RU2314349C2 - Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone - Google Patents

Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone Download PDF

Info

Publication number
RU2314349C2
RU2314349C2 RU2006102842/13A RU2006102842A RU2314349C2 RU 2314349 C2 RU2314349 C2 RU 2314349C2 RU 2006102842/13 A RU2006102842/13 A RU 2006102842/13A RU 2006102842 A RU2006102842 A RU 2006102842A RU 2314349 C2 RU2314349 C2 RU 2314349C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
needles
catalase
activity
chlorophyll
pine
Prior art date
Application number
RU2006102842/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006102842A (en
Inventor
Вадим Григорьевич Судаков (RU)
Вадим Григорьевич Судаков
Людмила Андреевна Коваленко (RU)
Людмила Андреевна Коваленко
Надежда Леонидовна Лопаева (RU)
Надежда Леонидовна Лопаева
Original Assignee
ФГОУ ВПО Уральская государственная Сельскохозяйственная академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФГОУ ВПО Уральская государственная Сельскохозяйственная академия filed Critical ФГОУ ВПО Уральская государственная Сельскохозяйственная академия
Priority to RU2006102842/13A priority Critical patent/RU2314349C2/en
Publication of RU2006102842A publication Critical patent/RU2006102842A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2314349C2 publication Critical patent/RU2314349C2/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: method involves concurrently taking Scotch pine needle samples growing on case and control test areas, determining chlorophyll concentration and catalase activity therein. Metabolism intensity coefficient is calculated next in case and control samples as ratio of chlorophyll concentration and catalase activity. The comparison results are interpreted in terms of anthropogenic influence degree.
EFFECT: high result data reliability; low costs and labor inputs level.
3 cl, 5 tbl

Description

Изобретение относится к экологии санитарии лесных агробиогеоценозов и предназначено для санитарно-гигиенического тестирования состояния лесных экосистем и прогнозирования динамики их развития в зонах техногенного загрязнения различными по химической природе поллютантами, в том числе отходами жизнедеятельности птицефабрик и свинокомплексов.The invention relates to the ecology of sanitation of forest agrobiogeocenoses and is intended for sanitary-hygienic testing of the state of forest ecosystems and predicting the dynamics of their development in areas of technogenic pollution with pollutants of various chemical nature, including waste from poultry farms and pig farms.

Известен "Способ определения и прогнозирования санитарно-гигиенического состояния почвы в зоне промышленного свиноводства" (см. Патент РФ №2129160, C12Q 1/02. Опубл. 20.04.99. Бюл. №11). При хорошей достоверности результатов по такому способу.The well-known "Method for determining and predicting the sanitary and hygienic condition of the soil in the industrial pig breeding zone" (see RF Patent No. 2129160, C12Q 1/02. Publ. 20.04.99. Bull. No. 11). With good reliability of the results in this way.

Указанный способ не отражает состояния главных компонентов лесных экосистем - растений, произрастающих на загрязненной территории.This method does not reflect the state of the main components of forest ecosystems - plants growing in a contaminated area.

Известно также, что загрязнение среды наиболее сильно влияет на хвойные растения. Характерными признаками неблагополучия состояния окружающей среды и газового состава атмосферы является появление хлорозов и некрозов, уменьшение размеров хвои, побегов текущего года и прошлых лет, их толщины, размера и числа заложившихся почек. Наблюдается утолщение самой хвои, уменьшается продолжительность ее жизни. Все эти признаки в совокупности дают довольно объективную картину. Хвойные удобны тем, что могут служить биоиндикаторами круглогодично. Кроме того, использование хвойных дает возможность проводить биоиндикацию на больших территориях. В лесоведении и разработана система оценки состояния окружающей природной среды по комплексу признаков хвойных, используются не только морфологические показатели, которые весьма изменчивы, но и ряд биохимических изменений. В системе особое место занимает главный показатель ассимиляционных процессов в вегетативных органах - уровень содержания хлорофилла, но в хвое сосны обыкновенной, произрастающей в техногенных зонах, этот показатель может значительно варьировать, причем он не всегда бывает ниже в зонах загрязнения по сравнению с таковым у деревьев, произрастающих в экологически благоприятных районах. Последнее обусловлено компенсаторными механизмами гомеостаза, обеспечивающего выживание растений в неблагоприятных условиях. Механизмы гомеостаза в первую очередь проявляются в интенсивности процессов метаболизма, и поэтому для повышения точности прогнозов оценки состояния антропогенного влияния на лесные массивы необходимы дополнительные уточняющие показатели. Задачей изобретения является разработка способа дополнительной оценки прогнозирования состояния агробиогеоценозов, в частности, в зонах загрязнения аэрополлютантами промышленных и птицеводческих объектов, с помощью которого возможно было бы тестировать агроэкосистемы, функционирующие в контаминированных природных средах. При этом анализы должны проводиться в условиях имеющихся химических лабораторий, с использованием специалистов средней квалификации на обычном лабораторном оборудовании и при получении результатов высокой достоверности с минимальными затратами труда и средств на проведение анализов.It is also known that environmental pollution most strongly affects conifers. Characteristic signs of environmental troubles and atmospheric gas composition are the appearance of chlorosis and necrosis, a decrease in the size of needles, shoots of the current year and past years, their thickness, size and number of established buds. There is a thickening of the needles themselves, their life span is reduced. All these signs together give a fairly objective picture. Conifers are convenient in that they can serve as bio-indicators year-round. In addition, the use of conifers makes it possible to carry out bioindication in large areas. In forestry, a system for assessing the state of the environment by a set of coniferous characters has been developed, not only morphological indicators are used, which are very variable, but also a number of biochemical changes. In the system, a special place is occupied by the main indicator of assimilation processes in vegetative organs - the level of chlorophyll, but in the needles of common pine, growing in technogenic zones, this indicator can vary significantly, and it is not always lower in pollution zones compared to that in trees growing in environmentally friendly areas. The latter is due to the compensatory mechanisms of homeostasis, which ensures the survival of plants in adverse conditions. The mechanisms of homeostasis are primarily manifested in the intensity of metabolic processes, and therefore, additional refinement indicators are needed to increase the accuracy of forecasts for assessing the state of anthropogenic impact on forests. The objective of the invention is to develop a method for further assessing the prediction of the state of agrobiogeocenoses, in particular, in areas of contamination by airborne pollutants of industrial and poultry facilities, with which it would be possible to test agroecosystems operating in contaminated natural environments. At the same time, analyzes should be carried out in the conditions of existing chemical laboratories, using specialists of average qualification on conventional laboratory equipment and when obtaining results of high reliability with minimal labor and funds for analysis.

Задача решается тем, что в качестве экспресс тест анализов дополнительно определяют активность фермента каталазы в образцах хвои, взятых параллельно в зонах антропогенного воздействия и условно чистого участка, расположенных в одинаковых природных условиях. В этих же образцах определяют содержание хлорофилла, после чего проводят вычисления, определяя отношения показателей содержания хлорофилла в хвое сосны к показателям активности каталазы в них, косвенно указывающих на соотношение процессов ассимиляции и диссимиляции в тканях (на интенсивность процесса метаболизма в них).The problem is solved in that, as an express test analysis, the activity of the catalase enzyme is additionally determined in needles samples taken in parallel in areas of anthropogenic impact and a conditionally clean plot located in the same natural conditions. The chlorophyll content is determined in the same samples, after which calculations are carried out, determining the ratio of the chlorophyll content in pine needles to the catalase activity indicators in them, which indirectly indicate the ratio of assimilation and dissimilation in tissues (the intensity of the metabolic process in them).

Новизной изобретения является то, что степень адаптации деревьев к техногенной нагрузке предложено определять не по изменению отдельных показателей гомеостаза, а по изменению соотношения наиболее значимых показателей последнего.The novelty of the invention is that it is proposed to determine the degree of adaptation of trees to the anthropogenic load not by changing individual indicators of homeostasis, but by changing the ratio of the most significant indicators of the latter.

