2402765 - Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения

Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к инженерной экологии и может быть использовано при мониторинге качества проб воды рек и водоемов тестированием ростом корней различных видов тестовых растений. При осуществлении способа до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности, при этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания, после измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания, затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределение популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания. Достигается повышение точности тестирования проб воды за счет достижения в предварительных экспериментах оптимального срока проращивания семян одного вида растения. До основных экспериментов тестирования. 9 з.п. ф-лы, 6 табл., 14 ил.

Реферат

Известен способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения (см. в книге: Фомин Г.С. ВОДА. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательство «Протектор», 2000. - 848 с.).

Стандарт ИСО 5667-2 представляет собой руководство по методам отбора проб, используемым для получения аналитических данных. Они необходимы для контроля качества, характеристик качества и идентификации источников загрязнения воды. Для химического и биологического анализов стандарт рекомендует использование раздельных проб, поскольку методы и устройства для отбора проб, их предварительная обработка, различны.

Таким образом, сами пробы воды для орошения или других сельскохозяйственных нужд в растениеводстве могут браться по существующему международному стандарту ИСО 5667-2.

Недостатком является нечеткость рекомендаций по срокам проращивания семян различных тестируемых растений.

Известен также способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения в соответствии с методикой биотестирования по проращиванию семян (Приложение 10. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96 “Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения” (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г., № 46)), включающий равномерную укладку семян на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см, причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, затем чашки покрывают и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время, эксперимент заканчивается через 72 часа, после чего измеряют длину корней, причем тест на проращивание семян проводят и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении.

Недостатком является то, что указано в самом прототипе: «...но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время». Этот недостаток проявляется и при проращивании семян в течение 72 часов. Однако колебания в длине корней меньше связано с изменениями температуры окружающего закрытую чашку Петри комнатного воздуха. Причем эти изменения температуры воздуха в комнате и воды внутри чашки Петри малы. Поэтому больше всего на разброс значений длины корней влияет взаимодействие растущих корней от семян друг с другом. При этом разные виды растений имеют разные рациональные сроки проращивания, когда в чашке Петри растущие корни отдельных семян только еще начинают мешать друг другу.

Технический результат - повышение точности тестирования проб воды за счет достижения в предварительных экспериментах оптимального срока проращивания семян одного вида растения.

Этот технический результат достигается тем, что способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения, включающий равномерную укладку семян на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см, причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, затем чашки покрывают и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время, эксперимент заканчивают через 72 часа, после чего измеряют длину корней, причем тест на проращивание семян проводят и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении, отличающийся тем, что до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности, при этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания, после измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания, затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределение популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

В одном предварительном эксперименте 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки, а для возможности в последующем моделирования динамики роста корней максимальной длины у самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по проращиваемых 50 семян.

По максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения, по результатам математического анализа которой определяют рациональный срок проращивания семян, в зависимости от времени проращивания в виде формулы:

где L_max - максимальная длина корня от лучшего по качеству семени в пяти выборках семян редиса красного круглого, мм;

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;

a₁…a₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.

В каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней, при этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности, по формуле:

где L_r - реактивный отклик семян редиса красного по максимальной длине наибольшего корня у каждого семени при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за время 24, 48, 72, 96 и 120 часов, шт.;

i - номер составляющей формулы, найденной по ранговому распределению длины корня у 50 семян редиса красного;

m - количество составляющих в статистической модели, шт.;

r - ранг проростка по убыванию длины корня, причем максимального корня у одного проростка;

a₁…a₈ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При сроках проращивания значительно больше рационального значения биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

По ранговому распределению по той выборке семян редиса красного круглого, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - фенотипическую, то есть влияние условий произрастания, при этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды, а высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая, поэтому факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Результаты ранжирования по длине корней растения, измеренной после времени для рационального срока проращивания, применяют для подсчета количества семян с одинаковой максимальной длиной корней каждого проростка, то есть по равенству реактивного отклика семян на качество поливаемой воды, причем это количество с одинаковым рангом определяет популяционную группу семян редиса красного или иного растения, затем по выявленным биотехническим закономерностям косвенно оценивают биоэнергетическое влияние поливаемой, например, речной воды на ранговое распределение популяционных групп семян у одного вида растения, причем распределение популяционных групп моделируют по формуле:

