Способ определения токсичности почв

Авторы патента:

Бекузарова Сарра Абрамовна (RU)

Комжа Александр Львович (RU)

Заалишвили Владислав Борисович (RU)

Бекмурзов Алан Дрожкович (RU)

G01N33/24 - грунтов (G01N 33/42 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2490630:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра Российской академии наук и Правительства Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А) (RU)

Изобретение относится к области экологии и предназначено для определения токсичности почв. Способ включает биотестирование по количеству организмов при оптимальной влажности почвы. Токсичность почвы определяют по азотфиксирующей активности клубеньковых бактерий, формирующих клубеньки на корневой системе бобовых трав в 15-20-сантиметровом слое почвы, спустя 2-3 недели после весеннего отрастания и до фазы цветения. Степень токсичности почвы определяют по внутренней окраске азотфиксирующих клубеньков (розовой или красной), при наличии окраски более чем у 50% клубеньков оценивают состояние почвы как удовлетворительное, наличие ее у 20-50% клубеньков - считают экологическим риском, а менее чем у 20% клубеньков - экологическим бедствием. Способ позволяет быстро и точно оценить степень загрязнения окружающей среды. 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области экологии, а именно к мониторингу характеристик различных сред экосистем методами биоиндикации, и может быть использовано для оценки влияния антропогенного фактора на биоту.

Известен способ, при котором осуществляют оценку токсичности почв и окружающей среды по животным-биоиндикаторам, их морфологическим признакам (патент №2372617 от 10.11.2009, МПК G01N 33/24).

Известен также способ, где токсичность почвы и окружающей среды определяют по асимметрии рисунка на покрове клопа-солдатика (патент №2329501 от 20.07.2008, МПК Q01N 33/24).

Известные способы достаточно сложные, поскольку надо выявлять насекомых, перемещающихся по поверхности почвы, изучать их морфологию, классифицировать особи по классу признаков, что усложняет техническое решение.

Наиболее близким техническим решением является способ, в котором определяют количество ногохвосток при оптимальной влажности почвы и по снижению их численности определяют токсичность почвы.

Однако при этом оценку токсичности определяют только в системе севооборота при определенной влажности почвы с интервалом 30-40 дней. Кроме того, количество ногохвосток определяют только в лабораторных условиях под бинокуляром, что усложняет способ. Осуществляемая оценка недостаточно точная, так как при транспортировке образцов почвы в лабораторию часть особей погибает.

Технический результат - упрощение способа и повышение точности оценки.

Техническое решение заключается в том, что токсичность почвы определяют по азотфиксирующей активности клубеньковых бактерий, формирующих клубеньки на корневой системе бобовых трав в 15-20-сантиметровом слое почвы, спустя 2-3 недели после весеннего отрастания и до фазы цветения, а степень токсичности почвы определяют по внутренней окраске азотфиксирующих клубеньков (розовой или красной) и ее наличие менее чем у 50% клубеньков считают экологическим риском, а менее чем у 20% клубеньков - экологическим бедствием.

Способ осуществляется следующим образом.

Отрастание травянистых растений бобовых (клевера, люцерны, эспарцета, донника, козлятника, астрагала и других), на корнях которых в 15-20-сантиметровом слое почвы расположены клубеньковые бактерии, фиксирующие атмосферный азот, начинается в системе севооборотов сельскохозяйственных угодий и в естественных фитоценозах, подверженных загрязнению тяжелыми металлами и радионуклидами, при достаточных для микроорганизмов показателях влажности (60-70%) и тепла (не менее 10-15°C).

Обоснование выбора периода определения токсичности почвы (спустя 2-3 недели после начала весеннего отрастания) объясняется началом формирования клубеньковых бактерий при оптимальной влажности и температуре.

Наличие клубеньков розового или красного цвета (в зависимости от вида бобовых растений) свидетельствует о высокой активности азотфиксации. Если участок токсичен, то клубеньки мелкие и имеют зеленый или бурый цвет. Такая окраска свидетельствует об отсутствии в клубеньках пигмента леггемоглобина, обусловливающего розовую или красную окраску.

Леггемоглобин связывает азот, регулируя азотный обмен растения. При недостатке леггемоглобина снижается количество белка и урожай семян, снижается плодородие почвы.

В отличие от известного способа, определять токсичность почвы можно непосредственно на участках по визуальной оценке бобовых растений-биоиндикаторов без лабораторных и химических анализов, что значительно упрощает способ.

При наличии в почве избыточного количества свинца, кадмия, стронция, радионуклидов, нефтепродуктов и других токсикантов нарушается кислотный режим раствора в корнеобитаемом слое, что приводит к снижению леггемоглобина в азотфиксирующих клубеньках и, следовательно, к исчезновению окраски (розовой или красной).

