окружающей среды, включающий одновременное взятие проб тест-растений на экспериментальной и контрольной (условно чистой) территории, исследование проб, анализ результатов исследований, определение степени воздействия загрязнителей на окружающую среду. В качестве тестовых используют травянистые растения, естественным образом произрастающие на территориях [Глинянова И.Ю. и др. Способ оценки загрязнения окружающей среды. Пат. РФ № 2712945, МПК A01G 23/00, G01N 33/46, 2020].

Недостаток известного способа: в качестве условно чистой территории выбирают участки, отнесенные за десятки километров от экспериментальной исследуемой территории, что усложняет организацию исследований, не гарантирует оперативный контроль складывающейся на них экологической обстановки.

Распространенной является ситуация, при которой проведение биоиндикационных исследований на растениях невозможно в силу отсутствия рядом с исследуемым объектом естественной растительности (деревьев, кустарников, травы) или искусственно выращиваемых на открытом грунте растений, либо произрастаемая растительность не апробирована для биоиндикационного метода. Согласно предлагаемому способу, в этом случае используют тест-растения, выращиваемые в сосудах, размещаемых в вегетационных домиками неподалеку от объекта.

Известна конструкция вегетационного домика, содержащего основание, арочные элементы, пленочное покрытие [Жученко А.А. и др. Вегетационный домик. А.С. СССР № 357928, МПК A01G 9/02, 1972].

Недостатком известного технического решения является ограниченные возможности перемещения секций домика. Перемещение всего такого домика на значительные расстояния при биоиндикационных исследованиях затруднено.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, способное выполнять функции вегетационного домика и содержащее прямоугольное основание, арочные и крепежные элементы, пленочное покрытие [Филимонов А.А., Судаченко В.Н. Пленочное укрытие для растений. Пат. РФ №2113782, МПК A01G 9/20, MK A01G 9/14, 1998].

Недостатками известного технического решения являются слабые жесткость конструкции и устойчивость домика к механическим воздействиям во время проведения биоиндикационных исследований, недостаточное удобство в работе в плане переноски и последующего поиска его на территории исследований. Так же не реализована возможность поступления потока воздуха к тест-растениям внутри домика при одновременном предотвращении попадания внутрь его каплей дождя. Доступа к тест-растениям недостаточно удобен. Статистическая достоверность биоиндикационных исследований не обеспечена.

Техническая задача - получение достоверной биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду

Технический результат - реализация назначения изобретения, расширение его функциональных возможностей, повышение оперативности, достоверности и точности измерений, снижение их трудоемкости, повышение удобства.

Технический результат достигается тем, что в способе биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду, включающем одновременное взятие проб исследуемых и контрольных тест-растений, измерение их физиологических и морфогенетических признаков, анализ результатов измерений, по которому определяют степень воздействия объекта на окружающую среду,

дополнительно в качестве тестовых используют растения горчицы (Sinapis Alba), выращенные под действием факторов окружающей среды, признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ, переносимых от объекта движением воздуха и поглощаемых семядолями, а электрическая проводимость вытяжки из растений пропорциональна экспозиции растений потоку воздуха, обдувающего объект, оценка включает пять стадий, при этом

на первой стадии лотки для растений в количестве шесть штук набивают торфяным субстратом, поливают, подготовленные семена горчицы в количестве 100 штук на лоток высаживают в субстрат, выставляют лотки в пропагатор без доступа света до появления проростков, после их появления выдерживают проростки в течение трех дней на интенсивном свете, размещают по три лотка с поддонами в каждый из двух вегетационных домиков, определяют преобладающее направление ветра у объекта, домики с исследуемыми и контрольными тест-растениями размещают соответственно с подветренной и наветренной стороны от объекта так, что бы торцы вегетационных домиков располагались на прямой линии, проходящей через объект;

на второй стадии производят выращивание растений в лотках, размещенных в вегетационных домиках до возрастного состояния 14 суток, производят полив растений и корректируют местоположение домиков соответственно изменению направления ветра;

на третьей стадии берут выборки исследуемых и контрольных тест-растений, собранные растения в количестве девяти штук с каждого вегетационного домика, помещают в химический стакан объемом 50 мл, заливают дистиллированной водой и настаивают в течение часа, измеряют электрическую проводимость вытяжки, определяют статистическую значимость различий их средних значений у исследуемых и контрольных тест-растений; при незначимых различиях продолжают выращивание растений, производя контроль электрической проводимости;

на четвертой стадии у исследуемых и контрольных растений измеряют флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей, в качестве которых принимают длину и ширину, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей;

на пятой стадии производят оценку воздействия объекта на окружающую среду по показателю стабильности развития растений, в качестве которого принимают среднее арифметическое значение из вычисленных показателей флуктуирующей асимметрии отдельных билатеральных признаков, сравнивают найденные значения, при этом если значение показателя стабильности развития у исследуемых тест - растений в два и более раза превышает значение у контрольных, неблагоприятное воздействие объекта на окружающую среду принимают значительным.

