RU2620555C1 - Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов - Google Patents
Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620555C1 RU2620555C1 RU2016113050A RU2016113050A RU2620555C1 RU 2620555 C1 RU2620555 C1 RU 2620555C1 RU 2016113050 A RU2016113050 A RU 2016113050A RU 2016113050 A RU2016113050 A RU 2016113050A RU 2620555 C1 RU2620555 C1 RU 2620555C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- soils
- toxicity
- plants
- assessment
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 113
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 title claims abstract description 21
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 42
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000419 plant extract Substances 0.000 claims abstract description 10
- 244000211187 Lepidium sativum Species 0.000 claims abstract description 9
- 235000007849 Lepidium sativum Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims abstract description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims abstract description 5
- 235000017879 Nasturtium officinale Nutrition 0.000 claims description 12
- 240000005407 Nasturtium officinale Species 0.000 claims description 12
- 231100001228 moderately toxic Toxicity 0.000 claims description 3
- 231100000925 very toxic Toxicity 0.000 claims description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 4
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 2
- 230000007665 chronic toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000160 chronic toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 description 1
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 description 1
- 241000223782 Ciliophora Species 0.000 description 1
- 241000238424 Crustacea Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-N Metaphosphoric acid Chemical compound OP(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000088415 Raphanus sativus Species 0.000 description 1
- 235000006140 Raphanus sativus var sativus Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000540 analysis of variance Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 230000005714 functional activity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000012261 overproduction Methods 0.000 description 1
- 230000036542 oxidative stress Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000037039 plant physiology Effects 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M potassium iodate Chemical compound [K+].[O-]I(=O)=O JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000001230 potassium iodate Substances 0.000 description 1
- 229940093930 potassium iodate Drugs 0.000 description 1
- 235000006666 potassium iodate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001228 trophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/243—Earth materials for determining biological parameters concerning composting, biodegradability or bioavailability
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области экологии, а именно используется при биомониторинге состояния почв в естественных и экологически неблагоприятных экосистемах, вызванных разнообразными загрязнениями. Для этого проводят оценку биологической активности и токсичности почвы по состоянию кресс-салата Lepidium sativum L., выращенного на пробах почв и тест-контролем на вермикулите с питательным раствором Кнопа. Оценку проводят по показателям развития 10-12-дневных растений, при этом сравнивают высоту и массу растений, а также редокс-активность растительного экстракта, которая повышается при токсичности корневой среды. При этом снижение показателей кресс-салата или повышение редокс-активности растительного экстракта на 10-30% характеризует удовлетворительное состояние почвы, снижение на 30-50% - неудовлетворительное, при уровне ниже 50% - экологически опасное. Изобретение обеспечивает упрощение способа оценки, снижение времени тестирования и обеспечение точности результатов для статистической обработки данных для оценки качества почв и почвогрунтов урбанизированных и промышленных территорий разных техногенных почвогрунтов, выполняющих функции почв на урбанизированных и промышленных территориях. 16 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области экологических исследований и оценки качества почв и почвогрунтов урбанизированных и промышленных территорий; может быть использовано при биомониторинге состояния почв в естественных и антропогенно нарушенных экосистемах.
В почвенном покрове урбанизированных и промышленных ландшафтов широко представлены деградированные почвы и техногенные поверхностные образования, которые существенно отличаются от природных почв. Пониженная биологическая активность и токсичность деградированных почв и почвоподобных образований может быть обусловлена как их неблагоприятными агрохимическими и агрегатными свойствами, так и содержанием разнообразных загрязнителей (тяжелые металлы, соли, нефтепродукты), что делает экологическую оценку их состояния весьма трудоемкой, длительной и дорогостоящей.
Преимущества использования биологических показателей для определения состояния почв и почвогрунтов по сравнению с химическим анализом состоят в возможности комплексной оценки безопасности среды обитания.
Стандартизованные методики биотестирования загрязненных почв основаны на реакции гидробионтов: низших ракообразных, зеленых протококковых водорослей, равноресничных инфузорий (ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06; ФР 1.39.2007.03222; ФР.1.39.2007.03221; ФР.1.39.2007.03223; ФР.1.39.2006.02506; ПНД Ф Т 14.1:2:3.13-06; ФР 1.39.2006.0250; ПНД Ф Т 14.1:2.14-06; ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04; ПНД Ф Т 16.2:2.2-98).
Для оценки загрязненных почв используются также стандартизованные методики биотестирования по реакции бактерий: изменению интенсивности бактериальной люминисценции (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04), ферментативной активности (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.1-96).