Оценку интенсивности метаболизма в ассимиляционных органах сосны обыкновенной предлагается осуществлять путем сопоставления данных о процессах накопления органического вещества и разложения последнего. При этом в качестве объективного показателя процесса ассимиляции в хвое сосны обыкновенной используют уровень содержания хлорофилла в ней, косвенно отражающий интенсивность накопления органической массы. О степени скомпенсированности противоположно направленного процесса диссимиляции органического вещества в хвое сосны обыкновенной различных техногенных территорий предложено судить по активности ферментов оксидоредуктаз, участвующих в процессах разложения. В частности, по ферменту каталаза, участвующему в процессах разложения перекисных соединений, образующихся при анаболизме в тканях ассимиляционных органов растений. При этом показатели активности каталазы в хвое сосны обыкновенной использованы в качестве биоиндикаторов на степень воздействия аэрогенных поллютантов на агробиогеоценозы техногенных зон.It is proposed to evaluate the metabolic rate in the assimilation organs of Scots pine by comparing data on the processes of accumulation of organic matter and decomposition of the latter. Moreover, the level of chlorophyll content in it, which indirectly reflects the rate of accumulation of organic matter, is used as an objective indicator of the process of assimilation in the pine needles. It is proposed to judge the degree of compensation of the oppositely directed process of organic matter dissimilation in the pine needles of various technogenic territories by the activity of oxidoreductase enzymes involved in decomposition processes. In particular, the enzyme catalase involved in the decomposition of peroxide compounds formed during anabolism in the tissues of plant assimilation organs. At the same time, the activity indicators of catalase in the needles of common pine were used as bioindicators on the degree of influence of aerogenic pollutants on the agrobiogeocenoses of technogenic zones.

Причем при исследованиях необходимо учитывать гидротермические условия вегетационного периода, которые в разные годы бывают различными. Поэтому для проведения объективной оценки влияния антропогенного воздействия на уровень метаболических процессов в хвое сосны обыкновенной введен дополнительный коэффициент, показывающий соотношение процессов ассимиляции и диссимиляции в хвое сосны обыкновенной.Moreover, when researching, it is necessary to take into account the hydrothermal conditions of the growing season, which are different in different years. Therefore, to conduct an objective assessment of the influence of anthropogenic effects on the level of metabolic processes in the needles of pine, an additional coefficient was introduced that shows the ratio of the processes of assimilation and dissimilation in the needles of pine.

В качестве коэффициента интенсивности метаболизма (КИМ) принято отношение показателя содержания хлорофилла (мг/1 г) в хвое сосны обыкновенной к показателю активности каталазы (см3O2 /2мин) в этом же субстрате.The ratio of the indicator of chlorophyll content (mg / 1 g) in pine needles to the activity index of catalase (cm 3 O 2 1g / 2min ) in the same substrate was taken as the coefficient of metabolic intensity (KIM).

Figure 00000001
Figure 00000001

Где:Where:

а - численное значение содержания хлорофилла в 1 г абсолютно сухой хвои;a - the numerical value of the content of chlorophyll in 1 g of absolutely dry needles;

в - значение активности каталазы в 1 г абсолютно сухой хвои.c - the value of catalase activity in 1 g of absolutely dry needles.

Введение коэффициента метаболизма в тканях ассимиляционных органов сосны обыкновенной позволяет выявить в них закономерное возрастание интенсивности обменных процессов, что характеризует направленность гомеостаза на восстановление нарушений в биологических системах, вызванных влиянием аэротехногенных поллютантов.The introduction of the metabolic coefficient in the tissues of the assimilation organs of Scots pine makes it possible to reveal in them a regular increase in the intensity of metabolic processes, which characterizes the focus of homeostasis on the restoration of disorders in biological systems caused by the influence of aerotechnogenic pollutants.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

На обследуемом объекте намечают деревья для отбора проб. Ветви однопородных и одновозрастных деревьев хвойных срезаются на высоте не менее 2 м с части кроны, примыкающей к зонам с загрязненным воздухом. Отбор образцов на пробной площади (ПП) проводят в пяти точках, расположенных по диагонали, в трех повторностях на каждом дереве. Указанные параметры приняты по результатам многочисленных практических опытов как обеспечивающие требующуюся точность прогноза.Trees for sampling are planned at the test site. Branches of coniferous trees of the same breed and of the same age are cut at a height of at least 2 m from a part of the crown adjacent to areas with polluted air. Sampling on the test area (PP) is carried out at five points located diagonally, in triplicate on each tree. The indicated parameters were adopted based on the results of numerous practical experiments as ensuring the required forecast accuracy.

Взятые образцы упаковывают и доставляют в лабораторию для проведения анализов на содержание в хвое хлорофилла и активности фермента каталазы, которую определяют газометрическим методом, основанном на учете кислорода, выделившегося в результате каталитического действия измельченной ткани хвои на перекись водорода с использованием каталазника, в который помещают 1 г исследуемой хвои, 500 мг углекислого кальция, стаканчик с 5 мл 3% перекиси водорода и плотно закрывают каучуковой пробкой, соединенной с бюреткой (см. ход анализа).The samples are packaged and delivered to the laboratory for analysis of the content of chlorophyll in the needles and the activity of the catalase enzyme, which is determined by a gasometric method based on the oxygen released as a result of the catalytic effect of the chopped needles tissue on hydrogen peroxide using a catalase in which 1 g is placed test needles, 500 mg of calcium carbonate, a glass with 5 ml of 3% hydrogen peroxide and tightly closed with a rubber stopper connected to the burette (see analysis).

Для определения газометрическим методом активности каталазы используют следующие реактивы:The following reagents are used to determine catalase activity by a gasometric method:

1. 3% раствор перекиси водорода;1. 3% hydrogen peroxide solution;

2. СаСО3.2. CaCO 3 .

Ход анализа: Навеску измельченной хвои 1 г внести в колбу емкостью 100 мл, добавить 0,5 г СаСО3. Осторожно на дно колбы поставить пинцетом стаканчик с 5 мл 3%-ного раствора перекиси водорода. Колбу плотно закрыть пробкой, имеющей трубку, соединенную через тройник, снабженный зажимом или краном, с бюреткой. Последняя сообщается с грушей. Бюретка и груша заполнены водой. Уровень воды в бюретке и груше уравновешивают и грушу закрепляют на определенной высоте. Закрывают кран. Нужно следить, чтобы уровень воды в бюретке оставался неподвижным, что свидетельствует о достижении температурного равновесия в приборе и комнате.Analysis progress: Add a sample of ground needles of 1 g to a 100 ml flask, add 0.5 g of CaCO 3 . Carefully put a glass of 5 ml of a 3% hydrogen peroxide solution on the bottom of the flask. Close the flask tightly with a stopper having a tube connected through a tee equipped with a clamp or tap to the burette. The latter is reported with a pear. The burette and pear are filled with water. The water level in the burette and pear is balanced and the pear is fixed at a certain height. Close the tap. It is necessary to ensure that the water level in the burette remains motionless, which indicates the achievement of temperature equilibrium in the device and the room.

Начало опыта отмечают по секундомеру в тот момент, когда стаканчик с перекисью водорода опрокидывается и вслед за этим встряхивается содержимое колбы. Взбалтывание смеси следует продолжать во время опыта, не касаясь непосредственно колбы руками. Выделяющийся кислород вытесняет из бюретки воду, уровень которой необходимо отметить. Контролем служит стерилизованная сухим жаром хвоя.The start of the experiment is noted by the stopwatch at the moment when the glass with hydrogen peroxide is knocked over and after that the contents of the flask are shaken. Shaking the mixture should be continued during the experiment, without touching the flask directly with your hands. The evolved oxygen displaces water from the burette, the level of which must be noted. The needles sterilized by dry heat are the control.

Количество выделившегося молекулярного кислорода учитывается при температуре 18-20°С через 30 с в течение 1-2 минут.The amount of molecular oxygen released is taken into account at a temperature of 18-20 ° C after 30 s for 1-2 minutes.

Активность каталазы выражается в миллилитрах кислорода, выделившегося на 1 г хвои за определенный промежуток времени (2 минуты).Catalase activity is expressed in milliliters of oxygen released per 1 g of needles over a certain period of time (2 minutes).

Ошибка определения допускается до 5%.Definition error is allowed up to 5%.

Метод определения хлорофилла фотометрически основан на извлечении хлорофилла из листа растворителями (спирт, ацетон) и его определении на фотоэлектроколориметре или спектрофотометре. Определение хлорофилла в хвое сосны проводится на свежем материале.The method of determining chlorophyll is photometrically based on the extraction of chlorophyll from a sheet with solvents (alcohol, acetone) and its determination on a photoelectrocolorimeter or spectrophotometer. Determination of chlorophyll in pine needles is carried out on fresh material.

