способ оценки техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами

Формула изобретения

Способ оценки техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, включающий использование в качестве биоиндикатора надземной части растения амброзии полыннолистной (Ambrosia artemisiifolia L.) в фазе цветения и составление заключения о загрязнении исследуемого участка при содержаниях тяжелых металлов, значительно превышающих предельно допустимые концентрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экологии, в частности к области защиты окружающей среды, и может найти применение при оценке загрязнения территории тяжелыми металлами.

Известен способ, где проводят оценку экологического состояния путем отбора образцов хвои сосны обыкновенной, произрастающей на исследуемой территории. В ней определяют содержание хлорофилла и активность каталазы и по их составу определяют коэффициенты обмена веществ, по которым заключают о загрязнении окружающей среды (патент № 2314349, опубликован 10.01.2008 г.).

Однако известный способ достаточно сложный и малореализуемый, поскольку на территориях техногенного загрязнения сосна встречается не повсеместно, а может и вовсе там не произрастать.

Известен способ, при котором определяют загрязненность территории только по одному фактору - кислотности сока хвойного дерева (патент № 2375869 от 20.12.2009 г.). Однако известный способ также малоэффективен, из-за возможного отсутствия хвойных деревьев на исследуемой территории. В таком случае невозможно определить дозу увеличения содержания тяжелых металлов, то есть степень загрязнения.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором используют растение-биоиндикатор, произрастающий на территории санитарно-защитных зон - полынь австрийскую (Artemisia austrica Jacq.). Оценку проводят в период вегетации, подвергая химическому анализу надземную массу растений на содержание тяжелых металлов (патент № 2257597 от 27.07.2005 г., МПК G01N 39/48).

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что отбор проб проводят только один раз за полевой сезон, а для анализа отбирают по 20-30 шт. случайных растений. В связи с тем, что в процессе развития растений содержание тяжелых металлов меняется от минимального (фаза стеблевания), до максимального (фаза цветения) проведение одного анализа недостаточно для точного определения загрязнения окружающей среды.

Кроме того, полынь произрастает не повсеместно, что усложняет проведение оценки.

Технический результат - упрощение способа, расширение ассортимента растений-биоиндикаторов.

Техническое решение заявленного объекта, в отличие от прототипа, заключается в том, что в качестве биоиндикатора используют растения амброзии полыннолистной (Ambrosia artemisiifolia L.) в фазе цветения, а оценку осуществляют по трем контрастным зонам и при содержаниях тяжелых металлов, значительно превышающих предельно допустимые концентрации, делают заключение о загрязнении исследуемого участка.

Способ осуществляют следующим образом.

Амброзия полыннолистная - карантинный сорняк американского происхождения - имеет широкое распространение в России (Дальний Восток, Сибирь, центральные и южные регионы европейской части страны и др.). Основная занятая амброзией территория приходится на Северный Кавказ, Ростовскую и Волгоградскую области и Приморский край. Вдоль железнодорожных и автомобильных дорог амброзия заносится и до северных регионов России (Коми, Карелии, Мурманской области). Растение неприхотливо, встречается массово и почти повсеместно, в различных экологических условиях, не избегая техногенно загрязненных территорий.

Вегетационный период длительный и составляет 150-170 дней. Фаза цветения продолжается более 60 дней, что позволяет осуществлять сбор надземной массы в период максимального накопления тяжелых металлов. По их содержанию, в этой фазе легко выявить растения, обладающие высокой сорбционной способностью.

Сравнение сорбционных способностей различных растений в одинаковых фазах развития, но в разных экологических условиях позволяет выявлять виды и культуры с максимальными биоиндикационными возможностями. Для количественного определения способности амброзии к накоплению тяжелых металлов в надземной массе, в сравнении с другими культурами, обладающими аналогичными сорбционными свойствами (клевером, люцерной, эспарцетом), проводились эксперименты на территории металлургического завода, у автотрассы и в сельскохозяйственных угодьях.

Учитывая особенность сосудистых растений концентрировать тяжелые металлы в начале вегетации в минимальном количестве, с постепенным возрастанием их содержания к фазе цветения, биоиндикационную оценку нескольких видов растений проводили в разные фазы развития (стеблевания, бутонизации, цветения).

