Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы



Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы
Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы
Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы

 


Владельцы патента RU 2617533:

Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" (RU)
Государственное автономное учреждение Ямало-Ненецкого автономного округа "Окружной технологический парк "Ямал" (RU)

Изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано для оценки экологической ситуации при хроническом и аварийном загрязнении почвы тяжелыми металлами по анализу активности фермента дегидрогеназы в почве. Для этого выделяют первый типичный участок без явного источника эмиссии тяжелых металлов (№1) и второй (№2) типичный участок с явным источником эмиссии приоритетных тяжелых металлов. Затем с этих участков отбирают усредненные пробы почвы №1 и №2, соответственно, и определяют в них активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом. При этом о хроническом загрязнении почвы тяжелыми металлами судят по повышению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1. Об аварийном загрязнении почвы тяжелыми металлами судят по снижению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1. Способ позволяет диагностировать факт хронического или аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами, а также сократить время, повысить точность и качество оценки экологической ситуации на территориях функционирования промышленных объектов. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано при оценке экологической ситуации на территориях функционирования промышленных объектов и осуществляется путем оперативной диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами через анализ активности фермента дегидрогеназы. При этом учитывается то обстоятельство, что загрязнение почв тяжелыми металлами происходит главным образом через газопылевые выбросы высокотемпературных технологических процессов (пирометаллургии, обжига цементного сырья, сжигания угля, нефти, нефтяного попутного газа, бензина, дизельного и котельного топлива и др.), которые путем седиментации и атмосферными осадками попадают на рельеф местности.

Известен способ определения участков, загрязненных тяжелыми металлами и токсичными элементами (Патент на изобретение №2469359. Способ определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами. Рыбас О.В., Бердников Н.В.). Существенным недостатком известного способа является то, что в нем для определения так называемых полей распределения концентраций тяжелых металлов и токсичных элементов на исследуемой территории, в качестве атрибутивной информации используются данные анализа содержания этих веществ в поверхностных водах, которые загрязняются в результате стока в них вод атмосферных осадков с территории водосбора. Получаемые при этом результаты никаким образом не могут характеризовать хроническое или аварийное загрязнение почвы, в которую вещества поступают в основном с газопылевыми выбросами и значительная часть которых сорбируется почвенным поглощающим комплексом.

Известен другой способ определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами (Патент на изобретение №2110068. Способ определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами. Молостовский Э.А., Еремин В.Н.). Существенным недостатком известного способа является то, что здесь производится всего лишь косвенное определение степени загрязнения тяжелыми металлами почв и донных осадков путем измерения магнитной восприимчивости этих природных сред на фоновом и исследуемом участках. Получаемые при этом результаты также не позволяют установить факт хронического или аварийного загрязнения тяжелыми металлами почв или донных осадков. Кроме того, данный способ не может быть применим к широкому спектру почв, так как последние различаются по своей магнитной восприимчивости, зависящей от соотношения в них диа-, пара- и ферромагнетиков, то есть значение этого показателя возрастает в почвах, богатых окристаллизованными оксидами железа и снижается в оглеенных почвах, органических почвенных горизонтах и при возрастании выветрелости первичных пород.

Целью предлагаемого нами изобретения является решение технической задачи оперативной диагностики факта хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы.

Данная техническая задача решена благодаря тому, что на исследуемой территории, по карте-схеме крупного масштаба (M 1:200000 и крупнее), выделяют первый типичный участок без явного источника эмиссии тяжелых металлов и второй типичный участок с явным источником эмиссии приоритетных тяжелых металлов. Затем с этих двух участков отбирают соответственно усредненные пробы №1 и №2 почвы и оперативно (в течение 1 суток) определяют в них активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом.

При этом о хроническом загрязнении почвы тяжелыми металлами, как о перманентном явлении, судят по повышению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1. Этот феномен объясняется адаптацией микроорганизмов, как продуцентов фермента дегидрогеназы, к хроническому загрязнению почвы, что происходит путем естественного отбора резистентных (устойчивых) к тяжелым металлам форм микроорганизмов, снижения токсичности тяжелых металлов посредством их сорбции клеточными оболочками микроорганизмов и восстановления микроорганизмами ионов тяжелых металлов до элементарной металлической формы. Более того свойство резистентности микроорганизмов к тяжелым металлам не утрачивается, то есть это свойство генетически передается от одной генерации микроорганизмов к другой.