В основе всех вышеуказанных методик находится тестирование почвенных водных вытяжек, что имеет лишь опосредованное отношение к состоянию трехфазной почвенной системы. Реальная токсичность почв может быть значительной из-за нерастворимых в воде загрязнителей.
Способ оценки степени загрязнения почвы тяжелыми металлами (SU 1092412, G01N 33/24; опубл. 15.05.1984) позволяет диагностировать степень загрязнения по изменению состава и структуры микробного сообщества почвы, при этом учитываются буферные свойства отдельных типов почв, а также природа загрязнителя и форма его попадания в почву.
Однако более значимой при тестировании почв является реакция высших растений, т.к. они создают фотосинтезирующий покров на поверхности, являющейся основой трофических отношений в биоценозах. В урбанизированных и техногенных ландшафтах растительный покров играет средообразующую роль, обеспечивает чистоту воздуха и природных вод. Поэтому при оценке биологической активности и токсичности почв и почвогрунтов приоритет следует отдать высшей растительности.
Экспресс-метод оценки пригодности почвы для выращивания сельскохозяйственных растений (РФ 2113712, G01N 33/24, A01G 7/00, опубл. 20.06.1998) оценивает степень пригодности почвы для данного вида растений по редукции функциональной активности корневой системы. В этом методе потеря воды включает не только поглощенную растением воду (корневая десукция), но и неучтенную физически испарившуюся воду. Доля физически испарившейся воды значительна и будет варьировать в зависимости от структурного состояния разных почв.
В комплексном способе оценки почв, загрязненных тяжелыми металлами и нефтью (RU 2501009 C1, G01N 33/24, опубл. 13.08.2012), наряду с микробиологическими и биохимическими показателями используется всхожесть семян редиса. Однако всхожесть семян не отражает способность растений к автотрофному питанию в условиях загрязненной корневой среды, а выполнение микробиологических и биохимических оценок требует высоких профессиональных навыков.
В ряде методик загрязненные почвы тестируют на основе реакции проростков растений. Так, способ оценки состояния загрязненных почв (RU 2006108153/12 А, А01В 79/00, опубл. 10.10.2007) основан на изменении длины корня и стебля растений. Но извлечение корня, очистка его от почвы сопровождается опасностью разрыва корней. Эту проблему решает применение вертикальных прозрачных контейнеров в запатентованном способе (RU 2460071 С2, G01N 33/24, опубл. 27.08.2012), при котором токсическое и стимулирующее действие оценивают по длине корней проростков. Однако при тестировании почв в контейнере не исключены ошибки, обусловленные малым объемом пробы, малым числом испытуемых растений. Методика не учитывает влияние агрегатного состояния почв.
Наиболее близкими к заявленному способу оценки состояния почв и почвогрунтов является методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв (ФР.1.39.2006.02264 М-П-2006). Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 22030:2005 «Качество почвы. Биологические методы. Хроническая токсичность высших растений» (ISO 22030:2005 «Soil quality. Biological methods. Chronic toxicity in higher plants»).
Эта методика не лишена недостатков, она сопоставляет загрязненные почвы с контролем, однако выбор контроля в природно-техногенных ландшафтах, как правило, затруднен. Загрязненные и незагрязненные почвы должны быть полностью идентичны по комплексу свойств, исключая загрязнитель; но в случае изучения состояния почвогрунтов задача становится не решаемой. Предлагаемый в методике способ подготовки контроля путем смешивания разных грунтов не дает эталона для сравнения, т.к. составляющие могут сильно отличаться по свойствам, будут невоспроизводимыми в другом эксперименте. Длительное культивирование растений (до образования семян) выдвигает на первое место обеспеченность питательными веществами, что становится неучтенным фактором при тестировании разных почвогрунтов.
Задачей создания изобретения является разработка простого, достоверного по результатам способа оценки биологической активности и токсичности почв и почвогрунтов, свободного от недостатков прототипа.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов с использованием высших растений, которые выращивают на почвенных пробах, и отличительных существенных признаков, таких как в качестве тест культуры используют растения кресс-салата Lepidium sativum L., культивируемого на вермикулите с раствором Кнопа, растения выращивают в течение 10-12 дней, проводят замеры высоты и массы, в растительном экстракте определяют редокс-активность, при отсутствии достоверных различий с тест-контролем по высоте, массе и редокс-активности делают вывод о хорошей биологической активности и отсутствии токсичности почвы по следующим критериям: при снижении показателей развития кресс-салата на 10-30% состояние почвы или почвогрунта по сравнению с вермикулитом считать удовлетворительным; при снижении на 30-50% - неудовлетворительным; а при уровне снижения показателей более 50% считать экологически опасным или при повышении редокс-активности растительного экстракта на 10-30% относительно тест-контроля считать почву или почвогрунт умеренно токсичным; при повышении на 30-50% - сильно токсичным; а при уровне повышения показателя более 50% считать экологически опасным.