Для работы берут навеску 1 г хвои. Предварительно определяют влажность хвои. Навеску растительного материала тщательно измельчают в фарфоровой ступке с битым стеклом, добавляя мел или углекислый магний. Извлечение из растительного материала проводят 90%-ным спиртом.For work, take a sample of 1 g of needles. Pre-determine the humidity of the needles. A portion of the plant material is carefully ground in a porcelain mortar with broken glass, adding chalk or magnesium carbonate. Extraction from plant material is carried out with 90% alcohol.

К растертому растительному материалу прибавляют растворитель и материал продолжают растирать вместе с растворителем.A solvent is added to the pulverized plant material and the material continues to be ground together with the solvent.

В колбе Бунзена в отверстие пробки укрепляют стеклянный фильтр (диаметр фильтра должен соответствовать количеству исследуемого материала). Колбу соединяют с насосом и производят просасывание жидкости. В ступку приливают растворитель и вновь растирают в течение минуты, затем переносят на фильтр всю растительную массу, уплотняют ее палочкой и отсасывают. Промывание ведут до тех пор, пока стекающий раствор не станет бесцветным. Затем экстракт переносят в мерную колбу на 50 мл, ополаскивая несколько раз Бунзеновскую колбу и выливая в мерную. Вытяжку доводят до черты растворителем.In a Bunsen flask, a glass filter is strengthened in the plug hole (the diameter of the filter must correspond to the amount of material to be studied). The flask is connected to the pump and the liquid is sucked out. The solvent is poured into the mortar and triturated again for a minute, then the whole plant mass is transferred to the filter, compacted with a stick and sucked off. Rinsing is carried out until the flowing solution becomes colorless. Then the extract is transferred to a 50 ml volumetric flask, rinsing several times with a Bunsen flask and pouring into a volumetric flask. The hood is brought to hell with a solvent.

Колориметрирование раствора производят на фотоэлектроколориметре с красным светофильтром (ФЭК-56М). Если жидкость окрашена в интенсивно зеленый цвет, ее необходимо разбавить, так как при больших концентрациях величины на ФЭКе могут выходить за пределы разрешающей способности прибора.The colorimetric solution is carried out on a photoelectric colorimeter with a red light filter (FEK-56M). If the liquid is colored intensely green, it must be diluted, since at high concentrations the values on the FEK can go beyond the resolution of the device.

Для пересчета хлорофилла на стандартные величины используют раствор Гетри, который готовится следующим образом:To convert chlorophyll to standard values, a Getry solution is used, which is prepared as follows:

1) 1%-ный раствор CuSO4·5H2O (берут только синие кристаллы),1) 1% solution of CuSO 4 · 5H 2 O (take only blue crystals),

2) 2%-ный раствор К2Cr2O7,2) 2% solution of K 2 Cr 2 O 7 ,

3) 7%-ный раствор аммиака (на 7 мл 18% аммиака надо взять 11 мл воды).3) 7% ammonia solution (for 7 ml of 18% ammonia you need to take 11 ml of water).

Для изготовления стандарта в мерную колбу емкостью 100 мл точно отмеривают растворы (CuSO4·5H2O - 28,5 мл, К2CrO7 - 50 мл, NH4OH - 10 мл), доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.To make a standard, solutions are accurately measured in a 100 ml volumetric flask (CuSO 4 · 5H 2 O - 28.5 ml, K 2 CrO 7 - 50 ml, NH 4 OH - 10 ml), adjusted to the mark with distilled water and mixed.

Раствор Гетри по окраске колориметрически эквивалентен раствору кристаллического хлорофилла, по содержанию последнего 85 мг/л.Getri's solution is colorimetrically equivalent in color to a solution of crystalline chlorophyll, with a concentration of the latter of 85 mg / L.

Методом разбавления стандартного раствора строят калибровочную кривую, где по оси абсцисс откладывают содержание хлорофилла (мг/л), а по оси ординат - оптическую плотность. Калибровочную кривую строят от 0,085 мг/л (1 мл исходного раствора и 99 мл воды) до 7,65 мг/л (90 мл исходного раствора и 10 мл воды).A calibration curve is constructed by diluting a standard solution, where the chlorophyll content (mg / l) is plotted along the abscissa, and the optical density is plotted along the ordinate. A calibration curve is constructed from 0.085 mg / L (1 ml of the stock solution and 99 ml of water) to 7.65 mg / L (90 ml of the stock solution and 10 ml of water).

Измерения на ФЭКе производят несколько раз, вычисляя среднее. По полученным данным определяют концентрацию хлорофилла в опытных образцах по калибровочной кривой. Затем вычисляют количество хлорофилла в процентах.The measurements on the FEK are performed several times, calculating the average. According to the data obtained, the concentration of chlorophyll in the test samples is determined by the calibration curve. The percentage of chlorophyll is then calculated.

Предложенное определение интенсивности метаболизма (КИМ) в тканях хвои сосны обыкновенной осуществляют по приведенной выше формуле.The proposed determination of metabolic rate (CIM) in the tissues of pine needles is carried out according to the above formula.

Пример 1. Оценка состояния агробиогеоценозов в зонах промышленного загрязнения Полевского криолитового (ПКЗ) и Среднеуральского медеплавильного (СУМЗ) заводов на удалении 1,5-2,0 км от источников загрязнения в сторону господствующей розы ветров (северо-восточное направление). Контроль: 26 км от ПКЗ и 24 км от СУМЗа.Example 1. Assessment of the state of agrobiogeocenoses in the industrial pollution zones of the Polevskoy cryolite (PCZ) and Sredneuralskiy smelter (SUMZ) plants at a distance of 1.5-2.0 km from the pollution sources towards the prevailing wind rose (north-east direction). Control: 26 km from the PKZ and 24 km from the SUMZ.

Пробы хвои отбирались согласно приведенным выше правилам в 3-х повторностях.Needle samples were taken in accordance with the above rules in 3 replicates.

1. Результаты исследования по оценке состояния агробиогеоценозов в зонах влияния ПКЗ и СУМЗА путем определения активности каталазы и содержания хлорофилла в хвое сосны обыкновенной у деревьев, произрастающих вблизи от заводов, анализировали методом сравнения данных, полученных на исследуемых и контрольной пробных площадях (табл.1). Степень деградации агробиогеоценозов определяли по изменению этих показателей по отношению к контролю, обусловленному адаптацией древесных растений к поллютантам. Полученные данные (табл.1) свидетельствуют о возрастании напряженности адаптационных процессов по мере усиления загрязнения.1. The results of a study evaluating the state of agrobiogeocenoses in the zones of influence of SCZ and SUMZA by determining the activity of catalase and the content of chlorophyll in pine needles in trees growing near plants were analyzed by comparing the data obtained in the studied and control sample plots (Table 1) . The degree of degradation of agrobiogeocenoses was determined by the change in these indicators relative to the control, due to the adaptation of woody plants to pollutants. The data obtained (Table 1) indicate an increase in the intensity of adaptation processes with increasing pollution.

Таблица 1Table 1 Результаты определения показателей гомеостаза в хвое сосны при различном уровне загрязнения аэротехногенными поллютантамиThe results of determining the indicators of homeostasis in pine needles at different levels of pollution with aerotechnogenic pollutants ПоказателиIndicators Усл.-контр.Service counter Импактная зона ПКЗImpact zone PKZ Импактная зона СУМЗImpact zone SUMZ Отношение показателей метаболизма*Metabolism ratio * Возраст хвоиNeedles age 1 г. жизни1 year of life 2 г. жизни2 years of life 1 г. жизни1 year of life 2 г. жизни2 years of life 1 г. жизни1 year of life 2 г. жизни2 g of life ПКЗ
1 г. 2 г.
PKZ
1 g. 2 g.
СУМЗ
1 г. 2 г.
SUMZ
1 g. 2 g.
Хлорофилл "а", мг/гChlorophyll "a", mg / g 2,012.01 1,71.7 1,91.9 1,581,58 1,851.85 1,451.45 0,940.94 0,930.93 0,90.9 0,850.85 Каталаза, см3О2 /2мин Catalase, cm 3 About 2 1g / 2min 26,426,4 3131 20,420,4 22,022.0 16,516.5 17,517.5 0,810.81 0,710.71 0,630.63 0,560.56 КИМKim 0,0760,076 0,0550,055 0,0930,093 0,0720,072 0,1120,112 0,0830,083 1,221.22 1,311.31 1,471.47 1,511.51 Возрастание КИМ с усилением загрязненияCMM increase with increased pollution 22%22% 31%31% 47%47% 51%51% * Отношение показателей метаболизма хвои 1 и 2 года жизни в импактных зонах к показателям на условно контрольной ПП**.* The ratio of the indicators of the needles metabolism of 1 and 2 years of life in the impact zones to the indicators on the conditionally control PP **. ** Условно-контрольная пробная площадь (ПП) на расстоянии 26 км от ПКЗ.** Conditional control trial area (PP) at a distance of 26 km from the PKZ. Импактная зона ПКЗ - на расстоянии 1,5-2 км от завода.Impact zone PKZ - at a distance of 1.5-2 km from the plant. Импактная зона ПРПУ - на расстоянии 2 км от СУМЗа, гора Магнитка.Impact zone PRPU - at a distance of 2 km from the SUMZ, Mount Magnitka.

