RU2096781C1

RU2096781C1 - Method of estimation of agrolandscape soil contamination with pollutants

Info

Publication number: RU2096781C1
Application number: RU96101755A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Малюга; Л.В. Цаценко; Л.Х. Аветянц
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: toxicity of soil contaminated with pollutants is determined using test-plants of Lemnaceae family. Growth coefficient of Lemnaceae on the soil aqueous extracts and specific color of duckweed leaves after effect of each contaminant is used as an index of the soil toxicity. EFFECT: improved method of toxicity assay. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам оценки общей токсичности почв. The invention relates to the field of agriculture, and in particular to methods for assessing the general toxicity of soils.

Возросший антропогенный пресс стимулирует разработку новых и модификацию существующих способов оценки качества основных компонентов агроландшафта - почвы, воды и воздуха. The increased man-made press stimulates the development of new and modification of existing methods for assessing the quality of the main components of the agrolandscape - soil, water and air.

Известен способ оценки окружающей среды, основанный на химико-аналитическом определении поллютантов (пестицидов, солей тяжелых металлов, радиации). Основными методами определения остаточных количество пестицидов, солей тяжелых металлов являются тонкослойная, газовая, газожидкостная хроматография. A known method of assessing the environment, based on chemical-analytical determination of pollutants (pesticides, salts of heavy metals, radiation). The main methods for determining the residual amount of pesticides, salts of heavy metals are thin-layer, gas, gas-liquid chromatography.

Хроматография включает в себя следующее:
1. Навеску почвы экстрагируют хлороформом или петролейным эфиром.Chromatography includes the following:
1. A portion of the soil is extracted with chloroform or petroleum ether.

2. Экстракт фильтруют. 2. The extract is filtered.

3. Под вакуумом отгоняют хлороформ или эфир. 3. Chloroform or ether is distilled off under vacuum.

4. Очищают экстракт. 4. Purify the extract.

5. Хроматографирование включает в себя следующие операции:
а) подготовка носителя (пластина с тонким слоем, бумага, колонка);
б) хроматографирование;
в) проявление хроматограммы;
г) обработка хроматограммы и расчеты.5. Chromatography includes the following operations:
a) preparation of the medium (plate with a thin layer, paper, column);
b) chromatography;
c) the appearance of a chromatogram;
d) chromatogram processing and calculations.

(В. Т. Куркаев, С. Е. Ерошкина, А. А. Понамарев Сельскохозяйственный анализ и основы биохимии растений. М. Колос, 1977, 240 с.)
Недостатком известного способа является то, что обнаружение остаточных количеств поллютантов требует применения крайне точных методов аналитической химии, большой чистоты дорогостоящих реактивов и сложных приборов. Из-за неполного удаления примесей из экстракта часто получаются искаженные результаты.(V.T. Kurkaev, S.E. Eroshkina, A.A. Ponamarev Agricultural analysis and the basics of plant biochemistry. M. Kolos, 1977, 240 pp.)
The disadvantage of this method is that the detection of residual quantities of pollutants requires the use of extremely accurate methods of analytical chemistry, high purity of expensive reagents and complex devices. Due to incomplete removal of impurities from the extract, distorted results are often obtained.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки общей токсичности почв, основанный на получении из нее водной вытяжки и количественной оценки в них токсикантов по степени ингибирования одной из ключевых ферментативных систем люцеферазы у бактерии Photobacterium phosphoreum. Ингибирование свечения объективно регистрируется биолюминометром типа БЛМ 8103. Closest to the proposed one is a method for assessing the general toxicity of soils, based on obtaining water extract from it and quantifying toxicants in them by the degree of inhibition of one of the key enzyme systems of luciferase in the bacterium Photobacterium phosphoreum. Inhibition of luminescence is objectively recorded by a BLM 8103 type bioluminometer.