Предлагаемый способ фитотестирования устраняет недостатки прототипа. Основой «изобретательского шага» предлагаемого решения является выбор культуры для оценки биологической активности и токсичности почв и почвогрунтов, выбор воспроизводимого тест-контроля, выбор показателей тест-культуры, которые комплексно отражают экологическое состояние оцениваемого объекта.
Техническим результатом вышеперечисленной совокупности существенных признаков является упрощения процесса, снижение времени тестирования и обеспечение точности результатов на основе выбора тест-культуры, воспроизводимого тест-контроля и статистической обработки данных.
Преимуществом заявляемого способа является расширение сферы его применения в отношении разных техногенных почвогрунтов, выполняющих функции почв на урбанизированных и промышленных территориях.
Изобретение иллюстрируется экспериментальными данными, которые нашли отражение в графиках на Фиг. 1-16 описания.
Известны основные свойства почв, обеспечивающие максимальную продуктивность природных фитоценозов и культурных растений: реакция среды, близкая к нейтральной, высокое содержание и благоприятный состав гумуса, доступность питательных элементов, водопрочная зернистая или комковатая структура и т.д.
Отличительной особенностью предлагаемого решения является использование кресс-салата Lepidium sativum L. для тестирования почв. Неблагоприятные почвенные свойства способствовала снижению высоты и массы кресс-салата. Данная культура показала положительную реакцию на содержание гумуса (фиг. 1) и питательных веществ (фиг. 2, 3), сумму оснований (фиг. 4); отрицательную реакцию - на щелочную и кислую среду (фиг. 5), на подвижность тяжелых металлов (фиг. 6, 7), присутствие солей, на избыток фракции крупного песка (фиг. 8). Подобные зависимости проявились и при оценке состояния городских почв; коэффициенты корреляции массы и высоты кресс-салата с гумусом, рНсол, подвижными фосфатами и калием составляли 0,75-0,98. Одновременно растение показало повышенную отзывчивость на почвенные свойства по сравнению с показателями биохимической активности (интенсивность дыхания, активность каталазы).
Неблагоприятные почвенные условия вызывают в растениях развитие окислительного стресса; адаптация идет путем активизации внутриклеточной антиоксидантной системы. В экспериментах с кресс-салатом при подкислении, засолении, подщелачивании и загрязнении тяжелыми металлами корневой среды установлено повышение редокс-активности экстрактов этих растений (фиг. 9, 10), установленной методом Петта-Прокашева (Практикум по физиологии растений, изд. «Колос» М., 1972, с. 198).
Для практического применения метода фитотестирования требуется наличие эталона сравнения - тест-контроля, относительно которого будет оцениваться состояние трансформированных почв и почвоподобных образований. Свойства зональных типов почв (дерново-подзолистые, подзолистые, подзолы) не способны обеспечить высокую продуктивность фитоценозов. Другой отличительной особенностью предлагаемого решения является то, что тест-контролем служит корневой субстрат, представляющий собой вермикулит с питательным раствором Кнопа. Вермикулит не образует нерастворимых соединений со всеми компонентами питательного раствора, при правильном применении не пересыхает и не переувлажняется. Раствор Кнопа содержит необходимые элементы питания. На тест-контроле растения 10-дневного возраста по массе и высоте превысили растения, культивированные на черноземе и темно-серой почве (фиг. 11, 12).
Редокс-активность растений существенно возросла на пробе из гумусово-элювиального горизонта серой почвы (фиг. 13); в данном случае может иметь место реакция растений на избыток протонов либо в кислой почве повышены подвижность и токсичность алюминия и марганца.
Пример осуществления изобретения.
Операции по определению биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов состоят в следующем.
Отбирают пробы почвы или почвогрунта в трехкратной повторности, для каждой повторности отбирают средневзвешенный образец из пяти точек методом конверта.