Применяемый при осуществлении способа биоиндикационной оценки вегетационный домик содержит прямоугольное основание, арочные и крепежные элементы, пленочное покрытие, при этом каркас основания состоит из двух поперечных и двух продольных брусков квадратного сечения, скрепленных уголками, в продольных брусках на всю их толщину выполнены отверстия диаметром, равным диаметру круглых в сечении гибких арочных элементов, концы которых вставлены в эти отверстия в вертикальной плоскости и вместе с выполненным из прозрачного пластика покрытием, закреплены в горизонтальной плоскости крепежными элементами;

в верхней части домика арочные элементы и покрытие вместе с планкой, снабженной ручкой скреплены вместе болтовыми соединениями;

торцы домика закрыты съемными жалюзийными экранами, прикрепленными к крайним арочным элементам так, что обеспечивается проницаемость домика для ветра и предотвращается попадание внутрь каплей дождя;

внутри каркаса к поперечным брускам прикреплены полки, на которых опираются три лотка с поддонами для выращиваемых тест-растений;

к среднему арочному элементу внутри домика прикреплен GPS-трекер.

Новые существенные признаки способа:

дополнительно в качестве тестовых используют растения горчицы (Sinapis Alba), выращенные под действием факторов окружающей среды, признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ, переносимых от объекта движением воздуха и поглощаемых семядолями, а электрическая проводимость вытяжки из растений пропорциональна экспозиции растений потоку воздуха, обдувающего объект, оценка включает пять стадий, при этом

на первой стадии лотки для растений в количестве шести штук набивают торфяным субстратом, поливают, подготовленные семена горчицы в количестве 100 штук на лоток высаживают в субстрат, выставляют лотки в пропагатор без доступа света до появления проростков, после их появления выдерживают проростки в течение трех дней на интенсивном свете, размещают по три лотка с поддонами в каждый из двух вегетационных домиков, определяют преобладающее направление ветра у объекта, домики с исследуемыми и контрольными тест-растениями размещают соответственно с подветренной и наветренной стороны от объекта так, что бы торцы домиков располагались на прямой линии, проходящей через объект;

на второй стадии производят выращивание растений в лотках, размещенных в вегетационных домиках до возрастного состояния 14 суток; производя полив растений и корректируя местоположение домиков соответственно изменению направления ветра;

на третьей стадии берут выборки исследуемых и контрольных тест-растений, собранные растения в количестве девяти штук с каждого вегетационного домика, помещают в химический стакан объемом 50 мл, заливают дистиллированной водой и настаивают в течение часа, измеряют электрическую проводимость вытяжки, определяют статистическую значимость различий их средних значений у исследуемых и контрольных тест-растений; при незначимых различиях продолжают выращивание растений, производя контроль электрической проводимости;

на четвертой стадии, у исследуемых и контрольных растений измеряют флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей, в качестве которых принимают длину и ширину, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей;

на пятой стадии производят оценку воздействия объекта на окружающую среду по показателю стабильности развития растений, в качестве которого принимают среднее арифметическое значение из вычисленных показателей флуктуирующей асимметрии отдельных билатеральных признаков, сравнивают найденные значения, при этом если значение показателя стабильности развития у исследуемых тест - растений в два и более раза превышает значение у контрольных, неблагоприятное воздействие объекта на окружающую среду принимают значительным.

Новые существенные признаки устройства:

каркас основания состоит из двух поперечных и двух продольных брусков квадратного сечения, скрепленных уголками, в продольных брусках на всю их толщину выполнены отверстия диаметром, равным диаметру круглых в сечении гибких арочных элементов, концы которых вставлены в эти отверстия в вертикальной плоскости и вместе с выполненным из прозрачного пластика покрытием, закреплены в горизонтальной плоскости крепежными элементами;

в верхней части домика арочные элементы и покрытие вместе с планкой, снабженной ручкой скреплены вместе болтовыми соединениями;

торцы домика закрыты съемными жалюзийными экранами, прикрепленными к крайним арочным элементам так, что обеспечивается проницаемость домика для ветра и предотвращается попадание внутрь каплей дождя;

внутри каркаса к поперечным брускам прикреплены полки, на которых опираются три лотка с поддонами для выращиваемых тест-растений;

к среднему арочному элементу внутри домика прикреплен GPS-трекер.

