СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТАТУСА ТЕРРИТОРИЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ СЕЛЕНА
METHOD OF DETERMINING ECOLOGICAL STATUS OF TERRITORIES BASED ON SELENIUM CONTENT

Изобретение относится к исследованиям в области охраны окружающей среды, а именно к способам биологического тестирования объектов окружающей среды. Способ может быть использован для экологического картирования, выявления неблагоприятных участков исследуемых регионов и дифференцированной оценки экологического статуса территорий по содержанию селена.
-6
Селен - халькофильный рассеянный элемент. Он был открыт шведским химиком Я. Берцелиусом в 1817 г. в шламах свинцовых камер сернокислотного завода в Грипсхолме. Его среднее содержание в земной коре равно 5×10% (0,05 мг/кг). Растения континентов содержат селена, как правило, 0,03-0,2 мг/кг сухого вещества, а органы и ткани наземных животных - 0,3-1,7 мг/кг. Как необходимый микроэлемент селен стал известен только в 1957 г. [Ермаков В.В., Ковальский В.В. Биологическое значение селена. М.: Наука, 1974. 298 с.].
При дефиците селена в рационе у животных развиваются мышечная дистрофия и ряд других патологий. Полагают, что суточная потребность в селене для животных 0,1 мг/кг сухого корма, а состояние риска недостаточности оценивается как 0,03-0,05 мг/кг сухого вещества [Ермаков В.В. // Вестник отделения наук о Земле РАН. 2004. №1 (22). 17 с.].
Современный уровень развития техники характеризуется следующими аналогами.
Известен способ биотестирования воды, почвы, биологически активных веществ, в котором для контроля загрязнения окружающей среды используются микробиологические объекты. Способ заключается в регистрации изменчивости характера колониеобразования двух штаммов дрожжей Saccharomyses cerevisae различной плоидности под влиянием среды.
Однако данные организмы реагируют в основном на загрязнение среды различными токсикантами, и способ не применим для адекватной оценки достаточности содержания в среде селена.
[RU 2319959, G01N 33/18, опубл. 20.03.2008 г.]
Известен способ оценки загрязнения экосистем методом биоиндикации антропогенного влияния на окружающую среду, а также выявления синергических биологических эффектов поллютантов в среде. Способ заключается в извлечении из оцениваемой природной среды животных-индикаторов - Elasmucha grisea - с последующим проведением анализа частоты проявления асимметричных морфологических признаков.
[RU 2372617, G01N 33/24, опубл. 10.11.2009 г.]
Известен способ оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, включающий сбор, сушку и измельчение пробы биоиндикатора, сухую минерализацию, определение содержания тяжелых металлов с последующей оценкой. В качестве индикатора используют надземные части полыни Artemisia austriaca.
[RU 2257597, G01V 9/00, опубл. 27.07.2005 г.]
Однако указанные способы возможность селективной оценки экологического статуса селена не обеспечивают.
Известен способ комплексной оценки экологической обстановки и эффективности экологического менеджмента в регионе, разработанный для оценки достаточно крупных районов, разделенных на административно-территориальные образования, включающие города, в том числе промышленные центры. Для сбора первичных данных используют дистанционные методы. Локальный мониторинг проводят по показателям качества окружающей среды с определением территорий с различной экологической обстановкой. При проведении комплексных работ осуществляют оценку изменения ситуации во времени. Затем для каждого административно-территориального образования определяют интегральный показатель оценки эффективности экологического менеджмента и их суммарное значение в целом по региону по заданной формуле.
Способ комплексного мониторинга окружающей среды региона по патенту RU №2369866 сходен с предыдущим аналогом, однако помимо дистанционных в данном случае используются также и контактные (локальные) методы контроля различных параметров. Кроме того, на локальных средствах контроля формируются базы данных, которые затем в форме унифицированных графических и табличных протоколов передаются в центр управления и обработки.
[RU 2243554, G01N 33/00, опубл. 27.12.2004 г.]
[RU №2369866, G01N 33/00, опубл. 10.10.2009 г.]
Указанные методы чрезвычайно многостадийны, трудоемки и, соответственно, дороги. Кроме того, они не позволяют вычленить в «экологическом менеджменте» природную составляющую, относящуюся к селену.