Исследуемые почвы и почвогрунты для удаления крупных фрагментов должны быть просеяны сквозь сито с отверстиями размером 5 мм и тщательно перемешаны. При необходимости почва может быть перед просеиванием высушена на воздухе без подогрева. У почв определяют полную влагоемкость. В качестве тест-контроля применяют вермикулит.
Вегетационными сосудами являются полистироловые контейнеры (высота - 50 мм, площадь нижнего поперечного сечения (дна) - 50 мм ×80 мм и площадь верхнего поперечного сечения - 70 мм ×95 мм). Просеянную навеску почвы (100 г) помещают в контейнер, уплотнение достигается путем постукивания контейнера с почвой о поверхность стола. Почву полить, не допуская размыва поверхности; норма полива - 60% полной влагоемкости. Уровень заполнение стакана вермикулитом - не достигая 20 мм до края; в стакан с вермикулитом добавить 25 мл раствора Кнопа.
Взять навески семян по 0,5 г кресс-салата Lepidium sativum L. В каждой коробочке навеска семян распределяется равномерно по поверхности почвы. Затем семена засыпать сухой почвой (или вермикулитом на тест-контроле) слоем 0,5-0,7 мм. Плоским уплотнителем слегка прижать семена к влажной почве. Взвесить стаканы, прикрыть не плотно крышкой и оставить до начала прорастания семян; затем снять крышку и поместить в освещаемые условия.
Температура, влажность и освещение должны быть нормальными для роста тест-культуры Lepidium sativum L (температура 23±3°С, световой день - около 16 часов). Испытания проводят в фитотроне, камере для прорастания или теплице.
Если количество всходов на опытном образце оказалось значительно меньше, чем на тест-контроле, следует равномерно удалить часть растений на вермикулите (осторожно вырезать под корень). Учесть низкую всхожесть семян как проявление токсичности и низкой биоактивности почвы (почвогрунта). Следующий полив приурочить к периоду получения всходов; норму полива рассчитать по потере воды (в том числе на тест-контроле). В дальнейшем все варианты поливать водой очень умеренно, не допуская увядания растений.
Через 10-12 дней роста кресс-салата Lepidium sativum L провести замеры его высоты и массы (на весах с точностью до 0,001 г) 20-30-ти растений, срезая их на уровне поверхности почвы (вермикулита).
Для определения редокс-активности 2 г листьев поместить в фарфоровую ступку и растереть с 20 мл 5%-ного раствора метафосфорной кислоты до состояния однородной кашицы, которую переносят в мерную колбу на 50 мл, смывая ступку остатком кислоты. Доводят колбу до метки дистиллированной водой. Перемешивают, настаивают 5 мин, затем взбалтывают и фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухую колбу. Наливают 10 мл фильтрата в колбочку на 50 мл, добавляют 2-3 капли 15%-ного KI, 5 капель 1%-ного раствора крахмала и титруют из бюретки 0,001 н. раствором KIO3 до слабо синего окрашивания, сохраняющегося одну минуту. Для каждого варианта опыта провести не менее 3 определений (повторностей).
При большом количестве вариантов опыта растительную массу для определения редокс-активности лучше зафиксировать в лиофильной сушке, далее работать с фиксированным материалом. Расчет редокс-активности:
общая редокс-активность (мл 0,001 н. раствора KIO3) = b * M * 100 / m * n, где b - количество йодата калия (мл), израсходованного на титрование; М - общий объем экстракта (мл), m - объем экстракта, взятого на титрование (мл); n - навеска растительного материала (г).
В результате проведенного эксперимента получены три показателя (высота одного растения, масса одного растения и редокс-активность растительного экстракта) с определенной повторностью. Результаты опыта подвергают математической обработке. Отличие средней массы и средней высоты одного растения, выращенного на почвенных пробах, от тест-контроля обосновать параметрическими и/или непараметрическими тестами. Оценку достоверности различий редокс-активности растений, выращенных на почве или почвогрунте, с тест-контролем проводят на основе дисперсионного анализа.
Критерии оценки биологической активности и токсичности исследуемого почвенного материала основаны на том, что по сравнению с вермикулитом растения на черноземе (самая плодородная почва в регионе) имели высоту и массу ниже на 30%, чем тест-контроль. Поэтому при снижении показателей развития кресс-салата на 10-30% состояние почвы или почвогрунта считать удовлетворительным; при снижении на 30-50% - неудовлетворительным; а при уровне снижения показателей более 50% считать экологически опасным.