Перечисленные новые существенные признаки способа и устройства, используемого при его осуществлении в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат обеспечивается тем, что:

представленная совокупность существенных признаков обеспечивает количественную биоиндикационную оценку воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду, т.е. реализацию назначения изобретения;

использование двух вегетационных домиков, размещаемых при реализации способа непосредственно у объекта соответственно преобладающему направлению ветра расширяет функциональные возможности способа, поскольку позволяет исследовать локальные (точечные) объекты, вплоть до отдельного сельскохозяйственного или промышленного объекта (коровник, цех, хранилище);

определение момента прекращения измерений производится в ходе предварительного анализа по физиологическому признаку - электрической проводимости вытяжки из растений, обдуваемых ветром, - что снижает трудоемкость биоиндикационных исследований. Это более простой анализ, который производится повторно раз в сутки, по достижению возраста растений 14 дней. Только при его прохождении, когда различия в показателе электрической проводимости становятся значимы для исследуемых и контрольных тест-растений, производится более трудоемкий, но достоверный окончательный морфогенетический анализ по флуктуирующий асимметрии билатеральных признаков.

Также технический результат обеспечивается тем, что выполнение каркаса основания вегетационного домика из поперечных и продольных брусков квадратного сечения, скрепленных уголками, обеспечивает удобство в сборке, жесткость конструкции и устойчивость домика к механическим воздействиям при его переноске при изменении направления ветра во время проведения биоиндикационных исследований. Крепление концов гибких арочных элементов в отверстиях продольных брусков соответствующего диаметра обеспечивает сохранение цилиндрической формы домика, поскольку при этом отверстия выполняют функции направляющих дуги изгиба.

Крепление покрытия к арочным элементам с помощью крепежных элементов и болтовых соединений дополнительно придает крепость конструкции за счет использования жесткости покрытия, выполненного из прозрачного пластика.

Наличие ручки в верхней части домика повышает удобство его переноски и установки при реализации способа биоиндикационной оценки.

Наличие съемных жалюзийных экранов, прикрепленных к крайним арочным элементам по торцам домика, обеспечивает поступление потока воздуха к тест-растениям внутри домика и предотвращает попадание внутрь его каплей дождя. Так же экраны защищают тест-растения от птиц и мелких животных.

Размещение внутри каркаса на полках лотков с поддонами для выращиваемых тест-растений обеспечивает удобство доступа к растениям на отдельных стадиях реализации способа. Высаживание тест-растений в отдельные лотки обеспечивает возможность оценки статистической достоверности получаемых результатов.

Наличие GPS-трекера, размещенного внутри домика, обеспечивает его сохранность и возможность определения месторасположения домика на местности, что повышает удобство реализации способа и способствует оперативности его проведения.

Совокупность новых элементов конструкции во взаимодействии с известными обеспечивает реализацию назначения устройства.

Предлагаемый способ и устройство образуют единый изобретательский замысел, при этом вегетационный домик для биоиндикационных исследований используется при осуществлении способа биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду. Имеющаяся техническая взаимосвязь между изобретениями группы выражается соответствующими особыми техническими признаками, определяющими вклад, вносимый в уровень техники каждым из заявленных изобретений группы, рассматриваемых в совокупности. Ожидаемый технический результат достигается изобретениями, основанными на одном и том же принципе, что отражается во взаимосвязи между признаками изобретений, определяющими технический результат.

Возможность использования предлагаемого способа и устройства в сельском хозяйстве, известность средств и методов, с помощью которых возможно осуществление изобретения в описанном виде, позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «промышленная применимость».

Анализ уровня техники не выявил техническое решение, которому присущи все признаки изобретения, выраженного формулой, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».

Сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлена известность влияния признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения, на основной технический результат - реализацию назначения изобретения. В изобретении используется неизвестная ранее возможность принятия в качестве билатеральных признаков, дополнительно к известным ранее длины и ширины семядолей, содержания в них хлорофилла и массы. Данная возможность выявлена авторами в экспериментальных исследованиях растений горчицы (Sinapis Alba)

Также новым признаком является использование для биоиндикационной оценки вегетационных домиков оригинальной конструкции, специально приспособленных для проведения биоиндикационных исследований. Выращивание тестовых растений в домиках, размещенных на наветренной и подветренной от объекта стороне позволяет принять эти растения в качестве соответственно контрольных и исследуемых. Новым приемом является проведение не трудоемкого предварительного анализа по измерению электрической проводимости вытяжки из растений.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует условию изобретательского уровня, т.к. основано на дополнении известного технического решения новыми признаками, которые обоснованы полученными авторами новыми знаниями, при этом достигается неожиданный технический результат, обусловленный взаимосвязью дополнительных и известных действий, производимых над материальными объектами в способе и совокупностью дополнительных и известных элементов в устройстве.

