Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО БЛАГОПОЛУЧИЯ ТЕРРИТОРИИ ПАСТБИЩ

Изобретение относится к экологии, в частности к способам экологического мониторинга окружающей среды с помощью биотестирования, и может быть использовано для экспресс-оценки экологического состояния территорий при строительстве пастбищ.

При содержании скота на пастбищах проявляется очень тесная взаимосвязь качества корма и животноводческой продукции. Так, суммарное содержание тяжелых металлов в рационах коров в течение пастбищного периода превосходит зимне-стойловый период (по свинцу в 2,2 раза). Увеличение содержания экотоксикантов в окружающей среде ведет к их накоплению в растениях. Установлено, что при загрязнении почв тяжелыми металлами (высокоопасными - кадмием Cd, свинцом Pb, цинком Zn и умеренноопасными, например, медью Cu) наблюдается их повышенная подвижность в трофической цепи и накопление в животноводческой продукции. Так, концентрация экотоксиканта свинца в молоке прямо пропорциональна его содержанию в рационе коров [1]. Особенно быстро все неблагоприятные изменения качества корма проявляются на количестве, составе, вкусовых и технологических свойствах молока и продуктов его переработки. Существует прямая корреляция между содержанием тяжелых металлов в органах коров и их плодов. В наиболее загрязненных районах повышенное содержание тяжелых металлов выявляется уже у 30-дневных телят, и с возрастом происходит их кумуляция, что приводит к хронической интоксикации животных [2]. Большое значение для обеспечения безопасности кормов, производимых на сенокосах и пастбищах, имеет изучение влияния природных и антропогенных факторов на продуктивность и устойчивость угодий.

В настоящее время оценка качества природной среды осуществляется на основе экологического мониторинга физическими, химическими методами и биотестированием.

Физические и химические методы оценки состояния окружающей среды, давая количественные и качественные характеристики факторов воздействия, об их действии на биологические объекты позволяют судить лишь косвенно. Биотестирование как нельзя лучше выявляет состояние самих живых организмов.

Методы биотестирования, основанные на ответной реакции живых организмов на негативное воздействие загрязняющих веществ, способны давать достоверную информацию о качестве окружающей среды, прежде всего, живых организмов. Причем изменения этого состояния регистрируются на самых ранних стадиях деградации. Широкое распространение имеет фитоиндикация. В силу прикрепленного образа жизни растения особенно зависимы от состояния двух сред - наземно-воздушной и почвенной, в которых происходит их рост и развитие. Поэтому на жизнедеятельность растительного организма загрязнения атмосферы и почвы оказывают самое непосредственное влияние. В качестве фитоиндикаторов могут выступать как высшие, так и низшие формы растений, наибольшее применение для оценки уровня техногенного загрязнения получили эпифитные лишайники и зеленые мхи, обладающие повышенной чувствительностью к агрессивным элементам [3-5]. При оценке уровня техногенного загрязнения отдельными поллютантами проводят листовой анализ химического состава лиственных [6] и хвойных [7, 8] древесных пород. Предпочтительными в качестве фитоиндикаторов являются лиственные породы деревьев, у которых в условиях агротехногенного загрязнения содержание Zn, Cd и Pb во всех органах значительно выше, чем у хвойных [9]. Общим недостатком является оценка по одному или ограниченному набору признаков при сложности осуществления.

При оценке токсичности различных сред в качестве биоиндикаторов используют дафний [10] или моллюсков [11]. Однако дафнии не обладают достаточной резистентностью к действию токсикантов, и токсичность вод оценивается косвенно, а при оценке качества воды по изменению поведенческих реакций используют специально выведенных путем близко родственного скрещивания в стандартных «экологически чистых» лабораторных условиях моллюсков Ampulla gigas.

Цель изобретения - повышение точности оценки экологического состояния и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что листья клена остролистного Acer platanoides L. скармливают пресноводным моллюскам семейства катушек (Planorbidae) Planorbarius corneus L. или Planorbis planorbis L., а уровень загрязнения окружающей среды оценивают по тест-функциям, отражающим общее состояние организма.

Остролистный клен (Acer platanoides L.) - повсеместно распространенное сухопутное древовидное растение, листья которого являются предпочтительным кормовым объектом для моллюсков сем. Planorbidae - обитателей пресноводных территорий экосистем средне-русских пастбищ.

Катушки (Planorbis), класс брюхоногих (Gastropoda), отряд легочных (Pulmonata), семейство катушек (Planorbidae) - обитают в пресноводных водоемах. Питаются нитчатыми водорослями, отмирающими частями высших водных растений, листовым опадом и другими органическими остатками. Могут содержаться в аквариумах для поддержания биологического равновесия. Уничтожают налет микроскопических водорослей на стенках аквариума и грунте, съедают остатки корма и разные органические образования. В предлагаемом способе используют половозрелых особей Pl. corneus (диаметр раковины 10-11 мм) или Pl. planorbis (диаметр раковины 8-11 мм), культивируемых в лабораторных условиях, для повышения достоверности и обеспечения воспроизводимости.

Способ осуществляется следующим образом.

В начале листопада собирают листья клена остролистного (по 50 шт. от 2-3 деревьев). Собранные листья высушивают в течение 5 суток в проветриваемом помещении при температуре 20-25°C, после чего их промывают, выдерживают в дистиллированной воде при комнатной температуре (20-25°C) из расчета 10 шт. / 0,5 л в течение 3-5 суток. В сосуд емкостью 10 л, заполненный отстоенной в течение 3 суток водопроводной водой (используют только 2/3 верхнего слоя), помещают 30 экз. пресноводных моллюсков семейства катушек Planorbidae и 25 шт. подготовленных листьев клена. Скармливание осуществляют в течение 30 дней, листья подкладывают по мере поедания без замены воды. Уровень техногенного загрязнения оценивают по основным показателям физиологического состояния катушек (таблица 1).