Известен способ оценки микроэлементного статуса региона, позволяющий получить достоверные данные о состоянии среды как локального биогеоценоза, так и крупного региона в целом. Способ основан на биоиндикации территории, с использованием в качестве биоиндикаторов мышечной ткани диких копытных животных и их сельскохозяйственных видов-аналогов, затем определяют содержание в ней микроэлементов, сравнивают полученные результаты с критическими уровнями содержания элементов в пищевых продуктах, а по выходу полученных данных за границы нормы судят об ухудшении микроэлементного статуса региона.
Однако в результате произошедшего в последние годы сокращения численности применяемых в данном прототипе биоиндикаторов (дикие копытные животные) его практическое использование в большинстве регионов Российской Федерации крайне затруднено, а в ряде областей вообще невозможно.
[RU №2280869, G01N 33/50, опубл. 27.07.2006 г.]
В связи с этим назрела необходимость разработки нового метода оценки статуса территории по содержанию селена.
2
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ определения экологического статуса территории путем ее биотестирования, включающий отбор проб биоиндикаторов, высушивание их до постоянного веса, выделение усредненной пробы, определение в ней содержания тестируемого элемента, сравнение полученных значений с установленными данными, по выходу за пределы которых определяют экологический статус территории, при этом в качестве биоиндикаторов используют укосы дикорастущих растений лугово-степной растительности или монокультур однолетних и многолетних сельскохозяйственных растений, отбор проб производят во время фенофазы цветения путем полного выкашивания растительности с 1 м последних в количестве, равном для территории крупного региона 1 проба на 1000-5000 га, а для локального агроценоза в количестве 1 проба на 100 га, при этом выделение определяемого элемента из усредненной пробы проводят концентрированной азотной кислотой с последующим определением его в экстракте методом атомной адсорбции, а сравнение полученных значений ведут с фоновым содержанием стронция в воздушно-сухой массе средних укосов дикорастущей растительности.
Способ предназначен для определения экологического статуса территорий на содержание стронция, а в связи с тем, что селен является легколетучим элементом, подверженным сравнительно быстрому алкилированию, и не предотвращаются потери элемента, известный способ не обеспечивает достоверность получаемых результатов.
[RU №2375710, G01N 33/10, опубл. 10.12.2009 г.]
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа, обеспечивающего возможность оценки экологического статуса селена при одновременном повышении репрезентативности его результатов.
3
Поставленная задача решается разработанным способом определения экологического статуса территорий на содержание селена, характеризующимся тем, что он включает биотестирование территории с использованием в качестве биоиндикатора дикорастущей лугово-степной растительности или культур сельскохозяйственных растений, отбор проб биоиндикаторов во время фенофазы их цветения в объеме не менее 1 дм, непосредственно после отбора пробы последнюю измельчают и квартуют до получения усредненной пробы в количестве не менее 100 г, навеску которой в трех повторностях фиксируют спиртом, проводят определение в экстрактах селена спектрофотометрически и сравнивают полученные усредненные значения с минимальным критическим содержанием селена в нативной массе средних укосов дикорастущей или сельскохозяйственной растительности обследуемой территории, по выходу за пределы которого определяют статус территории.
2
Обычно отбор проб ведут путем полного выкашивания растительности с 1 м последней, а для обеспечения репрезентативности результатов биотестирования локального региона отбор проб производится в количестве не менее 3 проб на 100 га.
Целесообразно использовать минимальные критические уровни содержания селена в нативной массе средних укосов дикорастущей растительности в пределах от 20 до 50 мкг/кг: для лесной зоны - 20 мкг/кг, для лесостепной зон - 30 мкг/кг, для степной зоны - 50 мкг/кг.
Селен является легколетучим элементом, поэтому наиболее точным количественным методом определения селена является спектрофлуориметрический. После разложения биоматериала смесью хлорной и азотной кислот шестивалентный селен восстанавливают соляной кислотой до Se (IV) с образованием диазоселенола в реакции селенита с 2,3-диаминонафталином [Ермаков В.В. Флуориметрическое определение селена в продуктах животноводства, органах (тканях) животных и объектах окружающей среды. Методические указания по определению пестицидов в биологических объектах. М. ВАСХНИЛ, 1997. С.8-18].