Об аварийном загрязнении почвы тяжелыми металлами, как об эпизодическом явлении, судят по снижению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1. Этот феномен объясняется «шоковым» эффектом залпового аварийного газопылевого выброса тяжелых металлов на микроорганизмы почвы, попадающие в нее седиментацией и атмосферными осадками. «Шоковый» эффект выражается в прямом ингибировании каталитической активности дегидрогеназы и задержке продуцирования данного фермента микроорганизмами, вследствие подавления их роста и размножения под действием смеси различных тяжелых металлов.

В целом, рассматриваемый способ диагностики акцентирует свое основное внимание на установлении факта хронического или аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами в концентрациях, не вызывающих их химическую стерилизацию, ведущую к уничтожению почвенной «живой фазы» (флоры и фауны), и позволяющих с течением времени в результате различных процессов самоочищения почвы (миграции, сорбции и трансформации тяжелых металлов) вернуться в изначальное функциональное состояние, то есть к статусу до аварийного загрязнения.

В данном способе диагностики в качестве метода анализа используют определение активности фермента дегидрогеназы отобранных проб почвы с применением реактивов - карбоната кальция, водных растворов глюкозы и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида, насыщенного щелочного раствора пирогаллола и этилового спирта.

Способ осуществляют следующим образом. Отбирают пробы почвы, а именно: пробу №1 из участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов и пробу №2 из участка с явным источником эмиссии тяжелых металлов в 6-кратной повторности.

Активность дегидрогеназы проб анализируют с помощью модифицированной колбы Эрленмейера (1) с коленчатым отростком (2), изображенной на фиг. 1.

С целью анализа активности дегидрогеназы, по 1 г пробы отдельно из каждого вышеназванного варианта помещают в модифицированные колбы Эрленмейера (1), в которые затем последовательно добавляют 0,1 г тонко измельченного карбоната кальция, по 1 мл 1%-х водных растворов глюкозы и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида, бесцветного вещества (а), и все это перемешивают встряхиванием. Далее в коленчатый отросток (2) с помощью шприца вводят насыщенный щелочной раствор пирогаллола (б). Колбы герметизируют, используя вакуумную смазку и ставят на инкубирование в термостат при 30°С на одни сутки.

После завершения инкубирования проб производят экстракцию образующегося в них 2,3,5-трифенилформазана, вещества красного цвета, с помощью этилового спирта (5 раз по 4 мл). Экстракты каждой пробы объединяют до объема 25 мл и измеряют оптическую плотность на спектрофотометре (при длине волны λ=490 нм). Затем по заранее подготовленному калибровочному графику для концентраций 2,3,5-трифенилформазана (например, 1-30 мкг/л) рассчитывают количество образованного вещества, выражаемое в единицах мкг или мг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), различающееся в различных вариантах, что в результате позволяет судить о факте хронического или аварийного загрязнения почвы тяжелыми металлами.

По результатам этого эксперимента выявляют факт хронического загрязнения почвы тяжелыми металлами, когда активность дегидрогеназы выше в пробе №2, чем в пробе №1, и факт аварийного загрязнения почвы, когда активность дегидрогеназы ниже в пробе №2, чем в пробе №1.

Так, нами на территории с локализацией объекта металлургического производства было установлено, что факт хронического загрязнения почвы участка с явным источником эмиссии смеси приоритетных тяжелых металлов выражается в повышении содержания меди, никеля и свинца соответственно в 2,3, 1,8 и 4,5 раза по сравнению с почвой участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов (табл. 1). При этом количество микроорганизмов, продуцирующих дегидрогеназу, в почве участка с явным источником эмиссии тяжелых металлов оказалось выше (на один порядок), чем в почве участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов. Активность дегидрогеназы положительно коррелировала с количеством микроорганизмов, то есть в почве участка с явным источником эмиссии тяжелых металлов она оказалась также выше (на 65%), чем в почве участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов.

Дальнейшие наблюдения позволили установить факт аварийного загрязнения почвы участка с явным источником эмиссии смеси приоритетных тяжелых металлов, вследствие непредвиденного отключения фильтров газопылевой очистки объекта металлургического производства, что выразилось в повышении содержания меди, никеля и свинца соответственно в 16,6, 12,0 и 37,9 раз по сравнению с почвой участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов (табл. 2). При этом количество микроорганизмов, продуцирующих дегидрогеназу, в почве участка с явным источником эмиссии тяжелых металлов оказалось ниже (на 2 порядка), чем в почве участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов. Активность дегидрогеназы положительно коррелировала с количеством микроорганизмов, то есть в почве участка с явным источником эмиссии тяжелых металлов она оказалась также ниже (на 50%), чем в почве участка без явного источника эмиссии тяжелых металлов.

Заявляемое техническое решение позволяет корректно диагностировать факт хронического или аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами, а также сократить время, повысить точность и качество оценки экологической ситуации на территориях функционирования промышленных объектов.

Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами, включающий анализ активности фермента дегидрогеназы, отличающийся тем, что на исследуемой территории, по карте-схеме крупного масштаба (М 1:200000 и крупнее), выделяют первый типичный участок без явного источника эмиссии тяжелых металлов и второй типичный участок с явным источником эмиссии приоритетных тяжелых металлов, затем с этих двух участков отбирают соответственно усредненные пробы №1 и №2 почвы и оперативно (в течение 1 суток) определяют в них активность фермента дегидрогеназы спектрофотометрическим методом, при этом о хроническом загрязнении почвы тяжелыми металлами судят по повышению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1 и об аварийном загрязнении почвы тяжелыми металлами судят по снижению активности фермента в пробе №2 относительно пробы №1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области почвоведения, а именно к агрохимии, и предназначено для оценки концентрации гумуса в образцах черноземных почв петромагнитным методом.

Изобретение относится к экологии и предназначено для оценки состояния температуры параметров почвы в многолетнемерзлых, глинистых, скальных и каменистых грунтах. Для этого размещают почвенные датчики температуры почвы на разных глубинах с определенным шагом в целевых скважинах, пробуренных в многолетнемерзлых, глинистых, скальных и каменистых грунтах без промывки, с последующей их засыпкой, регистрируют информацию об измеренной каждым датчиком температуре почвы и передают информацию от датчиков в базу данных на удаленном сервере.

Лизиметр // 2613882
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при балансовых исследованиях на мелиорируемых землях, в частности, для определения инфильтрации поливных, талых и дождевальных вод.

Изобретение относится к способу управления добычей углеводородов при осуществлении наблюдения за коллектором с использованием данных о скученных изотопах, данных об инертных газах или сочетания данных о скученных изотопах и инертных газах.
Изобретение относится к области экологии, а именно к определению суммарной фитотоксичности почвы методом биоиндикации. Для этого проводят биотестирование почвы по активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

Изобретения относятся к области сельского хозяйства. В способе получают водные пробы, извлекаемые из множества всасывающих зондов, размещенных на различных глубинах в почвенном субстрате, включая зону функционирования корневой системы видов растений в данном почвенном субстрате.

Изобретение относится к области экологии, а именно к выявлению признаков природных катастроф, и может найти применение при оценке опасности поражения территорий лавинообразным потоком.

Изобретение относится к области экологии, а именно болотоведения. Для этого определяют линейный прирост образцов побегов мхов рода Sphagnum и исследуют их по индивидуальным маркерам, от которых измеряют линейный прирост побегов.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способам определения показателей качества глубины дискового лущения стерни зерновых колосовых культур.

Изобретение относится к способам изготовления стандартных образцов состава для оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений, в частности измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах, грунтах и донных отложениях.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при выполнении работ по инъекционному закреплению образцов грунта в лабораторных условиях. Конструкция для инъекционного закрепления образцов грунта включает форму-цилиндр, основание и крышку. В качестве основания и крышки содержит две пластины с углублением и/или бортиком для фиксации в них формы-цилиндра, закрепляемой с помощью стягивающих устройств через отверстия по краям плоскости пластин. По центру на пластинах предусмотрены патрубки, при этом форма-цилиндр выполнена из полимерной или стеклянной трубы нужного диаметра и длины. Технический результат состоит в повышении достоверности результатов исследования грунтов, обеспечении инъекционного закрепления образцов грунта с искусственной или естественной (керны) структурой в лабораторных условиях. 4 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для взятия проб почвенных растворов в естественных условиях, а также при отборе почвенных растворов на избыточно увлажнительных почвах, занятых рисовыми чеками. Лизиметрическое устройство содержит корпус 1 с перфорацией и вакуумную трубку 2 с перфорацией для сбора влаги, причем корпус выполнен в виде закрытого полого цилиндра, по всей боковой поверхности которого выполнена перфорация, и который покрыт водопроницаемым материалом геотекстиля 3. Концы материала геотекстиля 3 зафиксированы между собой швом, образуя замкнутую полость цилиндра, при этом перфорированные отверстия 5 цилиндра 1 по всей боковой поверхности просверлены конусными отверстиями, сужающимися во внутрь полого цилиндра 1. Вакуумная трубка 2 снаружи в пределах перфорации внутри корпуса 1 покрыта вторым слоем водопроницаемого материала геотекстиля 6. Изобретение предотвращает заиление полости корпуса прибора и повышает надежность качественного пропуска почвенного раствора, что обеспечивает получение более достоверного количественного и качественного состава почвенного раствора. 3 ил.

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.
Наверх