В основе изобретения лежат следующие положения.

Под воздействием факторов окружающей среды, в частности, выбросов от антропогенных и природных объектов, снижается способность растений сохранять свое стабильное состояние. Численно стабильность индивидуального развития может быть охарактеризована флуктуирующей асимметрией билатеральных признаков, то есть признаков половинок листа, которые в норме должны быть зеркальными. Последняя определяется как следствие сбоя онтогенетических процессов в живом организме под влиянием факторов окружающей среды, которые нарушают взаимосвязь частей растения, что препятствует сохранению их симметрии. Такие изменения в живом организме происходят задолго до того, как действие факторов окружающей среды скажется на функциональном состоянии растения. В качестве билатеральных при расчете величины флуктуирующей асимметрии наиболее часто используют морфологические признаки (ширину листа, расстояния между характерными точками листовой поверхности, углы между жилками), поскольку данные структуры легко воспринимаются человеческим глазом или простыми измерительными инструментами (линейкой, транспортиром и т.д.). Так же в качестве билатеральных могут быть приняты физиологические признаки, например, оптические свойства участков поверхности, расположенные симметрично относительно центральной жилки листа и т.д.

Научные исследования показали, что большие уровни флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков растений свидетельствуют о большей степени отклонения параметров окружающей среды от оптимальных, то есть большей степени неблагоприятного воздействия объекта на окружающую среду. Это явление находит применение в экологическом мониторинге [Mendes G., Boaventura M.G., Cornelissen T. Fluctuating Asymmetry as a Bioindicator of Environmental Stress Caused by Pollution in a Pioneer Plant Species. Environmental Entomology, 47(6), 2018, 1479-1484. doi: 10.1093/ee/nvy147].

В предлагаемом способе предлагается использовать в качестве билатеральных признаков, помимо известных из уровня техники длины и ширины, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей у растений горчицы в возрасте не менее 14 суток после всходов. Растения подвергаются действию потока воздуха (ветру), который переносит выбросы от объекта к исследуемым растениям. При малом потоке воздуха срок экспозиции должен быть увеличен. Если направление ветра в данном районе и/или сезоне стабильно, то вегетационные домики с исследуемыми и контрольными растениями располагают с наветренной и подветренной стороны от объекта на протяжении всего времени реализации способа. В противном случае способом предусмотрено корректировка месторасположения домиков относительно объекта.

Критерием окончания исследования является получение статистически значимых различий выхода электролитов из клеточной ткани, оцениваемого величиной электрической проводимости вытяжки из растений в результате предварительного анализа, проводимого после указанного срока один раз в каждые дополнительные сутки сверх обязательных 14-ти суток, необходимых для полного развития семядолей. Окончательный морфогенетический анализ производится один раз после достижения статистически значимых различий.

На фиг.1 представлен принцип реализации предлагаемого способа биоиндикационной оценки, где О - антропогенный или природный объект, степень воздействия которого на окружающую среду предстоит оценить, Д1’ и Д2’ - положение первого и второго вегетационного домика при преобладающем направлении ветра W (запад).

На фиг. 2 показано положение первого (Д1) и второго (Д2) вегетационного домика при преобладающем направлении ветра NNW (северо-северо-запад).

На фиг. 3 в виде блок-схемы показан алгоритм реализации способа биоиндикационной оценки как последовательности взаимосвязанных действий над материальными объектами с привлечением материальных средств. Реализовано последовательное, а также циклическое выполнение действий при реализации определенных условий, выполнение которых проверяется объективным техническим способом.

На фиг. 4 показано устройство вегетационного домика в аксонометрии.

На фиг. 5 показано устройство вегетационного домика, вид сверху.

На фиг. 6 показано устройство вегетационного домика в продольном сечении.

На фиг. 7 показано устройство вегетационного домика в поперечном сечении.

Способ ведут следующим образом.