Способ включает в себя следующее: 1) приготовление водной вытяжки в соотношении почва: раствор 1:10. Смесь почвы с экстрагентом встряхивают 10 минут, отстаивают, центрифугируют. 2) В почвенную вытяжку поселяют бактерии Photobacterium phosphoreum. 3) реакцию бактерий на комплексное загрязнение почвы солями тяжелых металлов, хлорорганическими соединениями, нитратами и нитритами определяют по потере способности бактерии к свечению с помощью прибора ( Р. А. Пшеничников, Ф, Н, Закирова, Н. М, Никитина Микробиотест для оценки мониторинга загрязнения почв.//Экология, 1995, N 4. с. 332 333). The method includes the following: 1) preparation of an aqueous extract in the ratio of soil: solution 1:10. The mixture of soil with extractant is shaken for 10 minutes, sedimented, centrifuged. 2) Photobacterium phosphoreum bacteria are introduced into the soil extract. 3) the response of bacteria to complex soil pollution with salts of heavy metals, organochlorine compounds, nitrates and nitrites is determined by the loss of the ability of the bacteria to glow with the help of the device (R. A. Pshenichnikov, F, N, Zakirova, N. M, Nikitina, Microbiotest for monitoring assessment soil pollution. // Ecology, 1995, N 4.p. 332 332).

Недостатком известного способа является: во-первых, ограниченная информативность, т. к. позволяет выявлять только комплекс загрязнителей. Во-вторых, требует поддержания чистой линии бактерии с постоянным перевесом и контролем чистоты культуры. В-третьих, затрудняет широкое применение этого способа в агро-экологических лабораториях из-за наличия самого биоиндикатора и оборудования (центрифуги, биолюнометра). The disadvantage of this method is: firstly, limited information content, because it allows you to identify only a complex of pollutants. Secondly, it requires maintaining a clean line of bacteria with a constant advantage and control of the purity of the culture. Thirdly, the widespread use of this method in agri-environmental laboratories makes it difficult due to the presence of the bio-indicator and equipment (centrifuge, bioluminometer).

Техническим решением задачи являются повышение чувствительности и быстроты определения, дешевизны, легкости воспроизведения, высокой информативности. The technical solution to the problem is to increase the sensitivity and speed of determination, low cost, ease of playback, high information content.

Задача достигается тем, что в качестве метода предлагается тест на загрязнение почв с использованием растений семейства рясковые. В основе метода оценка загрязнения почв по коэффициенту роста (K N/t) листецов рясковых и их окраске. Представители семейства рясковых являются самыми маленькими в мире цветковыми растениями, размножаются преимущественно вегетативно. При благоприятных условиях за неделю увеличивают свою массу вдвое. Вегетативное тело рясковых по виду напоминает плавающий лист, получившее название листец. Их можно встретить повсюду, в лужах, мелких прудах. В работе использовались следующие виды: ряска малая (Lemna minor L.), ряска тройчатая (Lemna trisilca L.), многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrrhiza L.), вольфия бескорневая (Wolfia arrhiza L.). Новизна заявляемого решения заключается в том, что степень загрязнения почвенного образца определяется по степени роста ряски через коэффициент роста и специфичной окраски листецов растения на каждый загрязнитель. The objective is achieved by the fact that as a method a test is proposed for soil contamination using plants of the duckweed family. The method is based on the assessment of soil pollution by the growth coefficient (K N / t) of duckweed leaves and their color. Representatives of the duckweed family are the smallest flowering plants in the world; they propagate mainly vegetatively. Under favorable conditions, double their weight per week. The vegetative body of duckweed in appearance resembles a floating leaf, called a leaf. They can be found everywhere, in puddles, small ponds. The following species were used in the work: small duckweed (Lemna minor L.), three-way duckweed (Lemna trisilca L.), common multicore (Spirodela polyrrhiza L.), rootless wolfia (Wolfia arrhiza L.). The novelty of the proposed solution lies in the fact that the degree of contamination of the soil sample is determined by the degree of duckweed growth through the growth factor and the specific color of the plant leaves for each pollutant.