Выбор указанных критических уровней селена обусловлен результатами многолетних исследований, проводимых в лаборатории биогеохимии окружающей среды Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН. Установлено, что естественное (фоновое) содержание общего селена в средних укосах дикорастущих видов лугово-степной растительности, а также надземной биомассе монокультур однолетних и многолетних сельскохозяйственных травянистых растений составляет не менее 20 мкг/кг нативного вещества для средних укосов травянистой растительности лесной зоны, не менее 30 мкг/кг - для лесостепной зоны и не менее 50 мкг/кг - для степной.
Обычно в качестве индикаторов экологического статуса селена в агроценозах используют надземную биомассу монокультур однолетних либо многолетних сельскохозяйственных травянистых растений, например клевера, люцерны или вико-овсяной смеси.
Способ применим и для проведения биотестирования крупного региона (10000-50000 га), для этого достаточно исследовать не менее 10 образцов средних укосов дикорастущих видов лугово-степной растительности, отбирая их равномерно по территории региона. Для биотестирования локального агроценоза достаточно исследовать по 2-3 образца надземной биомассы монокультур однолетних и многолетних сельскохозяйственных травянистых растений на каждые 100 га.
Пример 1
3
Для биотестирования Корочанского района Белгородской области площадью 173000 га отбирают 10 образцов средних укосов дикорастущих видов лугово-степной растительности. Для этого равномерно по территории района во время фенофазы цветения растительности выбирают 10 мест отбора. На растительность накладывают рамку размером 1×1 м и фиксируют площадку в зависимости от густоты травостоя, но таким образом, чтобы объем растительной массы с каждой площадки был не менее 1 дм. Надземную часть травяного покрова в пределах рамки полностью срезают ножом или иным подходящим для этого инструментом. Высота среза растений не менее 3 см от поверхности почвы. Образцы растений непосредственно после срезания квартуют до получения средней пробы массой 100 г. Это необходимо для получения наиболее представительной пробы. Выделение селена проводят следующим образом. Пробу измельчают в лабораторной мельнице IKA A11 basic с частотой оборотов 25000 в минуту до размера частиц 0,001-0,1 мм. От измельченной массы на аналитических весах берут в трех повторностях навеску массой 5 г, которую помещают в герметичную тару и фиксируют 5 мл 96%-ного этилового спирта. Поскольку селен является легколетучим элементом, подверженным сравнительно быстрому алкилированию, это предотвращает потери элемента. В таком виде пробы непосредственно анализируют, или они пригодны для анализа в течение полугода по вышеприведенной методике В.В.Ермакова.
При наличии 10 анализируемых проб результаты измерений усредняют.
Среднее арифметическое определенных валовых концентраций селена оказалось равным 69 мкг/кг нативной массы, что выше минимального критического уровня для степной зоны. Поэтому экологический статус селена в обследованном регионе оценивается как нормальный.
Пример 2
Для биотестирования агроценоза Чернянского района Белгородской области площадью 350 га, занятого многолетним сенокосом клевера, было отобрано 4 пробы надземной биомассы растений.
Отбор проб, их подготовку и определение селена проводят аналогично примеру 1. Среднее арифметическое определенных валовых концентраций селена оказалось равным 31 мкг/кг нативной массы, что выше минимального критического уровня для лесостепной зоны. Поэтому экологический статус селена в обследованном регионе оценивается как нормальный.
Пример 3
Для биотестирования агроценоза Тверского района (Тверской области) площадью 120 га, занятого многолетним сенокосом вико-овсяной смеси, было отобрано 2 пробы надземной биомассы растений.
Отбор проб, их подготовку и определение стронция проводят аналогично примеру 1. Среднее арифметическое определенных валовых концентраций селена оказалось равным 18 мкг/кг нативной массы, что меньше нижнего критического уровня. Поэтому экологический статус селена в обследованном агроценозе оценивается как пониженный неблагоприятный.
Для проведения биотестирования предлагаемым способом не требуется особых трудозатрат на содержание штата микробиологов и микробиологической лаборатории. Пробоотбор образцов средних укосов дикорастущих видов лугово-степной растительности, а также надземной биомассы монокультур однолетних либо многолетних сельскохозяйственных травянистых растений легко проводится в ходе однодневных командировок. В результате проведения биотестирования предлагаемым способом достигается возможность адекватной оценки экологического статуса как локального агроценоза, так и значительного по площади региона.
Таким образом, предлагаемый способ проведения биотестирования экологического статуса селена позволяет получить репрезентативные данные об общем состоянии окружающей среды. Способ прост в исполнении, трудозатраты на его реализацию невелики.