На первой стадии лотки для растений в количестве шесть штук набивают торфяным субстратом. Семена горчицы (Sinapis Alba) протравливают марганцовкой, обрабатывают эпином и в количестве 100 штук на лоток высаживают в субстрат, поливают водой. Лотки помещают в пропагатор, где при температуре +28°С без доступа света проращивают семена в течение нескольких дней, до появления проростков. Далее лотки с проростками помещают под интенсивный свет, затем в каждый из двух вегетационных домиков помещают по три лотка, определяют преобладающее направление ветра у объекта для данного времени суток, домики с исследуемыми и контрольными тест-растениями размещают соответственно с подветренной и наветренной стороны от объекта так, что бы торцы домиков располагались на прямой линии, проходящей через объект. Преобладающее направление ветра для данного времени суток и периода года определяют по предшествующим многолетним наблюдениям метеостанции (розе ветров).

На второй стадии выращивают растения в лотках, размещенных в вегетационных домиках до возрастного состояния 14 суток. При необходимости растения поливают. Местоположение домиков при необходимости корректируют соответственно преобладающему направлению ветра. В этот возрастной период у растения формируются и развиваются семядоли, биометрические параметры которых формируются под влиянием загрязняющих веществ, переносимых от объекта движением воздуха и поглощаемых семядолями. Причем степень загрязнения окружающей среды влияет на морфометрические параметры (флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей), а различия в физиологическом параметре - электрической проводимости вытяжки, полученные в предварительном анализе, - служат признаком окончания экспозиции и переходу к основному морфометрическому анализу.

На третьей стадии проводят предварительный анализ. Берут выборки исследуемых и контрольных тест-растений, собранные растения в количестве девяти штук с каждого домика. Статистическими повторностями являются растения одинаковой степени развития, взятые с отдельных лотков. Выборки помещают в химический стакан объемом 50 мл, заливают дистиллированной водой и выдерживают в течение часа. У полученной вытяжки измеряют электрическую проводимость, определяют статистическую значимость различий среднего значения параметра у исследуемых и контрольных тест-растений. Если различия значимы, переходят к основному анализу. При незначимых различиях выращивание растений производят в течение дополнительных суток, производя в их конце очередной контроль электрической проводимости.

На четвертой стадии, в процессе основного анализа, собирают все растения с лотков, отдельно по исследуемым и контрольным растениям измеряют флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей, в качестве которых принимают длину и ширину, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей у каждого растения.

На пятой стадии вычисляют среднее значение флуктуирующей асимметрии по четырем указанным билатеральным признакам для исследуемых и контрольных растений, которое характеризует стабильность их развития в данных условиях окружающей среды. Большие значения найденного показателя стабильности свидетельствуют о менее благоприятном действии окружающей среды, сформированной влиянием исследуемого объекта на растения. Если значение показателя стабильности развития у исследуемых тест - растений в два и более раза превышает значение у контрольных, степень неблагоприятного воздействия объекта на окружающую среду принимают значительной (фиг. 3).

Вегетационный домик для биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду содержит прямоугольное основание, каркас которого состоит из двух поперечных 1 и двух продольных 2 брусков квадратного сечения, скрепленных уголками 3. В продольных брусках на всю их толщину выполнены вертикальные сквозные отверстия диаметром, равным диаметру круглых в сечении гибких арочных элементов 4. Концы арочных элементов вставлены в эти отверстия в вертикальной плоскости и вместе с выполненным из прозрачного пластика покрытием 5, закреплены в горизонтальной плоскости крепежными элементами 6. В верхней части домика арочные элементы и покрытие вместе с планкой 7, снабженной ручкой 8 скреплены вместе насквозь болтовыми соединениями 9. Торцы домика закрыты съемными жалюзийными экранами 10, прикрепленными к крайним арочным элементам с возможностью проникновения в домик ветра и исключения попадания внутрь каплей дождя. Внутри каркаса к поперечным брускам прикреплены полки 11, на которых опираются три лотка с поддонами 12 для выращиваемых тест-растений (Р). К среднему арочному элементу внутри домика прикреплен GPS-трекер 13.

Устройство работает следующим образом. При реализации способа убирают съемные жалюзийные экраны 10, лотки с поддонами 12 снимают с полок 11, вынимают из внутреннего пространства домика и в лабораторных условиях набивают торфяным субстратом. Подготовленные семена горчицы сеют в субстрат. Проращивают семена до появления семядолей. Лотки с проростками растений (Р) помещают на полки 11. Устанавливают съемные жалюзийные экраны 10. Переносят домики за ручку 8, размещают их в необходимую позицию относительно объекта. Включают GPS-трекер 13. В суточном цикле контролируют положение домиков с учетом преобладающего направления ветра, при необходимости перемещая их согласно способу. Поиск домиков при необходимости изменения их местоположения или взятия проб ведут по сигналу от GPS-трекера. Для проведения предварительного анализа снимают один из жалюзийных экранов 10 и берут пробу растений с каждого лотка. Для проведения окончательного анализа лотки вынимают из домиков и переносят в лабораторию для анализа.