Так, согласно представленным данным (в табл.1) содержание хлорофилла в хвое сосны обыкновенной в импактных зонах составляет 85-94% от такового на условно-контрольной пробной площади (ПП). Активность каталазы также снижена в импактных зонах по сравнению с условно-контрольной пробной площадью и составляет 56-81% активности фермента в хвое сосны обыкновенной у деревьев, произрастающих в более благополучных экологических условиях. Однако соотношения этих показателей (КИМ) указывают на усиление процессов обмена веществ в зонах техногенного загрязнения по сравнению с таковым в условно-контрольной пробной площади, причем чем выше уровень загрязнения, тем более значимы отличия в интенсивности метаболизма в техногенных зонах по сравнению с контролем. Следовательно, для оценки состояния сосновых агробиогеоценозов более целесообразно использовать в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды выведенные на основе наблюдений коэффициенты: отношения показателей, отражающих процессы жизнедеятельности биологических систем (предложенный КИМ).Thus, according to the data presented (in Table 1), the content of chlorophyll in the needles of Scots pine in the impact zones is 85-94% of that in the conditionally control trial area (PP). Catalase activity is also reduced in impact zones compared with the conditionally control trial area and makes up 56-81% of the enzyme activity in the needles of common pine in trees growing in more favorable environmental conditions. However, the ratios of these indicators (CIM) indicate an increase in metabolic processes in the zones of technogenic pollution compared with that in the conditionally control trial area, and the higher the level of pollution, the more significant the differences in the metabolic rate in technogenic zones compared with the control. Therefore, to assess the state of pine agrobiogeocenoses, it is more expedient to use coefficients derived from observations as bioindicators of environmental pollution: ratios of indicators reflecting the vital processes of biological systems (proposed by KIM).

Преимущество вводимого биоиндикатора (КИМ) по сравнению с ранее используемыми (хлорофилл, каталаза, полифенолоксидаза и другие) заключается в более объективной оценке состояния ассимиляционных органов сосны обыкновенной в техногенных зонах, чем по отдельным показателям. Так, приведенные в табл.1 значения данного коэффициента показывают снижение интенсивности метаболизма в хвое 2 года по сравнению с хвоей 1 года (что естественно для всех более старших биологических систем), в то время как по отдельным показателям (активности каталазы и содержания хлорофилла) эта закономерность выражена недостаточно четко.The advantage of the introduced bioindicator (CMM) compared to previously used ones (chlorophyll, catalase, polyphenol oxidase and others) is a more objective assessment of the state of assimilation organs of Scots pine in technogenic zones than by individual indicators. So, the values of this coefficient given in Table 1 show a decrease in the metabolic rate in needles for 2 years compared with needles for 1 year (which is natural for all older biological systems), while for some indicators (catalase activity and chlorophyll content) this the pattern is not expressed clearly enough.

Кроме того, КИМ позволяет обосновать сокращение продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной в импактных зонах (табл.2) усилением обменных процессов в ней. Следовательно, данный показатель имеет прогностическое значение для функционирования ассимиляционных органов сосны обыкновенной в техногенных зонах, поскольку достоверно выявлена отрицательная корреляционная связь rxy=-0,8 между продолжительностью жизни хвои и КИМ.In addition, KIM allows one to substantiate a reduction in the life span of pine needles in impact zones (Table 2) by an increase in metabolic processes in it. Therefore, this indicator has prognostic value for the functioning of the assimilation organs of Scots pine in technogenic zones, since a negative correlation rxy = -0.8 between the life span of the needles and CMM was reliably revealed.

Таблица 2table 2 Продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной на пробных площадях с разным уровнем техногенной нагрузки, коэффициент интенсивности метаболизма (КИМ)The life span of pine needles on trial plots with different levels of anthropogenic load, metabolic rate coefficient (CIM) ПоказателиIndicators Условно-контрольн. пробн. ПлощадьConditionally control. trial Area Импактная зона ПКЗImpact zone PKZ Импактная зона СУМЗImpact zone SUMZ Продолжит. жизниWill continue. of life 3,0-3,53.0-3.5 2,0-2,52.0-2.5 1,5-2,01.5-2.0 КИМ хвои 1 г. жизни.KIM needles 1 year of life. 0,0760,076 0,0930,093 0,1120,112

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.Thus, the studies allow us to draw the following conclusions.

1. На основании проведенного анализа данных о показателях метаболизма в хвое сосны обыкновенной предложен новый оригинальный подход к биоиндикации окружающей природной среды по определению коэффициентов, отражающих основные процессы обмена веществ в тканях ассимиляционных органов деревьев, произрастающих в условиях техногенного загрязнения.1. Based on the analysis of data on metabolic rates in pine needles, a new original approach to the bioindication of the environment is proposed to determine the coefficients that reflect the main metabolic processes in the tissues of the assimilation organs of trees growing under conditions of industrial pollution.

2. Применение введенного коэффициента интенсивности метаболизма (КИМ) для оценки состояния обмена веществ в тканях ассимиляционных органов сосны обыкновенной, позволяет выявить снижение уровня жизнедеятельности в хвое 2 года жизни по сравнению с таковым в хвое 1 года жизни в среднем на 25,5%.2. The use of the introduced metabolic intensity coefficient (CIM) for assessing the state of metabolism in the tissues of the assimilation organs of Scots pine reveals a decrease in vital activity in the needles of 2 years of life compared to 25.5% on average in the needles of 1 year of life.

3. Изучение обменных процессов в хвое деревьев популяций сосны обыкновенной, произрастающих на техногенных территориях Свердловской области, путем определения коэффициентов интенсивности метаболизма (КИМ) выявило наиболее высокие значения этих показателей в импактной зоне СУМЗа с высоким уровнем техногенного загрязнения.3. The study of metabolic processes in the needles of trees of common pine populations growing in the technogenic territories of the Sverdlovsk Region, by determining the metabolic intensity coefficients (CMM), revealed the highest values of these indicators in the impact zone of the SUMZ with a high level of technogenic pollution.

4. Результаты определения возрастания интенсивности метаболизма в тканях сосны обыкновенной в зонах техногенного загрязнения с повышением уровня последнего согласуется с данными о продолжительности жизни хвои в импактных зонах СУМЗ и ПКЗ*, что позволяет рекомендовать коэффициент интенсивности метаболизма (КИМ) для биотестирования антропогенной нагрузки на лесные экосистемы и прогнозирования их состояния (* имеется тесная отрицательная корреляционная связь между продолжительностью жизни хвои и КИМ в хвое 1 года жизни r=-0,8).4. The results of determining the increase in the metabolic rate in the tissues of common pine in areas of technogenic pollution with an increase in the level of the latter are consistent with data on the life expectancy of needles in the impact zones of the SUMZ and SCZ *, which makes it possible to recommend a metabolic rate coefficient (CMM) for biotesting the anthropogenic load on forest ecosystems and predicting their condition (* there is a close negative correlation between the life span of the needles and CMM in the needles of 1 year of life r = -0.8).

Пример 2. Определение состояния агробиогеоценозов в зоне влияния ФГУП ППЗ "Свердловский" на различном удалении 10-1000 метров от него.Example 2. Determining the state of agrobiogeocenoses in the zone of influence of the Federal State Unitary Enterprise PPZ Sverdlovsky at various distances of 10-1000 meters from it.

Об антропогенном влиянии аэрополлютантов птицеводческих предприятий на состояние окружающей природной среды можно судить по различным показателям, полученным биоиндикационными методами, при выполнении которых точку взятия контрольных образцов располагают вне зоны достоверного загрязнения сельхозпредприятия.The anthropogenic impact of airborne pollutants of poultry enterprises on the state of the environment can be judged by various indicators obtained by bioindication methods, during which the control point is taken outside the zone of significant pollution of the agricultural enterprise.