При учете активных клубеньков на исследуемом участке определяют три категории токсичности почвы:

1 - при наличии окраски более чем у 50% клубеньков - удовлетворительное состояние;

2 - окраска 20-50% клубеньков - экологический риск;

3 - окраска менее 20% клубеньков - экологическое бедствие.

Отсутствие окраски указывает на загрязнение не только почвы, но и воздуха, которым дышат клубеньковые бактерии, фиксируя молекулярный азот.

В отличие от известного технического решения, оценку азотфиксации и определение токсичности почвы можно проводить от отрастания ранней весной до фазы цветения. Позднее, в период формирования семян, клубеньковые бактерии снижают способность усвоения атмосферного азота и образования леггемоглобина - основного красителя внутри клубенька.

Пример 1. В различных местах загрязненного свинцом участка, площадью 0,5 га, отбирали пять растений клевера, выкапывая их корневую систему на глубину 15 см. На корнях подсчитывали общее количество клубеньков, выделяя клубеньки с розовой окраской. Растения отбирали при оптимальной влажности почвы (65-70%) в благоприятных для клубеньковых бактерий условиях, так как в период засухи они фиксируют атмосферный азот недостаточно активно и оценка токсичности может быть неточной.

На пяти растениях определяли общее количество клубеньков - 826 штук (в среднем 165,2 шт. на 1 растение). При надрезе клубеньков скальпелем, розовых оказалось 118 шт., то есть 14,3%. Из этого заключили, что исследуемый участок относится к 3-й категории («экологическое бедствие»).

Пример 2. Спустя две недели после отрастания бобовых трав в естественном фитоценозе, зараженном мышьяком, при влажности почвы 65%, в восьми точках выкапывали корневую систему растений на глубину 20 см и подсчитывали количество клубеньков на корнях - 612 шт., из которых выделено с окраской 85 шт., то есть 13,9%. Сделали заключение о принадлежности участка к 3-й категории («экологическое бедствие»).

Пример 3. На участке, загрязненном свинцом и ртутью, при влажности почвы 70%, спустя 3 недели после весеннего отрастания эспарцета, клевера и люцерны, у 15 растений (по 5 каждого вида) выкапывали корневую систему на глубину 20 см. Общее количество клубеньков разных видов бобовых составило 1835 шт. Из них выделено 156 шт. или 8,5% с розовой или красной окраской, что классифицировано как «экологическое бедствие».

Пример 4. На участке, загрязненном фтором, отобраны 20 растений семейства бобовые (клевер, астрагал, донник, люцерна, эспарцет), по 5 растений каждого вида. Выкапывали их корневую систему на глубину 15-18 см и подсчитывали количество клубеньков, образовавшихся на корнях растений. Общее количество клубеньков составило 2136 шт., из них выделено окрашенных 862 шт. или 40,4% (категория «экологический риск»).

Пример 5. На участке, загрязненном цинком и кобальтом, извлекали растения, как и в предыдущих примерах. Общее количество клубеньков на 10 растениях составило 1385 шт., из них окрашены 726 шт. или 52,4%. Этот показатель классифицировали как «удовлетворительное состояние». Результаты опытов сведены в таблицу.

Примеры	Токсиканты почвы	Предельно допустимые концентрации, (мг/кг)	Содержание токсикантов на участках, (мг/кг)	Общее количество клубеньков в выборке, (шт.)	Количество клубеньков, окрашенных пигментом, (шт.)	% окрашенных клубеньков	Категория опасности
1.	Свинец	32,0	48,0	826	118	14,3	3
2.	Мышьяк	20+1,0	25+8	612	85	13,9	3
3.	Свинец + ртуть
3.	Свинец + ртуть	2,0	2,5	1835	156	8,5	3

4.	Фтор	10,0	18,0	2136	862	40,4	2
5.	Цинк + кобальт
5.	Цинк + кобальт	23,0+5,0	37+8	1385	726	52,4	1

Предлагаемый способ позволяет повысить точность оценки загрязненной территории и упростить определение ее токсичности по методу биотестирования клубеньковых бактерий непосредственно в полевых условиях без дополнительных химических анализов.

Способ определения токсичности почв, включающий биотестирование по количеству организмов при оптимальной влажности почвы, отличающийся тем, что токсичность почвы определяют по азотфиксирующей активности клубеньковых бактерий, формирующих клубеньки на корневой системе бобовых трав в 15-20-сантиметровом слое почвы, спустя 2-3 недели после весеннего отрастания и до фазы цветения, степень токсичности почвы определяют по внутренней окраске азотфиксирующих клубеньков (розовой или красной), при наличии окраски более чем у 50% клубеньков оценивают состояние почвы как удовлетворительное, наличие ее у 20-50% клубеньков - считают экологическим риском, а менее чем у 20% клубеньков - экологическим бедствием.

