Способ оценки загрязненных земель

Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства, в частности к рекультивации земель. Способ включает использование фитоиндикаторов, их морфологические и физиологические признаки в начальные периоды роста. При этом в качестве индикатора используют зерновые культуры, у которых в раннем онтогенезе определяют загрязненность почв по величине корней и надземных побегов у проростков. По изменению соотношения 1:1 их морфометрических параметров делают вывод о токсичности почв. Способ позволяет упростить техническое решение без дополнительных затрат на химические анализы и повысить эффективность. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к экологии и сельскому хозяйству, в частности к рекультивации земель, и может найти применение при оценке загрязненности почв различными токсикантами.

Известен способ, при котором проводят определение токсичности почвы, путем которого осуществляют титрование и химический анализ (а.с. СССР №682183, БИ №32, 1979).

Однако известный способ достаточно сложный для осуществления технического решения.

Известен также способ, где проводят фитоиндикацию загрязненного участка путем определения в растениях тяжелых металлов и по превышению допустимых пределов в амброзии полыннолистной заключают о токсичности территории (патент №2485477 от 20.06.2013 г., МПК G01N 3/48).

Способ усложнен тем, что загрязненность участка надо определять по химическому составу избранного растения, что повышает затраты на осуществление известного технического решения.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором определяют гуттацию злаковых культур в 1-суточном возрасте. Для уточнения оценки нефтезагрязненных земель гуттацию отмечают и в поздние периоды вегетации и сравнивают с начальными измерениями (патент №2461178 от 20.09.2012 г., МПК А01617/00, G01N 33/24).

В способе-прототипе растения-индикаторы - представители злаковых культур, изучают в течение всего вегетационного периода, что усложняет процесс. Кроме того, выделение растениями капельножидкой воды через водяные устьица при нарушении транспирации (явление гуттации) не всегда характеризует загрязненность почвы нефтью. Это явление может наблюдаться и при других факторах абиотического характера (избыток воды, удобрений, засоленность почвы и др.). Следовательно, способ-прототип недостаточно эффективен.

Технический результат - упрощение способа и повышение его эффективности.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от известного способа-прототипа используют в качестве индикатора злаковые культуры, у которых в раннем онтогенезе определяют загрязненность почв по величине корней и надземных побегов у проростков и по изменению соотношения морфометрических параметров данных величин 1:1 заключают о токсичности почв.

Способ осуществляется следующим образом.

Равномерное соотношение корней и надземной массы в начальный период роста обычно наблюдается при оптимальных условиях и отсутствии загрязненности почв. В загрязненных почвах происходит нарушение развития первичной корневой системы и надземных органов, что приводит к изменению их индексов, по которым возможен эффективный отбор в связи со значительной корреляцией этих показателей с продуктивностью.

Загрязненная почва становится причиной ослабленных всходов с растянутым периодом их появления. В этих условиях высокой токсичности может произойти сильное разветвление корневой системы и недостаточное развитие надземных органов.

При загрязнении почв нефтью или избытком химических веществ наблюдается слабо развитая корневая система и в большей степени надземная часть, то есть соотношение надземной и подземной массы неодинаковы и не соответствуют соотношению 1:1 уже на первых этапах онтогенеза.

В токсичной почве нарушается метаболизм в клетке. Происходит повышение мембран, которое отражается на уровне генерации растений.

В таких условиях нарушается активность ДНК, в частности ее активность как генерального регулятора синтетических реакций метаболизма. При наличии в почве загрязненных веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов, радионуклидов и других отклонений абиотических факторов) происходит большинство физиологических изменений в клетке и целом организме, отмечаются изменение белкового синтеза, увеличение концентрации фитогормонов ингибиторного характера, подавление давления и растяжение клеток. При достаточно сильной стрессовой напряженности, превышающей пороговое для организма значение, степень метаболизма усиливается по типу цепной реакции и растение погибает.

В первый период вегетации растения имеют только зародышевые (первичные) корни, с помощью которых происходит корневое питание. Эти первичные корни образуются при прорастании семян. У злаковых трав и озимых зерновых обычно от 3 до 6 первичных корней. При измерении длины корней в наших опытах замеряли общую длину всех корней.

Многочисленные эксперименты со злаковыми травами, озимой пшеницей и ячменем на искусственно зараженных почвах позволили устанавливать корреляционные зависимости между степенью развития корневой системы и урожайностью. В стандартных условиях отношение корней и первого побега в раннем онтогенезе было равно единице.

Пример 1. Растение выращивали в условиях вегетационного домика в сосудах емкостью 5 кг почвы. В почву вносили растворы соли (NaCl) из расчета 40 г на сосуд. В каждом сосуде было по 10 растений. Повторность - 4-кратная. Периодически поливали, добавляя соль до конечной концентрации 3-12 атмосфер осмотического давления. После появления первых побегов в контрольном и опытном вариантах измеряли общую длину корней и надземных органов растений чумизы.

Пример 2. В почвенные сосуды вносили по 15 г нефти на 1 кг почвы. В качестве контроля были сосуды с чистой почвой. В начале развития растения озимой пшеницы измеряли (корни и надземные побеги).

Пример 3. Растение озимого ячменя изучали в сосудах, зараженных кадмием и свинцом (по 800 мг/кг уксуснокислых солей этих элементов), в течение 14 дней. Плотность посева по 10 растений на сосуд. Все измерения проводили по мере достижения фазы проростков 2-3 листьев на контрольном и опытном вариантах.

Во всех опытах повторность 4-х кратная. Измеряли общую длину первичных корней и надземные побеги.

Полученные результаты сведены в таблицу.

Варианты опыта	Длина корней, см	Длина побега, см	Соотношение
Пример 1 Чумиза
Контроль	10,5	10,8	1:1
Засоление NaCl	7,2	3,2	2:1
Пример 2 Озимая пшеница
Контроль	12,0	12,6	1:1
Загрязнение нефтью	9,6	2,2	4:1
Пример 3 Озимый ячмень
Контроль	12,4	12,8	1:1
Загрязнение кадмием и свинцом	8	6,5	3:1

При нарушении оптимальных показателей почвы у растений нарушается соотношение надземной и корневой масс.

В первые фазы развития можно по такому соотношению в раннем возрасте растений повысить эффективность и упростить технические решение за счет снижения затрат на химические анализы.

Способ оценки загрязненных земель, включающий использование фитоиндикаторов, их морфологические и физиологические признаки в начальные периоды роста, отличающийся тем, что в качестве индикатора используют зерновые культуры, у которых в раннем онтогенезе определяют загрязненность почв по величине корней и надземных побегов у проростков и по изменению их морфометрических параметров в соотношении 1:1 заключают о токсичности почв.