Обработку взятых образцов хвои по предложенному способу оценки состояния агробиогеоценозов и по стандартным методикам проводили в лаборатории кафедры экологии и зоогигиены Уральской Государственной сельскохозяйственный Академии г.Екатеринбург. Результаты исследований после математической обработки сведены в табл.3 и 4.Processing of taken needle samples according to the proposed method for assessing the state of agrobiogeocenosis and using standard methods was carried out in the laboratory of the Department of Ecology and Pet Hygiene of the Ural State Agricultural Academy of Yekaterinburg. The results of studies after mathematical processing are summarized in tables 3 and 4.

Исследования по определению содержания хлорофилла "а" и активности фермента каталазы в тканях хвои сосны обыкновенной в зоне деятельности ФГУП ППЗ "Свердловский" проводились в зимний, весенний и осенний периоды на разных расстояниях по мере удаления от источника загрязнения, с учетом преобладающих в данной зоне ветров (юго-западное направление).Studies to determine the content of chlorophyll "a" and the activity of the catalase enzyme in the tissues of pine needles in the area of activity of the Federal State Unitary Enterprise PPZ Sverdlovsky were carried out in winter, spring and autumn at different distances as they moved away from the source of pollution, taking into account the prevailing winds in this area (southwest direction).

Результаты определения показателей активности каталазы и содержания хлорофилла в хвое сосны обыкновенной у деревьев, произрастающих на территории Свердловской области, в лесном массиве Сысертского района, который, согласно районированию по остроте экологической ситуации, относится к районам с условно-удовлетворительной экологической ситуацией. Исключение составляют результаты определения содержания хлорофилла в хвое деревьев осенью: в конце вегетационного периода наблюдалось значительное его увеличение до 1.6%, что превышает верхний предел колебаний содержания хлорофилла в хвое деревьев, указанный в литературных источниках.The results of determining the indicators of catalase activity and the content of chlorophyll in the needles of common pine in trees growing in the Sverdlovsk region, in the forest of the Sysert district, which, according to regionalization according to the severity of the ecological situation, refers to areas with a conditionally satisfactory environmental situation. An exception is the results of determining the chlorophyll content in the needles of trees in autumn: at the end of the growing season, a significant increase to 1.6% was observed, which exceeds the upper limit of fluctuations in the chlorophyll content in the needles of trees, indicated in the literature.

Данные о содержании хлорофилла (табл.3) в хвое деревьев, произрастающих на пробных площадях в зоне влияния ФГУП ППЗ "Свердловский", в зимний период либо снижены по сравнению с нижним пределом диапазона значений (0.3-1.3% - по литературным данным) содержания хлорофилла в хвое сосны обыкновенной, либо незначительно превышают этот нижний предел (0,3%) на всех, за исключением контрольной, пробных площадях.Data on the chlorophyll content (Table 3) in the needles of trees growing on test plots in the zone of influence of Sverdlovsky FSUE PPZ in winter is either reduced compared to the lower limit of the value range (0.3-1.3% according to published data) of the chlorophyll content in pine needles, or slightly exceed this lower limit (0.3%) in all, except for the control, trial plots.

Весной содержание хлорофилла в хвое сосны обыкновенной на изучаемых пробных площадях в зоне влияния племптицезавода на разных расстояниях от него было значительно выше, чем в зимний период и составляло 0.52-0.76%. Самые высокие показатели содержания хлорофилла в этот период, также как и в зимний, выявлены в хвое деревьев, произрастающих на контрольной пробной площади (5 км в юго-западном направлении) и превышают данные, полученные на пробных площадях в зоне влияния источника загрязнения 1.1-1.6 раз.In the spring, the content of chlorophyll in the needles of Scots pine at the test plots under study in the influence zone of the poultry plant at different distances from it was significantly higher than in winter and amounted to 0.52-0.76%. The highest levels of chlorophyll in this period, as well as in winter, were found in the needles of trees growing on the control trial area (5 km in the south-west direction) and exceed the data obtained on trial areas in the zone of influence of the pollution source 1.1-1.6 time.

В осенний период содержание хлорофилла в хвое деревьев на всех пробных площадях было наиболее высоким, причем на пробных площадях, расположенных с подветренной стороны (юго-западное направление) по отношению к источнику загрязнения, уровень его превышал верхний предел колебаний, указанный в литературных источниках.In the autumn period, the content of chlorophyll in the needles of trees was the highest in all test areas, and in the test areas located on the leeward side (south-west direction) with respect to the source of pollution, its level exceeded the upper limit of fluctuations indicated in the literature.

Таким образом, проведенные исследования показали, что процесс фотосинтеза осуществляется ассимиляционными органами сосны обыкновенной особенно активно в конце вегетационного периода, его интенсивность резко снижается зимой и усиливается к весне.Thus, the studies showed that the process of photosynthesis is carried out by the assimilation organs of Scots pine especially actively at the end of the growing season, its intensity decreases sharply in winter and increases by spring.

Таблица 3Table 3 Результаты фотоколориметрического определения хлорофилла в хвое 2 года жизниThe results of photocolorimetric determination of chlorophyll in needles 2 years of life Место взятия образца по отношению к источнику загрязненияPlace of sampling in relation to the source of pollution Содержание хлорофилла в расчете на абс. сух массу хвои (%)Chlorophyll content based on abs. dry mass of needles (%) НаправлениеDirection РасстояниеDistance Декабрь 2003 г.December 2003 Март 2004 г.March 2004 Сентябрь 2004 г.September 2004 С-ЗNW 10 м10 m 0.2±0.0180.2 ± 0.018 0.52±0.0500.52 ± 0.050 0.78±0.0760.78 ± 0.076 50 м50 m 0.15±0.0130.15 ± 0.013 0.54±0.0520.54 ± 0.052 0.92±0.0910.92 ± 0.091 200 м200 m 0.13±0.0110.13 ± 0.011 0.52±0.0510.52 ± 0.051 0.81±0.820.81 ± 0.82 500 м500 m 0.33±0.0320.33 ± 0.032 0.6±0.0580.6 ± 0.058 0.57±0.0580.57 ± 0.058 Ю-ЗS-z 10 м10 m 0.18±0.0150.18 ± 0.015 0.55±0.0530.55 ± 0.053 1.44±0.1201.44 ± 0.120 50 м50 m 0.11±0.0100.11 ± 0.010 0.60±0.0590.60 ± 0.059 1.5±0.1401.5 ± 0.140 200 м200 m 0.37±0.0350.37 ± 0.035 0.52±0.0520.52 ± 0.052 1.14±0.1101.14 ± 0.110 1000 м1000 m 0.36±0.0350.36 ± 0.035 0.63±0.0620.63 ± 0.062 1.6±0.1601.6 ± 0.160 КонтрольThe control 5000 м5000 m 0.48±0.0460.48 ± 0.046 0.86±0.0870.86 ± 0.087 1.6±0.1591.6 ± 0.159

Наиболее благоприятные условия для функционирования ассимиляционных органов сосны обыкновенной выявлены согласно полученным данным на контрольной пробной площади, где во все периоды наблюдения показания хлорофилла в хвое сосны обыкновенной наиболее высокие. Неблагоприятные условия для процесса ассимиляции, обнаружены уже на удалении 200 м от источника загрязнения как в северо-западном, так и в юго-западном направлениях.The most favorable conditions for the functioning of the assimilation organs of Scots pine were identified according to the data obtained in the control trial plot, where during all periods of observation the readings of chlorophyll in the needles of Scots pine are highest. Adverse conditions for the assimilation process were found already at a distance of 200 m from the source of pollution in both the north-west and south-west directions.

Другим объективным методом оценки физиологического состояния ассимиляционных органов деревьев, произрастающих в условиях антропогенного воздействия, может быть ферментативный анализ хвои сосны обыкновенной. При благоприятных условиях роста любые растения, как правило, имеют стабильные показатели ферментативной активности, в изменяющихся - напротив, размах колебаний значений показателей тем выше, чем сильнее какое-либо воздействие. Так, повышение активности оксидоредуктаз в тканях хвои свидетельствует о глубоких нарушениях важнейших физиологических процессов в них, об образовании перекисей, а также о существенных сдвигах в окислительно-восстановительных реакциях (Н.М.Шебалова, Л.Г.Бабушкина, 1999; О.П.Неверова, 2003).Another objective method for assessing the physiological state of the assimilation organs of trees growing under anthropogenic conditions can be an enzymatic analysis of pine needles. Under favorable growth conditions, any plants, as a rule, have stable indicators of enzymatic activity, and in varying - on the contrary, the range of fluctuations of the values of the indicators is higher, the stronger is any effect. Thus, an increase in the activity of oxidoreductases in the needles' tissues indicates deep violations of the most important physiological processes in them, the formation of peroxides, as well as significant changes in redox reactions (N.M. Shebalova, L.G. Babushkina, 1999; O.P .Neverova, 2003).