Изобретение относится к области качественного и количественного анализа состава грунтов при определении территорий предполагаемых месторождений нефти, а также при бурении скважин в местах предполагаемых месторождений нефти.

Способ определения ресурсных параметров земельного участка при осуществлении поточного землепользования // 2487349

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .

Способ выделения структурных отдельностей почвы // 2485500

Изобретение относится к области физики почв и предназначено для получения структурных отдельностей. .

Способ отбора проб для анализа почвы // 2485499

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб для анализа почвы. .

Способ определения усредненной степени восстановленности торфяных почв // 2485498

Изобретение относится к области почвоведения и предназначено для определения усредненной степени восстановленности торфяных почв. .

Способ определения загрязнения почвы химическими элементами // 2482479

Изобретение относится к промышленной экологии, сельскому хозяйству, промышленному и гражданскому строительству. .

Способ определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий paramecium caudatum ehrenberg // 2482478

Изобретение относится к области сельского хозяйства, экологии и может быть использовано для определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg.

Способ изготовления стандартного образца состава низинного торфа // 2482477

Изобретение относится к области биологии и может быть использовано при проведении химических анализов многокомпонентных веществ. .

Способ измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин // 2481575

Изобретение относится к области испытаний с-х машин, в частности для измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин и агрегатов, и может быть использовано для создания более точных и адекватных приборов.

Способ определения эффективности биодеградации углеводородов нефти в нативных и загрязненных почвах // 2477472

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды в нефтедобывающей промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано для определения углеводород-деградирующего потенциала почвенной микробиоты.

Способ установления величины пирогенного изменения мощности слоя торфа на участке мелиорируемых земель // 2491547

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для установления величины пирогенного изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях

Способ получения образцов грунта ненарушенной структуры // 2494396

Изобретение относится к исследованию прочностных характеристик грунтов, а именно к получению почвенных и грунтовых проб определенных размеров ненарушенной структуры. Способ включает установку в вертикальное положение устройства в виде заключенного в корпусе металлического полого цилиндра, по внутренней и внешней стенке которого приварен режущий элемент в виде спирали, опускание цилиндра на заданную глубину при его вращении с вырезанием почвенного образца цилиндрической формы. Достигается упрощение и повышение надежности при получении образцов. 1 ил.

Способ дистанционного определения деградации почвенного покрова // 2497112

Способ дистанционного определения деградации почвенного покрова. Способ включает зондирование подстилающей поверхности, содержащей тестовые участки многоканальным спектрометром, установленнЫм на аэрокосмическом носителе с одновременным получением изображений на каждом канале; расчет методом зональных отношений амплитуд сигналов в каналах частных индексов деградации, а именно процентного содержания гумуса (Н), индекса засоленности (NSI) и индекса влагопотерь (W); определение интегрального показателя деградации D по многопараметрической регрессивной зависимости, вида: D = ( H 0 H ) 1,9 ⋅ ( N S I N S I 0 ) 0,5 ⋅ ( W 0 W ) 0,3 пересчет значениЙ пикселей яркости изображений в масштабе вычисленного показателя деградации каждого пикселя; выделение контуров их результирующих изображений с установленными градациями степени деградации. (Н0, NSI0, W0) - значения частных индексов деградации для тестовых эталонных участков. Технический результат заключается в повышении оперативности и достоверности определения степени деградации почвенного покрова. 5 ил., 3 табл.

Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя // 2498014

Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя. Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя включает бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd,th. Дополнительно бурение скважин производят после промерзания сезоннопротаивающего слоя, на образцах дополнительно определяют плотность сухого грунта после промерзания сезоннопротаивающего слоя ρd,f, а величина пучения определяется по приведенной зависимости. Технический результат состоит в снижении трудоемкости работ, повышении точности определения величины пучения, обеспечении снижения материалоемкости. 2 ил., 5 табл.