Пример.

Исследовали влияние выбросов от модуля фермы для выращивания бройлеров на окружающую среду. Ферма расположена на территории Института агроинженерных и экологических проблем, 59°42′32″ СШ, 30°26′29″ ВД. Информацию по направлению ветра (текущие и архивные значения) получали с помощью собственной метеостации Davis Instruments WeatherLink.

Статистический анализ многолетних наблюдений показал, что имеется устойчивая картина розы ветров, когда в первую половину суток преобладает направление ветра NNW (северо-северо-запад), а во вторую - W (запад), как показано на фиг. 1. Поэтому положение домиков корректировали дважды в сутки, в 8.00 и 20.00 ч.

Были изготовлены два вегетационных домика. Основание каждого домика размерами 680х570 мм выполнено из деревянных брусков 40х40 мм, соединенных металлическими уголками 40х40х20 мм с помощью шурупов. В продольных брусках основания просверлены круглые отверстия диаметром 20 мм. Арочные элементы выполнены из гибкой пластиковой трубы того же диаметра. Ее концы при сборке домика вставляются в отверстия в брусках так, что получаемая дуга имеет форму полуокружности. В пространстве огибающей полученных дуг является цилиндрическая поверхность. В качестве покрытия взят лист прозрачного пластика толщиной 2 мм. Пластик и бруски в местах установки дуг соединены крепежными элементами (шурупами). Планка с ручкой в верхней части домика соединена с арочными элементами и покрытием болтовыми соединениями. К торцам домика прикреплены съемные жалюзийные экраны. Различная степень увлажнения растений в домиках может исказить результаты сравнительных измерений. Поэтому домики защищены от действия дождя. Растения поливают дозировано вручную.

Внутри каркаса вдоль поперечных брусков шурупами прикреплены уголки 20х20 мм, выполняющие функцию полок для трех лотков с поддонами размерами 185х580 мм. Три лотка предусмотрено конструкцией домика для обеспечения статистической достоверности результатов. Внутри домика прикреплен GPS-трекер (фиг. 4-7).

На первой стадии лотки для растений в количестве шесть штук набили торфяным субстратом (толщина слоя 3 см). Семена горчицы (Sinapis Alba) протравили в 1% растворе марганцовки в течение 30 минут, обработали эпином в течение четырех часов и высадили в лотки (по 100 шт в лоток). Такое значительное количество семян принято, поскольку методика морфогенетического анализа требует большого количества измеряемых объектов.

Лотки полили водой и поместили в пропагатор с температурой +28°С. Проростки появились через двое суток. Лотки с проростками поместили под люминесцентные лампы (Е=10 кЛк) на непрерывное освещение в течение трех суток. В каждый вегетационный домик поместили по три лотка, выставили домики с наветренной и подветренной стороны от модуля для выращивания птицы на расстоянии порядка десяти метров.

На второй стадии в течение 14 суток корректировали положение домиков согласно составленной розе ветров для данного времени года (фиг. 1). Растения по необходимости поливали.

На третьей стадии провели предварительный анализ. Брали выборки исследуемых и контрольных тест-растений в количестве по три штуки с каждого лотка (всего по девять штук с каждого домика). Растения поместили в химический стакан объемом 50 мл, залили дистиллированной водой и выдержали в течение часа, до выхода на плато значения электрической проводимости вытяжек, которую измеряли с помощью кондуктометра KADY MT-8080. Единицы измерения μSm/cm. Такой объем стакана определяется необходимостью обеспечения достаточной концентрации клеточных электролитов, создающих электрическую проводимость вытяжки из девяти растений, что проверено авторами экспериментально.

В таблице 1 показаны статистические характеристики выборок.

По известным формулам определяли средние значения у исследуемой и контрольной выборок, ошибки средних, экспериментальные и табличные значения критерия Стьюдента.

Таблица 1. Статистические характеристики проводимости вытяжек растений

№ Исследуемые Контрольные Критерий Стьюдента Значимость
различий средних Средн. Ош. ср. Средн. Ош. ср. t_эк t_табл 1 70.0 0.7 68.2 0.8 1.65 2.12 Не значимы 2 72.3 0.9 69.7 1.0 1.99 2.12 Не значимы 3 74.8 1.3 70.7 0.8 2.62 2.12 Значимы

Для данного примера различия на 14-е сутки (строка 1 в таблице) между исследуемыми и контрольными растениями среднего значения проводимости вытяжки оказались не значимы (t_эк<t_табл). Поэтому эксперимент был продолжен в течение еще одних суток. На 15-е сутки (строка 2 в таблице) наблюдалась та же картина. На 16-е сутки (строка 3 в таблице) различия средних оказались значимы (t_эк>t_табл) и эксперимент перешел к следующей стадии.