Исследования по определению активности каталазы в хвое сосны обыкновенной показали, что наибольшие значения активности фермента были в зимнее время года (табл. 4). Выявленная закономерность обусловлена затуханием ассимиляционных процессов с преобладанием анаболизма (разрушения органических веществ диссимиляции, накопленных в вегетативный период ассимиляционными процессами органических веществ: сахара, аскорбиновой кислоты и т.д.Studies to determine the activity of catalase in pine needles showed that the highest values of enzyme activity were in the winter season (Table 4). The revealed regularity is due to the attenuation of assimilation processes with a predominance of anabolism (destruction of organic substances of dissimilation, accumulated during the vegetative period by assimilation processes of organic substances: sugar, ascorbic acid, etc.

Таблица 4Table 4 Результаты определения фермента каталазы в хвое сосны обыкновенной на разном удалении от ФГУП ППЗ "Свердловский"The results of the determination of the catalase enzyme in the needles of common pine at different distances from the federal state unitary enterprise PPZ Sverdlovsky Место взятия образцаSampling location Расстояние от ППЗ\на прав.Distance from PPZ \ on the right. Активность фермента каталазы в пересчете на абс. сух. вес хвои (см3O2 /2 мин)The activity of the enzyme catalase in terms of abs. dry needles weight (cm 3 O 2 1g / 2 min ) Декабрь 2003 г.December 2003 Март 2004 г.March 2004 Сентябрь 2004 г.September 2004 Хвоя 1 г.Needles 1 g. Хвоя 2 г.Needles 2 g. Хвоя 1 г.Needles 1 g. Хвоя 2 г.Needles 2 g. Хвоя 1 г.Needles 1 g. Хвоя 2 г.Needles 2 g. С-ЗNW 10 м10 m 17,2±1,5617.2 ± 1.56 15,0±1.5015.0 ± 1.50 8.7±0.858.7 ± 0.85 10.7±1.1010.7 ± 1.10 8.5±5.378.5 ± 5.37 11.2±1.111.2 ± 1.1 50 м50 m 17,0±1,6517.0 ± 1.65 13,4±1.2613.4 ± 1.26 7.5±0.757.5 ± 0.75 6.5±5.566.5 ± 5.56 7.4±5.797.4 ± 5.79 7.3±0.697.3 ± 0.69 200 м200 m 32,4±3,2032.4 ± 3.20 27,0±2.7827.0 ± 2.78 19.3±1.9519.3 ± 1.95 21.1±2.1021.1 ± 2.10 18.7±15.518.7 ± 15.5 18.3±1.818.3 ± 1.8 500 м500 m 47.4±4.5047.4 ± 4.50 48.0±4.5948.0 ± 4.59 13.4±1.2313.4 ± 1.23 10.7±1.5610.7 ± 1.56 14.1±14.114.1 ± 14.1 13.3±1.1013.3 ± 1.10 Ю-ЗS-z 10 м10 m 29.7±2.8929.7 ± 2.89 40.5±4.1040.5 ± 4.10 21.2±2.121.2 ± 2.1 1.78±1.501.78 ± 1.50 17.6±1.7017.6 ± 1.70 16.4±1.5016.4 ± 1.50 50 м50 m 54.0±5.054.0 ± 5.0 60.7±6.5060.7 ± 6.50 20.0±2.020.0 ± 2.0 20.6±2.1020.6 ± 2.10 23.3±2.2323.3 ± 2.23 23.2±2.2323.2 ± 2.23 200 м200 m 31.7±3.1031.7 ± 3.10 34.6±3.5634.6 ± 3.56 21.0±2.021.0 ± 2.0 20.0±2.020.0 ± 2.0 22.5±2.2022.5 ± 2.20 22.6±2.1022.6 ± 2.10 1000 м1000 m 50.0±4.9750.0 ± 4.97 40.0±3.7140.0 ± 3.71 20.6±2.020.6 ± 2.0 20.7±1.9820.7 ± 1.98 20.0±2.020.0 ± 2.0 22.2±2.2022.2 ± 2.20 Контрольно-пробный участокControl plot 32.5±3.1032.5 ± 3.10 32.8±3.2632.8 ± 3.26 24.6±2.2024.6 ± 2.20 33.8±3.3033.8 ± 3.30 20,6±2.1020.6 ± 2.10 25.3±2.5025.3 ± 2.50

Высокая активность каталазы, превосходящая таковую в хвое деревьев, произрастающих на контрольной пробной площади, выявлена на пробных площадях, удаленных на 200-1000 м в северо-западном и на 50-1000 м в юго-западном направлениях от источника загрязнения. При этом самая высокая активность каталазы выявлена в хвое сосны обыкновенной первого года жизни на пробной площади 500 м в северо-западном направлении и в хвое второго года жизни на пробной площади 50 м в юго-западном направлении. Это явление обусловлено усилием процессов деградации на данных пробных площадях, связанных с повышенным содержанием помета на прилегающих участках. При этом данные об активности каталазы на пробных площадях 10-50 м в северо-западном направлении снижены по сравнению с таковыми на контрольном участке в 2.2-1.8 раз, что характеризует общий уровень снижения биологических процессов в хвое деревьев и согласуется с данными о накоплении хлорофилла в процессе ассимиляции.The high activity of catalase, which is superior to that in the needles of trees growing in the control trial plot, was detected in trial plots remote 200-1000 m in the north-west and 50-1000 m in the south-west from the source of pollution. Moreover, the highest activity of catalase was detected in pine needles of the first year of life on a test area of 500 m in the north-west direction and in needles of the second year of life on the test area of 50 m in the south-west direction. This phenomenon is due to the increase in degradation processes in these trial plots associated with increased litter in adjacent areas. At the same time, the data on the activity of catalase in the test areas of 10–50 m in the northwest direction are reduced compared with those in the control area by 2.2–1.8 times, which characterizes the overall level of decrease in biological processes in the needles of trees and is consistent with data on the accumulation of chlorophyll assimilation process.

Значительно снижены по сравнению с зимним периодом результаты определения каталазы весной и не подтверждают тенденцию, выявленную в зимний период, а именно: самый высокий уровень активности каталазы был в хвое сосны на контрольном участке, при этом активность фермента в хвое второго года жизни была незначительно выше, чем в декабре месяце. Так, в хвое первого года жизни активность каталазы снижена на 30% по сравнению с зимним периодом. В то же время на пробных площадях в зоне влияния ФГУП ППЗ "Свердловский" снижение активности каталазы по сравнению с зимним периодом наблюдалась от 1.5 до 5 раз (1000 м в юго-западном направлении). С началом вегетационного периода резко усиливаются процессы ассимиляции, что является причиной снижения активности каталазы в растущих ассимиляционных органах. Очевидно, биологические процессы в хвое второго года жизни наиболее стабильны в течение всего года по сравнению с хвоей первого года жизни.Compared to the winter period, the results of determination of catalase in spring were significantly reduced and do not confirm the trend detected in the winter period, namely: the highest level of catalase activity was in pine needles in the control area, while the enzyme activity in the needles of the second year of life was slightly higher, than in the month of December. So, in the needles of the first year of life, the activity of catalase is reduced by 30% compared with the winter period. At the same time, on test plots in the zone of influence of FSUE PPZ Sverdlovskiy, a decrease in catalase activity compared to the winter period was observed from 1.5 to 5 times (1000 m in the south-west direction). With the beginning of the growing season, assimilation processes sharply increase, which is the reason for the decrease in catalase activity in growing assimilation organs. Obviously, the biological processes in the needles of the second year of life are most stable throughout the year compared with the needles of the first year of life.