Способ определения загрязнения с помощью рясковых заключается в следующем:
1. За день до начала эксперимента растения ряски, взятые из коллекционного питомника кафедры растениеводства КГАУ, помещали под лампы дневного света. Для биотестирования отбирали выравненные по размеру листецы ряски, одинаковой интенсивно-зеленой окраски.The method for determining pollution using duckweed is as follows:
1. The day before the start of the experiment, duckweed plants taken from the collection nursery of the KGAU plant growing department were placed under fluorescent lamps. Equivalently sized duckweed leaves of the same intense green color were selected for biotesting.

2. Отобранные почвенные образцы размалывали, водную вытяжку готовили посредством встряхивания и фильтрации. В почвенную вытяжку добавляли 1 2 капли ксилола. 2. The selected soil samples were ground, an aqueous extract was prepared by shaking and filtering. 1 2 drops of xylene were added to the soil extract.

3. В чашки Петри производили посев ряски (15 20 растений). Растения помещали под лампы дневного света на время эксперимента. Токсическое действие загрязнителя почвы определяли по степени роста листецов и специфической окраски. Продолжительность тестирование от несколько часов до 7 суток. 3. Sow duckweed (15–20 plants) in petri dishes. Plants were placed under fluorescent lights for the duration of the experiment. The toxic effect of soil contaminants was determined by the degree of leaf growth and specific color. Duration of testing is from several hours to 7 days.

В контроле (дистиллированная вода) ряска увеличивала количество листецов в 2 раза. При наличии пестицидного загрязнения листецы ряски становились бесцветными и гибли в течение суток. При наличии меди листецы разъединялись друг от друга, наблюдали одиночное расположение, окраска бурая. В случае присутствия цинка листецы приобретали молочный цвет и гибли на вторые сутки. In the control (distilled water) duckweed increased the number of leaves by 2 times. In the presence of pesticidal contamination, duckweed leaves became colorless and died within a day. In the presence of copper, the leaves disengaged from each other, observed a single arrangement, the color of brown. In the presence of zinc, the leaves became milky and died on the second day.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, направляемого технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". According to the patent and scientific literature, the claimed combination of features, directed technical result is not revealed, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Использование биотестов в отличие от химико-аналитического анализа позволяет определить суммарное присутствие всех, в том числе и неопределяемых пока химическим анализом загрязнителей, выявлять общебиологический эффект их действия. К преимуществам биотестов можно отнести: простоту в использовании (не требует наличия специального оборудования), быстроту дешевизну и информативность. The use of biotests, in contrast to chemical analytical analysis, allows one to determine the total presence of all, including so far undetectable chemical analysis of pollutants, to identify the general biological effect of their action. The advantages of biotests include: ease of use (does not require special equipment), speed, cheapness and information content.

Сущность изобретения заключается в следующем: токсическое действие почвы определяли по степени подавления роста ряски на почвенной вытяжке и специфической окраски листецов на каждый загрязнитель. The essence of the invention is as follows: the toxic effect of the soil was determined by the degree of suppression of the growth of duckweed on the soil extract and the specific color of the leaves for each pollutant.

После отбора проб почвы готовят водную вытяжку почвы. Нами были проанализированы следующие варианты. After sampling the soil, an aqueous extract of the soil is prepared. We have analyzed the following options.

000 естественный фон плодородия, нет удобрений и средств защиты растений. 000 natural fertility background, no fertilizers and plant protection products.

111 средний фон плодородия, N60P30K20, биологическая защита растений. 111 medium fertility background, N60P30K20, biological plant protection.

222 повышенный фон плодородия, N120P60K40, интегрированная система защиты от сорняков. 222 increased fertility background, N120P60K40, integrated weed control system.

333 высокий уровень плодородия, N240P120K80, интегрированная система защиты растений. 333 high fertility, N240P120K80, integrated plant protection system.

200 повышенный фон плодородия, без удобрений и средств защиты растений. 020 естественный фон плодородия, средняя доза удобрений, без средств защиты растений. 200 increased fertility background, without fertilizers and plant protection products. 020 natural fertility background, average dose of fertilizers, without plant protection products.

002 естественный фон плодородия, без удобрений, интегрированная система защиты растений. 002 natural fertility background, without fertilizers, integrated plant protection system.