Пример 1. На территории завода «Электроцинк» (г.Владикавказ) отбирали растения амброзии, клевера, люцерны, эспарцета в трех фазах развития (стеблевания, бутонизации, цветения) и определяли содержание кадмия (Cd), цинка (Zn) и свинца (Pb).

Зеленную массу исследуемых растений высушивали, измельчали и после минерализации определяли в лаборатории содержание тяжелых металлов, в соответствии с ГОСТ 26929-94.

Пример 2. Вдоль автотрассы Ростов - Владикавказ отбирали растения (зеленую массу) амброзии, клевера, люцерны, эспарцета в трех фазах развития и осуществляли их анализ на содержание тяжелых металлов, как в первом примере.

Пример 3. На экспериментальном полевом участке Северо-Кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства (СКНИИГПСХ) исследовали содержание тяжелых металлов в растениях амброзии, клевера, люцерны, эспарцета, в соответствии с ГОСТ 26929-94. Определяли содержание кадмия (Cd), цинка (Zn) и свинца (Pb).

Результаты опытов сведены в таблицу.

Таблица
Содержание тяжелых металлов (мг/кг сухого вещества)
Место произрастания	Вид растения	Фазы развития
стеблевание	бутонизация	цветение
1	2	3	4	5
Завод «Электроцинк»		Кадмий (Cd)
амброзия	3,42	4,32	4,52
клевер	2,12	2,86	3,42
люцерна	2,26	2,78	3,24
эспарцет	1,86	2,06	2,78
Автотрасса Ростов - Владикавказ		Кадмий (Cd)
амброзия	2,08	3,65	4,11
клевер	1,78	3,04	3,86
люцерна	1,96	3,96	4,02
эспарцет	1,65	2,92	3,58
Экспериментальный полевой участок СКНИИГПСХ		Кадмий (Cd)
амброзия	0,89	1,1	1,2
клевер	0,58	0,38	1,01
люцерна	0,50	0,50	0,74
эспарцет	0,42	0,80	0,49
Предельно допустимые концентрации (ПДК)	3,0	3,0	3,0

1	2	3	4	5
		Цинк (Zn)
Завод	амброзия	314,02	325,89	968,6
«Электроцинк»	клевер	78,12	86,46	114,3
	люцерна	84,32	92,18	124,62
	эспарцет	64,44	72,02	88,14
Автотрасса Ростов - Владикавказ		Цинк (Zn)
амброзия	236,73	280,25	620,0
клевер	48,48	50,24	56,18
люцерна	56,26	68,18	76,16
эспарцет	54,12	0,42	6,16
Экспериментальный полевой участок СКНИИГПСХ		Цинк (Zn)
амброзия	44,47	139,12	156,18
клевер	2,86	23,92	31,62
люцерна	2,13	24,46	50,64
эспарцет	2,03	31,2	34,46
ПДК	26,1	26,1	26,1
Завод «Электроцинк»		Свинец (Pb)
амброзия	4,30	7,98	11,2
клевер	1,12	3,12	6,46
люцерна	1,62	3,58	6,12
эспарцет	0,86	2,18	2,92
Автотрасса Ростов - Владикавказ		Свинец (Pb)
амброзия	3,24	7,64	8,22
клевер	2,32	4,86	5,48
люцерна	2,68	3,14	3,68
эспарцет	1,98	2,08	2,36
Экспериментальный полевой участок СКНИИГПСХ		Свинец (Pb)
амброзия	2,18	6,04	8,12
клевер	0,86	3,08	4,12
люцерна	1,12	2,15	5,16
эспарцет	1,76	3,12	5,0
ПДК	5,0	5,0	5,0

Из приведенных в таблице данных следует, что в зоне наибольшего загрязнения (завод «Электроцинк») у амброзии в фазе цветения ПДК кадмия превышена в 1,5 раза, цинка - в 37 раз, свинца - в 2,2 раза. У других изучаемых культур в фазе цветения также наблюдается превышение ПДК отдельных тяжелых металлов. Однако растения амброзии сорбируют тяжелые металлы в гораздо больших количествах, чем другие исследуемые культуры. Следовательно, амброзия может служить более эффективным биоиндикатором загрязнения окружающей среды.