Данные об активности каталазы в хвое сосны обыкновенной, полученные в сентябре 2004 г., согласуются с таковыми в весенний период. Значительными были отличия в результатах определения каталазы на контрольно-пробной площадке в хвое второго года жизни по сравнению с весенним периодом (25.4 против 33.8), в то время как на пробной площади в зоне влияния отходов ФГУП ППЗ "Свердловский" показатели активности каталазы в хвое сосны обыкновенной осенью незначительно отличались от результатов, полученных весной. При этом тенденции изменения активности в зависимости от удаленности от источника загрязнения сохранились осенью.Data on the activity of catalase in pine needles, obtained in September 2004, are consistent with those in the spring. Significant differences were observed in the results of determination of catalase at the test site in the needles of the second year of life compared to the spring period (25.4 versus 33.8), while on the trial area in the waste influence zone of the Federal State Unitary Enterprise “Sverdlovskiy” indicators of catalase activity in pine needles ordinary autumn slightly differed from the results obtained in the spring. At the same time, the trends in activity depending on the distance from the pollution source persisted in the fall.

Таким образом, исследования по определению каталазы в хвое сосны обыкновенной в зоне влияния ФГУП ППЗ "Свердловский" показывают, что активность фермента на контрольной пробной площади наиболее стабильна. В зонах загрязнения выявлены отклонения, как в сторону усиления (500 м, 1000 м), так и в сторону снижения (10 м, 50 м) активности каталазы в зависимости от степени адаптации деревьев к контаминантам (отходам птицефабрики). Динамика активности фермента каталазы в хвое сосны обыкновенной в течении вегетационного и поствегетационного периодов свидетельствует об усилении активности фермента в поствегетационный период на всех пробных площадях, что указывает на сезонность изменения процессов метаболизма в ассимиляционных органах сосны обыкновенной.Thus, studies to determine the catalase in pine needles in the zone of influence of the Federal State Unitary Enterprise PPZ Sverdlovsky show that the enzyme activity in the control trial plot is the most stable. Deviations were detected in the pollution zones, both in the direction of strengthening (500 m, 1000 m), and in the direction of decreasing (10 m, 50 m) of catalase activity depending on the degree of adaptation of trees to contaminants (waste from the poultry farm). The dynamics of the activity of the catalase enzyme in pine needles during the growing and post-growing periods indicates an increase in the activity of the enzyme in the post-growing season at all trial plots, which indicates the seasonality of metabolic processes in the assimilation organs of common pine.

Для проведения объективной оценки влияния антропогенного воздействия на уровень метаболических процессов в хвое сосны обыкновенной использованы дополнительные коэффициенты, показывающие соотношение процессов ассимиляции и диссимиляции в хвое сосны обыкновенной.To conduct an objective assessment of the influence of anthropogenic effects on the level of metabolic processes in pine needles, additional coefficients are used that show the ratio of the processes of assimilation and dissimilation in pine needles.

В качестве коэффициента интенсивности метаболизма (КИМ) принято отношение показателя содержания хлорофилла (мг/1 г) в хвое сосны обыкновенной к показателю активности каталазы (см3О2 /2 мин) в этом же субстрате.The ratio of the indicator of chlorophyll content (mg / 1 g) in the needles of ordinary pine to the activity indicator of catalase (cm 3 O 2 1g / 2 min ) in the same substrate was taken as a coefficient of metabolic intensity (KIM).

Figure 00000002
Figure 00000002

Динамикой интенсивности процесса метаболизма в хвое сосны обыкновенной выявлено усиление процесса фотосинтеза от зимы к осени и выражено соответствующими коэффициентами (табл.5) Интенсивность процесса метаболизма изучалась в течение года - зимой, весной (начало вегетационного периода), осенью в конце вегетационного периода.The dynamics of the intensity of the metabolic process in pine needles revealed an increase in photosynthesis from winter to autumn and is expressed by the corresponding coefficients (Table 5). The metabolic rate was studied during the year - in winter, spring (beginning of the growing season), in autumn at the end of the growing season.

Таблица 5Table 5 Динамика коэффициента интенсивности метаболических процессов в хвое сосны обыкновенной (2 года жизни) на пробных площадях, разноудаленных от источника загрязнения.Dynamics of the coefficient of the intensity of metabolic processes in the needles of common pine (2 years of life) in the trial plots, different from the source of pollution. Удаление ППPP removal Коэффициент метаболизма КИМKIM metabolism coefficient Возрастание КИМ от зимы к осениKIM increase from winter to autumn Декабрь 2003 г.December 2003 Март 2004 г.March 2004 Сентябрь 2004 г.September 2004 Март-декабрьMarch-December Сентябрь-мартSeptember-march Сентябрь-декабрьSeptember-december с-зsz 10 м10 m 0.130.13 0.50.5 0.70.7 3.83.8 1.41.4 5.35.3 50 м50 m 0.110.11 0.80.8 1.21.2 7.27.2 1.51.5 11.011.0 200 м200 m 0.050.05 0.20.2 0.40.4 4.04.0 2.02.0 8.08.0 500 м500 m 0.070.07 0.60.6 0.40.4 8.58.5 2.02.0 6.06.0 ю-зy-s 10 м10 m 0.040.04 0.30.3 0.80.8 7.57.5 2.62.6 20.020.0 50 м50 m 0.020.02 0.30.3 0.60.6 15.015.0 2.02.0 30.030.0 200 м200 m 0.110.11 0.30.3 0.50.5 2.72.7 1.71.7 4.54.5 1000 м1000 m 0.090.09 0.30.3 0.70.7 3.33.3 2.32.3 7.77.7 Контроль 5 км, юго-западControl 5 km, southwest 0.140.14 0.250.25 0.60.6 1.81.8 2.42.4 4.34.3

Данные математической обработки результатов определения показателей метаболизма подтверждают представленный выше анализ результатов определения хлорофилла и каталазы в хвое сосны обыкновенной (табл.1, 2) и позволяют количественно определить изменение процесса интенсивности ассимиляции в зависимости от удаления деревьев от источника загрязнения.The data of mathematical processing of the results of determining metabolic indicators confirm the above analysis of the results of determining chlorophyll and catalase in the needles of common pine (Tables 1, 2) and allow us to quantify the change in the process of assimilation intensity depending on the distance of trees from the source of pollution.

Анализ результатов определения динамики коэффициента метаболизма (КИМ) показывает, что последняя имеет одинаковый характер на всех пробных площадях в зоне влияния отходов ППЗ "Свердловский", а именно: резкое усиление интенсивности метаболических процессов от зимы к весне (от 2.7 до 15 раз), продолжающееся до осени. Однако в вегетационный период (от весны к осени) не столь выражено изменение интенсивности процессов метаболизма, как в предыдущий период (от зимы к весне), всего в 1.7-2.3 раза.An analysis of the results of determining the dynamics of the metabolism coefficient (CIM) shows that the latter is the same in all test areas in the waste zone of the Sverdlovsk PPZ waste, namely: a sharp increase in the intensity of metabolic processes from winter to spring (from 2.7 to 15 times), which continues until the fall. However, in the growing season (from spring to autumn), the change in the intensity of metabolic processes is not so pronounced as in the previous period (from winter to spring), only 1.7-2.3 times.

В целом усиление метаболизма за изучаемый период было наиболее значительно на ПП в юго-западном направлении вблизи источника загрязнения (10-50 м) и на удаление 500-1000 м.In general, the increase in metabolism during the study period was most significant at the PP in the southwest direction near the pollution source (10-50 m) and at a distance of 500-1000 m.

Иная закономерность изменения интенсивности процессов метаболизма (КИМ) в течение периода наблюдений выявлена на КПП. Здесь усиление этого процесса происходит не столь резко, как на ПП зоны загрязнения и имеет постепенный характер от весны к осени с общим показателем возрастания КИМ в 4.3 раза.A different pattern of change in the intensity of metabolic processes (CIM) during the observation period was revealed at the checkpoint. Here, the intensification of this process does not occur as sharply as on the PP of the pollution zone and has a gradual character from spring to autumn with a general increase in CMM by 4.3 times.

Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что влияние антропогенной нагрузки на природные экосистемы может быть выявлено путем определения интенсивности процессов метаболизма в хвое сосны обыкновенной, произрастающей в зоне антропогенного воздействия.Thus, the data obtained allow us to conclude that the influence of anthropogenic stress on natural ecosystems can be detected by determining the intensity of metabolic processes in the needles of common pine, growing in the area of anthropogenic impact.

- Согласно полученным результатам в разное время года относительные показатели интенсивности метаболизма на КПП изменяются от 0.14 до 0.6. При этом зимой в зоне загрязнения они значительно ниже, чем на КПП; весной напротив резко возрастают по сравнению с КПП и остаются на высоком уровне осенью.- According to the results obtained at different times of the year, the relative indicators of the metabolic rate at the checkpoint vary from 0.14 to 0.6. Moreover, in winter in the pollution zone they are much lower than at the checkpoint; on the contrary, in spring they sharply increase in comparison with the checkpoint and remain at a high level in the fall.