На четвертой стадии, в процессе основного анализа, собрали все растения с лотков, отдельно по исследуемым и контрольным растениям измерили билатеральные признаки семядолей. Длину и ширину измеряли линейкой, в мм; содержание хлорофилла - прибором CCM-200, в отн.ед.; массу - с помощью весов ВЛК-500, в граммах. Определили флуктуирующую асимметрию для каждого j-го признака. Для этого модуль разность между измеренными значениями признаков слева (L) и справа (R) делили на их сумму и брали среднее для N растений

На пятой стадии вычислили среднее значение флуктуирующей асимметрии ФА_ср по четырем указанным билатеральным признакам для исследуемых и контрольных растений, которое характеризует стабильность их развития в данных условиях окружающей среды.

Для исследуемых растений было найдено ФА_ср=0,590 отн.ед., для контрольных ФА_ср =0,281. Большие значения найденного показателя стабильности у исследуемых растений свидетельствуют о менее благоприятном действии окружающей среды на растения. Поскольку значение показателя ФА_ср у исследуемых тест - растений более чем в два раза (0,590/0,281=2,1) превышает это значение у контрольных, степень неблагоприятного воздействия объекта на окружающую среду классифицировали как значительную.

Применение данного изобретения позволяет производить более точную и эффективную оценку антропогенного или природного загрязнения окружающей среды. Способ является универсальным, экологически безопасным, не требующим значительных трудовых и материальных затрат.