Информацию о токсичности почв следует уточнять на основе редокс-активности растительных экстрактов. Достоверное превышение относительно тест-контроля позволяет утверждать о токсичности почвенного объекта, вызывающего активизацию антиоксидантной системы растений. При повышении редокс-активности растительного экстракта на 10-30% считать почву или почвогрунт умеренно токсичным; при повышении на 30-50% - сильно токсичным; а при уровне повышения показателя более 50% считать экологически опасным. При этом следует учитывать, что при очень сильном угнетении растений (по высоте и массе) редокс-активность может не возрастать, как это установлено при высоком загрязнении почв тяжелыми металлами. В этом случае растения не справлялись со сверхпродукцией активных форм кислорода, их антиоксидантная система была подавлена.
При фитотестировании почвенного покрова жилого района многоэтажной застройки г. Перми установлено, что выращенный на городских почвах кресс-салат Lepidium sativum L отличался от тест-контроля только в сторону ухудшения показателей развития (фиг. 14, 15). Понижение высоты растений в 3 вариантах (пробы 4, 5, 12) и понижение массы в 6 вариантах (пробы 4, 5, 12, 20, 22, 33) показало неудовлетворительный уровень экологического состояния почв (понижение в пределах 33-50%).
В соответствии с редокс-активностью растительных экстрактов в 12 вариантах проявилась токсичность почв, из них в 5-ти - сильная токсичность; а в 7-ми вариантах показатель был повышен на 53-75%, что позволяет утверждать о накоплении в почвах загрязнителей (тяжелые металлы, соли, нефтепродукты) до экологически опасного уровня.
Данное описание рассматривается как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.
Claims (1)
- Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов с использованием высших растений, которые выращивают на почвенных пробах, отличающийся тем, что в качестве тест-культуры используют растения кресс-салата Lepidium sativum L., культивируемого на вермикулите с раствором Кнопа, растения выращивают в течение 10-12 дней, проводят замеры высоты и массы, в растительном экстракте определяют редокс-активность, при отсутствии достоверных различий с тест-контролем по высоте, массе и редокс-активности делают вывод о хорошей биологической активности и отсутствии токсичности почвы по следующим критериям: при снижении показателей развития кресс-салата на 10-30% состояние почвы или почвогрунта по сравнению с вермикулитом считать удовлетворительным; при снижении на 30-50% - неудовлетворительным; а при уровне снижения показателей более 50% - считать экологически опасным или при повышении редокс-активности растительного экстракта на 10-30% относительно тест-контроля считать почву или почво-грунт умеренно токсичным; при повышении на 30-50% - сильно токсичным; а при уровне повышения показателя более 50% - считать экологически опасным.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016113050A RU2620555C1 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016113050A RU2620555C1 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620555C1 true RU2620555C1 (ru) | 2017-05-26 |
Family
ID=58882615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016113050A RU2620555C1 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620555C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2673671C1 (ru) * | 2017-08-15 | 2018-11-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова" (ФГБНУ "ВНИИ агрохимии) | Способ определения экологической безопасности и биологической эффективности почвогрунтов на основе осадков сточных вод в полевых условиях |
| RU2762628C1 (ru) * | 2021-05-17 | 2021-12-22 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН) | Способ определения ремедиационной способности гуминовых продуктов |
| RU2771429C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" | Способ определения токсичности почвы и техногенных материалов, применяемых в дорожном строительстве, методом биотестирования |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1420525A1 (ru) * | 1985-12-11 | 1988-08-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии | Способ определени биологической активности почвы |
| SU1481681A1 (ru) * | 1987-02-12 | 1989-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии | Способ прогнозировани воспроизводства плодороди почвы |
-
2016
- 2016-04-05 RU RU2016113050A patent/RU2620555C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1420525A1 (ru) * | 1985-12-11 | 1988-08-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии | Способ определени биологической активности почвы |