- Показатели интенсивности метаболических процессов в хвое сосны обыкновенной на КПП следует принять за норму-меру, с которой сравнивают аналогичные показатели на других ПП и оценивают уровень негативного воздействия отходов сельскохозяйственного производства.- Indicators of the intensity of metabolic processes in the needles of common pine at the checkpoint should be taken as the norm, with which similar indicators are compared at other BCPs and the level of negative impact of agricultural waste is evaluated.

- Оценка интенсивности процессов метаболизма в разные периоды годичного цикла показала, что наиболее информативные результаты, позволяющие вычленить зоны наибольшего воздействия поллютантов на биологические системы, были получены весной, что обусловлено закономерным усилением обмена веществ в тканях растений с началом вегетационного периода.- An assessment of the intensity of metabolic processes in different periods of the annual cycle showed that the most informative results, allowing to isolate the zones of the greatest impact of pollutants on biological systems, were obtained in the spring, which is due to a regular increase in metabolism in plant tissues with the beginning of the growing season.

- Рассматривая изменения процессов метаболизма в ассимиляционных органах растений как реакцию адаптации живых организмов на негативное воздействие на окружающую природную среду, можно оценить резкое возрастание КИМ в зоне загрязнения, в 5-6 раз превосходящее таковое на КПП, как проявление адаптации.- Considering the changes in the metabolic processes in the assimilation organs of plants as a reaction of adaptation of living organisms to a negative impact on the environment, we can evaluate the sharp increase in CMM in the pollution zone, 5-6 times higher than that at the checkpoint, as a manifestation of adaptation.

Claims (3)

1. Способ оценки экологического состояния агробиоценоза в зонах антропогенного влияния, отличающийся тем, что включает одновременное взятие образцов хвои сосны обыкновенной произрастающей на исследуемой пробной площади и контрольной пробной площади, определение содержания хлорофилла и активности каталазы в них, вычисление коэффициента интенсивности метаболизма (КИМ) для исследуемых и контрольных образцов по формуле
Figure 00000003
,
1. A method for assessing the ecological state of agrobiocenosis in zones of anthropogenic influence, characterized in that it includes the simultaneous sampling of pine needles common on the test area and the control trial area, determining the content of chlorophyll and catalase activity in them, calculating the metabolic rate coefficient (CMM) for test and control samples according to the formula
Figure 00000003
,
где а - значение содержания хлорофилла в 1 г абсолютно сухой хвои;where a is the value of the chlorophyll content in 1 g of absolutely dry needles; в - значение активности каталазы в 1 г абсолютно сухой хвои,in - the value of the activity of catalase in 1 g of absolutely dry needles, сравнение КИМ исследуемых образцов с КИМ контрольных образцов, по которому судят о степени антропогенного влияния.comparing the CMM of the studied samples with the CMM of the control samples, which judge the degree of anthropogenic influence.
2. Способ оценки экологического состояния по п.1, отличающийся тем, что взятие образцов хвои на исследуемой пробной площади проводят в пяти точках, расположенных по диагонали, срезая ветви одновозрастных деревьев на высоте не менее 2 м с части кроны, примыкающей к зонам с загрязненным воздухом, а контрольную пробную площадь выбирают на расстоянии не менее 5-6 км от источника аэротехногенного загрязнения или на расстоянии не менее 1-3 км от предприятия животноводства.2. The method of assessing the ecological state according to claim 1, characterized in that the needles are sampled on the test area under study at five points located diagonally, cutting branches of uniform trees at a height of at least 2 m from a part of the crown adjacent to contaminated areas air, and the control test area is chosen at a distance of at least 5-6 km from the source of aerotechnogenic pollution or at a distance of at least 1-3 km from the livestock breeding enterprise. 3. Способ оценки экологического состояния по п.1, отличающийся тем, что содержание хлорофилла определяют приборным методом на фотоэлектрокалориметре параллельно с определением активности каталазы в образцах, причем исследования проводят в начале вегетационного периода.3. The method of assessing the ecological state according to claim 1, characterized in that the chlorophyll content is determined by the instrumental method on a photoelectric calorimeter in parallel with the determination of catalase activity in the samples, and studies are carried out at the beginning of the growing season.
RU2006102842/13A 2006-01-31 2006-01-31 Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone RU2314349C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102842/13A RU2314349C2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102842/13A RU2314349C2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006102842A RU2006102842A (en) 2007-08-20
RU2314349C2 true RU2314349C2 (en) 2008-01-10

Family

ID=38511573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006102842/13A RU2314349C2 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2314349C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489846C2 (en) * 2011-09-16 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" Method of comprehensive evaluation of forest ecosystem condition in areas of man-made impact of industrial facilities
RU2564916C2 (en) * 2013-09-12 2015-10-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Северо-Осетинский Государственный Университет Имени Коста Левановича Хетагурова" Method of assessment of environment
RU2712945C1 (en) * 2019-06-03 2020-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of assessing environmental pollution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОВАЛЕНКО Л.А. и др. Суммарная активность каталазы и коэффициент каталазы почвы как показатели стрессового воздействия различных по химической природе поллютантов на почвы сосновых насаждений в зонах загрязнения, Биологическая рекультивация нарушенных земель: Материалы Международного совещания, Екатеринбург, 26-29 августа, 1996, найдено online. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489846C2 (en) * 2011-09-16 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" Method of comprehensive evaluation of forest ecosystem condition in areas of man-made impact of industrial facilities
RU2564916C2 (en) * 2013-09-12 2015-10-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Северо-Осетинский Государственный Университет Имени Коста Левановича Хетагурова" Method of assessment of environment
RU2712945C1 (en) * 2019-06-03 2020-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of assessing environmental pollution

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006102842A (en) 2007-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bedford et al. Net oxygen and carbon-dioxide balances in solutions bathing roots of wetland plants
Yin et al. Enhanced root exudation stimulates soil nitrogen transformations in a subalpine coniferous forest under experimental warming
Singh et al. Air pollution tolerance index of plants
Gavrichkova et al. Influence of defoliation on CO2 efflux from soil and microbial activity in a Mediterranean grassland
Johnson et al. Ocean acidification and warming decrease calcification in the crustose coralline alga Hydrolithon onkodes and increase susceptibility to grazing
Zhao et al. Nitrate assay for plant tissues
Menu-Courey et al. Energy metabolism and survival of the juvenile recruits of the American lobster (Homarus americanus) exposed to a gradient of elevated seawater pCO2
Carrillo et al. Phosphorus inputs unmask negative effects of ultraviolet radiation on algae in a high mountain lake
CN1898552B (en) Harmful substance evaluating method and harmful substance evaluation kit
RU2314349C2 (en) Method for evaluating ecological agrobiocenosis condition in anthropogenic influence zone
Hughes et al. Widespread oxyregulation in tropical corals under hypoxia
JP2011064562A (en) Measuring method of nutrient element and humus contained in soil, and measuring device using the method
Bhattacharya et al. Quantitative determination of uric acid in insect feces by lithium carbonate extraction and the enzymatic-spectrophotometric method
KR101523638B1 (en) Method for evaluating aquatic ecotoxicity using the growth area change rate of Lemna paucicostata
Nasrollahi et al. Physiological and biochemical responses of lettuce to thymol, as allelochemical
Lowell et al. How does ocean acidification affect the early life history of Zostera marina? a series of experiments find parental carryover can benefit viability or germination
Nanieva et al. Hydra attenuata, a model system for determining the acute lethal and chronic toxicity of drinking and natural waters and aqueous solutions of chemicals
JP4730786B2 (en) Water quality evaluation method and water quality evaluation system
TAKAHASHI Correlation between fluorescent staining reaction and germination in resting spores of Plasmodiophora brassicae
Reuveni et al. Reduction of respiration by high ambient CO 2 and the resulting error in measurements of respiration made with O 2 electrodes
Wang et al. Effects of elevated CO2 on feeding preference and performance of the gypsy moth (Lymantria dispar) larvae
Pethybridge et al. A disease of flax seedlings caused by a species of Colletotrichum, and transmitted by infected seed
Geertz-Hansen et al. Functional implications of the form of Codium bursa, a balloon-like Mediterranean macroalga
RU2427128C2 (en) Evaluation method of resistance of raw breeding rice material to blast disease
RU2813895C1 (en) Method for field biotesting of surface water for contamination with oil and oil products

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080201