Предшественник сахарная свекла, основная культура озимая пшеница. Обработка почвы Д1 безотвальная, Д2 рекомендуемая, Д3 отвальная. The predecessor is sugar beets, the main crop is winter wheat. Tillage D1 subsurface, D2 recommended, D3 dump.

Контроль вариант с дистиллированной водой. В опыте использовали вид - ряска малая (Lemna minor L.). Control option with distilled water. In the experiment, we used the species - small duckweed (Lemna minor L.).

В качестве критерия оценки экологических последствий различных агроприемов возделывания для биотеста ряска малая, использовали коэффициент роста K N/t, где N количество образовавшихся листецов за время эксперимента (t), t время эксперимента. As a criterion for assessing the environmental consequences of various agricultural practices for small biotest, the growth coefficient K N / t was used, where N is the number of formed leaves during the experiment (t), t is the experiment time.

В варианте 000 наблюдали гибель растений в горизонте 0 20 см, через 3 - 4 часа после закладки опыта. Потеря жизнеспособности ряски свидетельствует об истощении почвы. In option 000, the death of plants was observed in the horizon of 0–20 cm, 3–4 hours after laying the experiment. The loss of viability of duckweed indicates depletion of the soil.

В вариантах 111, 222, 333, 200 отличий между разными почвенными горизонтами (0 20, 20 40, 40 60 см) и способами обработки почвы не наблюдали. В варианте 002 отличия наблюдали существенные различия между способами обработки и слоями почвы. Отмечали гибель растений на 2 сутки в варианте со способом обработки Д1 и слоем почвы 0 20. Ряска теряла полностью интенсивную зеленую окраску, листецы становились бесцветными, роста не наблюдалось. В варианте 200 отмечено разъединение листецов, что позволяет судить о присутствии меди. Верхний пахотный слой, как показывают данные таблицы (варианты 000, 200, 002), содержит в себе наибольшую долю нитритов, нитратов, пестицидных остатков и солей тяжелых металлов. In variants 111, 222, 333, 200, differences between different soil horizons (0 20, 20 40, 40 60 cm) and soil cultivation methods were not observed. In option 002 differences, significant differences were observed between cultivation methods and soil layers. The death of plants was observed on the 2nd day in the variant with the treatment method D1 and a soil layer of 0 20. The duckweed lost a completely intense green color, the leaves became colorless, no growth was observed. In option 200, the separation of the leaves is noted, which allows us to judge the presence of copper. The upper arable layer, as shown in the table (options 000, 200, 002), contains the largest share of nitrites, nitrates, pesticidal residues and salts of heavy metals.

Для корректной оценки экологических последствий загрязнителей почвы поллютантами при различных агроприемах возделывания сельскохозяйственных культур необходимо отрабатывать ступенчатый метод биоиндикации. Первый этап биоиндикации можно рассматривать как предварительный, но достаточно исчерпывающий скрининг. Второй этап доказательство присутствия того или иного загрязнителя. В этой связи представляется возможным рассмотреть рясковые как биоиндикаторы на конкретные загрязнители (пестициды, соли тяжелых металлов и радиацию). To correctly assess the environmental consequences of soil pollutants with pollutants for various agricultural methods of cultivation of crops, it is necessary to develop a step-by-step method of bioindication. The first stage of bioindication can be considered as a preliminary, but rather comprehensive screening. The second stage is proof of the presence of a particular pollutant. In this regard, it seems possible to consider duckweed as bio-indicators for specific pollutants (pesticides, salts of heavy metals and radiation).

Claims

1. A method for assessing soil contamination of an agrolandscape with pollutants based on a biotester, characterized in that the plants of the duckweed family selected from the series are used as a biotester: Small duckweed (Lemna minor L.), Three-legged duckweed (Lemna trisilca L.), Common rooted (Spirodela polyrrhhiza L.), rootless wolfia (Wolfia arrhiza L.).

2. The method according to claim 1, characterized in that the plants of the duckweed family determine the degree of growth K in relation to the growth of leaves K N / t, where N is the number of formed leaves during the experiment, t is the experiment time, and the specific color of the leaves for each pollutant .