| SU1481681A1 (ru) * | 1987-02-12 | 1989-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии | Способ прогнозировани воспроизводства плодороди почвы |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЕДЕЛЬНИКОВА Л.Л. и др., Использование метода биотестирования экологического состояния в городской среде, Серия "Биология, химия", 2014, 27 (66), 5 Спецвыпуск, стр. 154-159, найдено 19.12.2016 в Интернете [on-line] на сайте http://sn-biolchem.cfuv.ru/wp-content/uploads/2016/11/018sedel.pdf. ЕРЕМЧЕНКО О.З., Повышение редокс-активности растений как тест-реакция на загрязнение почв, Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 2014, 19 (5), стр. 1285-1288, найдено 19.12.2016 в Интернете [on-line] на сайте http://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-redoks-aktivnosti-rasteniy-kak-test-reaktsiya-na-zagryaznenie-pochv#ixzz4TI1GCdX1. КАСАТКИН М.Ю. и др., Практикум по физиологии растений, ФГБОУ ВПО Саратовский ГУ, 2015, стр. 45-47, найдено 19.12.2016 в Интернете [on-line] на сайте http://elibrary.sgu.ru/uch_lit/1404.pdf. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2673671C1 (ru) * | 2017-08-15 | 2018-11-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова" (ФГБНУ "ВНИИ агрохимии) | Способ определения экологической безопасности и биологической эффективности почвогрунтов на основе осадков сточных вод в полевых условиях |
| RU2771429C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" | Способ определения токсичности почвы и техногенных материалов, применяемых в дорожном строительстве, методом биотестирования |
| RU2762628C1 (ru) * | 2021-05-17 | 2021-12-22 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН) | Способ определения ремедиационной способности гуминовых продуктов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tahvanainen et al. | Spatial variation of mire surface water chemistry and vegetation in northeastern Finland | |
| Lange | Photosynthetic productivity of the epilithic lichen Lecanora muralis: long-term field monitoring of CO2 exchange and its physiological interpretation. I. Dependence of photosynthesis on water content, light, temperature, and CO2 concentration from laboratory measurements | |
| RU2620555C1 (ru) | Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов | |
| Rivera-Mendes et al. | Physiological responses of oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) seedlings under different water soil conditions | |
| Greenwood et al. | Dynamic model for the effects of K‐fertilizer on crop growth, K‐uptake and soil‐K in arable cropping. 1. Description of the model | |
| Burton et al. | Chlorophyll as an indicator of the upper critical tissue concentration of cadmium in plants | |
| Lugato et al. | Modelling soil organic carbon dynamics in two long-term experiments of north-eastern Italy | |
| Valdés et al. | Saline irrigation scheduling for potted geranium based on soil electrical conductivity and moisture sensors | |
| Haas | Studies on the reaction of plant juices | |
| Çelekli et al. | Biochemical responses of filamentous algae in different aquatic ecosystems in South East Turkey and associated water quality parameters | |
| Dokulil | Assessment of components controlling phytoplankton photosynthesis and bacterioplankton production in a shallow, alkaline, turbid lake (Neusiedlersee, Austria) | |
| LEISNER et al. | Photobiont activity of a temperate crustose lichen: long-term chlorophyll fluorescence and CO2 exchange measurements in the field | |
| Bauwe et al. | Hydrology is the key factor for nitrogen export from tile-drained catchments under consistent land-management | |
| Noguchi et al. | Potential for Using Plant Xylem Sap to Evaluate Inorganic Nutrient Availability in Soil: I. Influence of Inorganic Nutrients Present in the Rhizosphere on Those in the Xylem Sap of Luffa cylindrica Roem. | |
| Saetang et al. | Evaluation of eutrophication state of Mae Kuang Reservoir, Chiang Mai, Thailand by using Carlson’s trophic state index | |
| Dheeravathu et al. | Manual on plant stress physiology | |
| CA3111201A1 (en) | Compositions and methods for the assessment of soil quality | |
| Medeiros et al. | Looking for the conservation and sustainable use of Cyathea corcovadensis (Raddi) Domin (Cyatheaceae): the influence of environmental factors on gametophytes | |
| Ahmed | Effects of soil water deficit on leaf nitrogen, chlorophylls and spad chlorphyll meter reading on growth stages of soybean | |
| Stolbova et al. | A short-term method for assessing the genotoxicity of soil as a solid-phase body based on the Allium test | |
| Aboal et al. | Physiological responses to atmospheric fluorine pollution in transplants of Pseudoscleropodium purum | |
| RU2816879C1 (ru) | Способ оценки фитотоксичности воды при помощи проростков озимой пшеницы | |
| Li et al. | Factors affecting soil quality index and spatial variability of multifunction in dryland: Climate and biological soil crust development | |
| CN103125280A (zh) | 稻米中Cd的安全性监测预警方法 | |
| Stepanova et al. | Biological and Chromatic Characteristics of Plants as a Factor for Monitoring and Management of Production Process When Applying Fertilizing Features of Production Wastes |