Точность оценки подтверждали химическим анализом на содержание тяжелых металлов: Pb, Cd, Zn и Cu, которые относятся к числу приоритетных как для фонового мониторинга окружающей среды, так и для экологической оценки территории [12].

Сущность способа поясняется примерами.

Пример 1. Предлагаемый способ апробирован при выборе новой площадки для строительства пастбища в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 70-100 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. По периметру площадки от 2-3 деревьев клена остролистного собирали листья в количестве 50 шт. от каждого дерева. Собранные листья высушивали в течение 5 суток в проветриваемом помещении при температуре 20°C, после чего выдерживали в дистиллированной воде при комнатной температуре из расчета 10 шт./0,5 л в течение 5 суток. В стеклянный сосуд емкостью 10 л, заполненный отстоенной в течение 3 суток водопроводной водой (использовали 2/3 верхнего слоя), помещали 30 экз. Pl. corneus и 25 экз. подготовленных листьев клена. Скармливание осуществляли в течение 30 суток, листья подкладывали по мере поедания без замены воды. Гибель катушек составила 30%. На 4-е сутки отмечали прекращение яйцекладки, а на 5-е сутки - прекращение развития зародышей в яйцах. Уровень загрязнения окружающей среды оценили как высокий. Проводили химический анализ на содержание Pb, Cd, Zn и Cu в листьях клена остролистного и в надземных частях пастбищных растений тимофеевки луговой Phleum pratense L. и клевера лугового Trifolium pratense L., собранных в проекции листопада клена, стандартными методами на атомно-абсорбционном спектрофотометре AA-7000F. Выбор тимофеевки луговой и клевера лугового обусловлен тем, что содержание Mn, Cu и Zn тесно в них коррелирует с содержанием обменной формы этих элементов в почве [13]. Результаты представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, концентрации Pb, Cd, Zn и Cu в листьях клена остролистного и пастбищных травах превышали предельно допустимые концентрации (ПДК), что соответствовало высокому уровню загрязнения.

Пример 2. Предлагаемый способ апробирован при выборе новой площадки для строительства пастбища в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 800-1200 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. Способ осуществляли, как в примере 1, но в качестве биоиндикатора использовали Pl. planorbis. Гибель катушек составила 16,7%. На 8-10-е сутки отмечали прекращение яйцекладки, а на 10-12-е сутки - остановку развития зародышей в яйцах кладки. Уровень загрязнения оценивали как средний. Результаты химического анализа представлены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, концентрации Pb и Zn превышали предельно допустимые, а концентрации Cd и Cu были на уровне предельно допустимых, что соответствовало среднему уровню загрязнения.

Пример 3. Предлагаемый способ апробирован при выборе новой площадки для строительства пастбища в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 4500-5000 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. Способ осуществляли, как в примере 1. Отмечали отсутствие гибели катушек, сохранение яйцекладки, в отложенных яйцах - нормальное развитие зародышей в яйцах. Уровень загрязнения оценивали как низкий. Результаты химического анализа представлены в таблице 4.

Как видно из таблицы 4, концентрации Pb, Cd, Zn и Cu в листьях клена остролистного и пастбищных травах не превышали предельно допустимые, что свидетельствовало о низком уровне загрязнения.

Результаты химического анализа подтвердили результаты лабораторного исследования по определению уровня загрязнения окружающей среды методом биотестирования. Корреляция результатов биотестирования и химического анализа доказывает надежность предлагаемого способа оценки экологического состояния территории.

Основными преимуществами предлагаемого способа являются доступность и простота проведения экспериментов; воспроизводимость и достоверность полученных результатов; экономичность, как в материальном отношении, так и по трудозатратам; объективность полученных данных.

Источники информации

1. Ненашев Р.А., Калиниченко С.А., Яночкин И.В. Влияние различных видов кормов на содержание тяжелых металлов в рационе и молоке коров / Зоотехническая наука Белоруссии. - 2006. - Т. 41. - С. 272-277.

2. Шкуратова И.А., Донник И.М., Верещак Н.А. Накопление тяжелых металлов у крупного рогатого скота в онтогенезе в условиях техногенного загрязнения / Аграрная наука Евро - Северо-Востока. - 2008. - №11. - С. 200-203.

3. Патент РФ №2188441, G01W 1/00, 2002.

4. Патент РФ №2218753, G01N 33/00, 2003.

5. Патент РФ №2260934, G01N 33/00, 2005.

6. Патент РФ №2213361, G01N 33/00, 2003.

7. Патент РФ №2314349, C12Q 1/30, 2008.

8. Патент РФ №2314349, C12Q 1/30, 2008.

9. Гиниятуллин Р.Х., Кулагин А.Ю. Оценка содержания металлов в надземных органах березы повислой в условиях полиметаллического загрязнения окружающей среды / Аграрная Россия. - 2010. - №6. - С. 21-25.

10. International Standard Organization (ISO)/6341:1989 (E) «Water quality-determination of the mobility of Daphnia magna».

11. Патент РФ №2082167, G01N 33/18, 1997.

12. Дубенок H.H., Евтюхин В.Ф. Закономерности распределения тяжелых металлов в почвах лесных экосистем (на примере центральной части Рязанского региона) / Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2011. - №3. - С. 26-30.

13. Сосорова С.Б., Кашин В.К., Ширеторова В.Г. Микроэлементы (Mn, Cu, Zn) в почвах и растениях дельты реки Селенга // Агрохимия. - 2008. - №6. - С. 51-62.