Способ комплексной оценки экологического состояния почв // 2501009

Изобретение относится к области экологии и предназначено для оценки экологического состояния почв. Отбирают пробы незагрязненной фоновой почвы и загрязненной тяжелыми металлами или нефтью и нефтепродуктами и для каждой пары образцов почв определяют численность аммонифицирующих бактерий, численность микроскопических грибов, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность инвертазы, всхожесть редиса. ИПС почвы рассчитывают по формуле: ИПС=Σ(Пзагрi/Пфонi)×100%/n, где Пзагрi - значение i-го показателя (численность аммонифицирующих бактерий, млн/г, численность микроскопических грибов, млн/г, обилие бактерий рода Azotobacter, % активность каталазы, мл O2/мин, активность инвертазы, мл глюкозы/24 ч, всхожесть редиса, % для загрязненной почвы, Пфонi - значение i-го/мин, показателя для незагрязненной почвы, n - число показателей (n=6). По снижению ИПС определяют экологическое состояние почв. Если значение ИПС в загрязненной почве более 95% констатируют нормальное экологическое состояние почвы. При снижении ИПС до 90-95% констатируют удовлетворительное состояние. При снижении ИПС до 75-90% констатируют неблагополучное состояние. При снижении ИПС ниже 75% констатируют катастрофическое состояние. Заявленный способ позволяет быстро и точно оценить экологическое состояние почвы. 17 табл., 2 пр.

Способ контроля дыхания почвы в посеве // 2507517

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для контроля дыхания почвы в посеве. Для этого выполняют выбор в посеве контролируемого участка и его подготовку, процедуру контроля дыхания почвы на выбранном в посеве контролируемом участке путем измерения величины накопления (убыли) газообразного дыхательного субстрата CO2 (O2) в герметичной камере, которой накрывают контролируемый участок. Подготовка контролируемого участка дополнительно включает такой посев семян, при котором часть участка оставляют незасеянной. Для измерения используют отдельно и поочередно две разные герметичные камеры, с помощью одной из которых полностью накрывают только засеянную растениями часть контролируемого участка посева, а с помощью другой дополнительно к указанной выше площади накрывают частично или полностью также незасеянную часть контролируемого участка посева. При этом величину дыхания почвы, приходящейся на площадь контролируемого участка посева, рассчитывают путем определения разности между результатами измерений, полученными с помощью указанных выше герметичных камер, умноженной на величину отношения площади контролируемого участка посева к разности площадей оснований двух указанных выше герметичных камер. Изобретение обеспечивает возможность исследования в полевых условиях и одновременно не нарушает целостности взаимодействия корневой и наземной части растений. 1 ил.

Способ установления величины изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях // 2513837

(57) Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения величины изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. Способ включает устройство разрезов, измерение мощности слоя оболочек почвенных биологических организмов в конце и начале периода наблюдения и расчет. При этом измеряют мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб. Величину изменения мощности слоя торфа рассчитывают по формуле Нсраб=a·h, где Нсраб - величина уменьшения мощности слоя торфа, см; h - мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, см; а - коэффициент. Коэффициент а определяют по формуле а=(H1-H2)/(h1-h2), где Н2, H1 - мощности слоя торфа и h2, h1 - мощности уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, соответственно в конце и начале периода наблюдения. Способ позволяет быстро и точно определить величину изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. 1 пр.

Способ определения коэффициента фильтрации грунта // 2513849

Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв. Через образец грунта пропускают поток воды. На поверхности образца грунта размещают грузик. Фиксируют начало погружения грузика. Измеряют параметры образца и потока воды. Рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. Фиксируют величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта. При снижении величины концентрации на 10% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор фульвокислоты, восстанавливая величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Использование заявленного способа расширяет функциональные возможности определения коэффициента фильтрации грунта, позволяет быстро и точно определить коэффициент фильтрации грунта, подверженного воздействию фульвокислоты, в зоне распространения подзолистых почв. 1 табл., 1 пр.

Способ определения поражения горной долины лавинообразным потоком // 2518447

Изобретение относится к области экологии, в частности к способам выявления признаков природных катастроф, и может найти применение при оценке опасности поражения территорий. Способ включает фитоиндикацию по возрасту древесной растительности. Определение верхней границы поражения горной долины лавинообразным потоком, при сходе которого на склонах долины не остается растительности, проводят путем измерения разности высот между дном долины и нижней границей фитоиндикатора - коренных березняков, произрастающего над пораженным склоном; оценку даты поражения устанавливают путем измерения количества годичных колец на кернах древесины, высверленных возрастным буром, или на поперечных спилах у оснований стволов, на уровне корневой шейки наиболее крупных деревьев в новообразованных древостоях, возобновляющихся в зоне поражения ниже коренных березняков. Способ позволяет повысить эффективность выявления признаков опасных природных явлений. 1 ил., 1 пр.

Устройство для измерения динамического действия дождя на почву // 2518744

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для измерения динамического действия дождя на почву. Устройство включает корпус, пористую измерительную пластину, поры которой заполнены водой, эластичный экран с датчиками, электрически связанными с прибором индикации. Новым является то, что боковая внутренняя поверхность корпуса снабжена микроячейками, гидравлически связанными между собой и заполненными полиакриламидом. Достигается возможность измерения динамического действия на почву дождя с добавками полиакриламида, за счет наличия микроячеек, заполненных полиакриламидом. 1 ил.