Изобретения относятся к области экологии, биоиндикации, мониторинга загрязнения окружающей среды. Способ включает одновременное взятие проб исследуемых и контрольных тест-растений, измерение их физиологических и морфогенетических признаков, анализ результатов измерений, по которому определяют степень воздействия объекта на окружающую среду. В качестве тестовых используют растения горчицы (Sinapis alba), выращенные под действием факторов окружающей среды, признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ, переносимых от объекта движением воздуха и поглощаемых семядолями. Электрическая проводимость вытяжки из растений пропорциональна экспозиции растений потоку воздуха, обдувающего объект. Оценка включает пять стадий, на первой стадии шесть лотков для растений набивают торфяным субстратом, поливают, подготовленные по сто семян горчицы на каждый лоток высаживают в субстрат. Выставляют лотки в пропагатор без доступа света до появления проростков, после их появления выдерживают проростки в течение трех дней на интенсивном свете, размещают по три лотка с поддонами в каждый из двух вегетационных домиков, определяют преобладающее направление ветра у объекта, домики с исследуемыми и контрольными тест-растениями размещают соответственно с подветренной и наветренной стороны от объекта так, чтобы торцы домиков располагались на прямой линии, проходящей через объект. На второй стадии проводят выращивание растений в лотках, размещенных в вегетационных домиках до возрастного состояния 14 суток. Производят полив растений и корректируют местоположение домиков соответственно изменению направления ветра; на третьей стадии берут выборки исследуемых и контрольных тест-растений, собранные по девять растений с каждого вегетационного домика помещают в химический стакан объемом 50 мл, заливают дистиллированной водой и настаивают в течение часа, измеряют электрическую проводимость вытяжки, определяют статистическую значимость различий их средних значений у исследуемых и контрольных тест-растений. При незначимых различиях продолжают выращивание растений, производя контроль электрической проводимости; на четвертой стадии у исследуемых и контрольных растений измеряют флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей, в качестве которых принимают длину и ширину, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей. На пятой стадии производят оценку воздействия объекта на окружающую среду по показателю стабильности развития растений, в качестве которого принимают среднее арифметическое значение из вычисленных показателей флуктуирующей асимметрии отдельных билатеральных признаков, сравнивают найденные значения. При этом, если значение показателя стабильности развития у исследуемых тест-растений в два и более раза превышает значение у контрольных, неблагоприятное воздействие объекта на окружающую среду принимают значительным. Вегетационный домик содержит прямоугольное основание, арочные и крепежные элементы и покрытие. Каркас основания выполнен в виде двух поперечных и двух продольных брусков квадратного сечения, скрепленных уголками. В продольных брусках выполнены вертикальные сквозные отверстия диаметром, равным диаметру круглых в сечении гибких арочных элементов, концы которых вставлены в эти отверстия в вертикальной плоскости и вместе с выполненным из прозрачного пластика покрытием закреплены в горизонтальной плоскости крепежными элементами. В верхней части домика арочные элементы и покрытие вместе с планкой, снабженной ручкой, скреплены вместе болтовыми соединениями; торцы домика закрыты съемными жалюзийными экранами, прикрепленными к крайним арочным элементам с возможностью проникновения в домик ветра и исключения попадания внутрь каплей дождя. Внутри каркаса к поперечным брускам прикреплены полки под три лотка с поддонами для выращиваемых под действием факторов окружающей среды тест-растений горчицы (Sinapis alba), признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ. Изобретения позволяют получить биоиндикационную оценку воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду, расширить функциональные возможности, повысить оперативность, достоверность и точность измерений, снизить трудоемкость. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду, включающий одновременное взятие проб исследуемых и контрольных тест-растений, измерение их физиологических и морфогенетических признаков, анализ результатов измерений, по которому определяют степень воздействия объекта на окружающую среду, отличающийся тем, что в качестве тестовых используют растения горчицы (Sinapis alba), выращенные под действием факторов окружающей среды, признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ, переносимых от объекта движением воздуха и поглощаемых семядолями, а электрическая проводимость вытяжки из растений пропорциональна экспозиции растений потоку воздуха, обдувающего объект, оценка включает пять стадий, при этом на первой стадии шесть лотков для растений набивают торфяным субстратом, поливают, подготовленные по сто семян горчицы на каждый лоток высаживают в субстрат, выставляют лотки в пропагатор без доступа света до появления проростков, после их появления выдерживают проростки в течение трех дней на интенсивном свете, размещают по три лотка с поддонами в каждый из двух вегетационных домиков, определяют преобладающее направление ветра у объекта, домики с исследуемыми и контрольными тест-растениями размещают соответственно с подветренной и наветренной стороны от объекта так, чтобы торцы домиков располагались на прямой линии, проходящей через объект; на второй стадии проводят выращивание растений в лотках, размещенных в вегетационных домиках до возрастного состояния 14 суток; производят полив растений и корректируют местоположение домиков соответственно изменению направления ветра; на третьей стадии берут выборки исследуемых и контрольных тест-растений, собранные по девять растений с каждого вегетационного домика помещают в химический стакан объемом 50 мл, заливают дистиллированной водой и настаивают в течение часа, измеряют электрическую проводимость вытяжки, определяют статистическую значимость различий их средних значений у исследуемых и контрольных тест-растений; при незначимых различиях продолжают выращивание растений, производя контроль электрической проводимости; на четвертой стадии у исследуемых и контрольных растений измеряют флуктуирующую асимметрию билатеральных признаков семядолей, в качестве которых принимают длину и ширину, содержание хлорофилла и массу левых и правых семядолей; на пятой стадии производят оценку воздействия объекта на окружающую среду по показателю стабильности развития растений, в качестве которого принимают среднее арифметическое значение из вычисленных показателей флуктуирующей асимметрии отдельных билатеральных признаков, сравнивают найденные значения, при этом, если значение показателя стабильности развития у исследуемых тест-растений в два и более раза превышает значение у контрольных, неблагоприятное воздействие объекта на окружающую среду принимают значительным.

2. Вегетационный домик для биоиндикационной оценки воздействия антропогенных и природных объектов на окружающую среду по п. 1, содержащий прямоугольное основание, арочные и крепежные элементы, покрытие, отличающийся тем, что каркас основания выполнен в виде двух поперечных и двух продольных брусков квадратного сечения, скрепленных уголками, в продольных брусках выполнены вертикальные сквозные отверстия диаметром, равным диаметру круглых в сечении гибких арочных элементов, концы которых вставлены в эти отверстия в вертикальной плоскости и вместе с выполненным из прозрачного пластика покрытием закреплены в горизонтальной плоскости крепежными элементами; в верхней части домика арочные элементы и покрытие вместе с планкой, снабженной ручкой, скреплены вместе болтовыми соединениями; торцы домика закрыты съемными жалюзийными экранами, прикрепленными к крайним арочным элементам с возможностью проникновения в домик ветра и исключения попадания внутрь каплей дождя; внутри каркаса к поперечным брускам прикреплены полки под три лотка с поддонами для выращиваемых под действием факторов окружающей среды тест-растений горчицы (Sinapis alba), признаки семядолей которых формируются под влиянием загрязняющих веществ.