где n_r - реактивный отклик семян редиса красного при формировании популяционных групп по рангам распределения длины корней в росте за 24 часа проращивания, шт.;

n_r1 - первая составляющая модели, показывающая тенденцию достижения одного среди всех лидеров, шт.;

n₀ - количество проростков-лидеров на момент времени рационального срока проращивания, шт.;

n_r2 - вторая составляющая, показывающая волновое возмущение численности популяционной группы с резко возрастающей амплитудой в конце ряда рангового распределения семян по длине корней проростков, то есть нарастающее биоэнергетическое волнение среди отстающих в росте особей или у аутсайдеров, шт.;

n_r3 - третья составляющая, показывающая волновое возмущение в биоэнергетике среди опережающих в росте особей, которое через 72 часа проращивания превращается в общую волну, с выделением только одного проростка-лидера, для всего ряда из-за колебательной адаптации всей популяции к внешним условиями развития и роста 50 проростков, шт.;

A₁ - половина амплитуды колебательного возмущения корней отстающих проростков, мм;

p₁ - половина периода колебательного изменения у отстающих проростков, ранг;

A₂ - половина амплитуды колебательного возмущения корней у опережающих проростков, мм;

A₀ - теоретическая амплитуда возможного колебательного возмущения проростков семян среди кандидатов в лидер, мм;

p₂ - половина периода колебательного изменения у опережающих в росте корней проростков испытуемого растения;

r - ранг проростка по убыванию максимальной длины его корня;

a₁…a₁₆ - параметры отдельных составляющих готовой статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания группы из 50 семян редиса красного круглого.

По ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, например, для семян редиса красного круглого в 24 часа, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков, причем по этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам, по формуле вида:

где L - длина корня проростков редиса красного круглого в количестве 50 штук в чашке Петри за 24 часа проращивания, мм;

L₁ - первая составляющая изменения длины корня в зависимости от ранга по закону гибели, мм;

L₂ - вторая кризисная составляющая задержки роста растения по длине корней в чашке Петри за 24 часа, характеризующая по закону показательного роста влияние качества поливаемой воды, мм;

L_max - максимальное значение длины корня у одного проростка-лидера из множества в 50 семян редиса красного круглого, мм;

r - ранг проростка по убыванию длины корня;

a₁…a₄ - параметры статистической закономерности, принимающие конкретные значения для конкретных условий проращивания семян.

При максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри.

Сущность технического решения заключается в том, что для повышения точности тестирования до основных экспериментов дополнительно проводят предварительные эксперименты по определению рационального срока проращивания семян. Особенно это важно, в первую очередь, для тестирования тех видов растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности.

Сущность технического решения заключается также в том, что каждый вид растения имеет свой срок рационального проращивания семян. При этом, по-видимому, на этот срок влияет и качество поливаемой воды.

Сущность технического решения заключается также в том, что 4-8 повторов выполняют при разных сроках проращивания, например, начиная через 24 часа через каждые сутки. Для возможности в последующем моделирования динамики роста корней самых лучших семян повторность при разных сроках проращивания принимают не менее пяти раз по 50 семян.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по максимальной длине корней у лидеров в каждом повторе с разными сроками проращивания выявляют биотехническую закономерность динамики роста растения в зависимости от времени проращивания.

Сущность технического решения заключается также и в том, что в каждой выборке семян, после проведения измерений длины корней, выявляют биотехнические закономерности рангового распределения длины корней в зависимости от ранга иерархического убывания длины корней. При этом рациональный срок проращивания принимают по той выборке семян, по которой получена не волновая вторая составляющая готовой биотехнической закономерности.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют, что в первом приближении первая составляющая двучленной статистической модели показывает генотипическую изменчивость 50 семян редиса красного круглого, а вторая - стенотипическую, то есть влияние условий произрастания. При этом главным фактором, при прочих других условиях, становится качество поливаемой на семена в чашке Петри речной или иной воды. При этом высокая точность моделирования позволяет утверждать о том, что при проращивании семян редиса красного круглого, являющегося наиболее распространенным тест-растением для оценки качества воды, выявляются в чистом виде всего две составляющие изменчивости длины корней - генотипическая и фенотипическая. Этот факт высокой точности статистического моделирования показывает, что длину корней через 24 часа проращивания лучше всего измерять с помощью измерительной лупы.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при сроках проращивания больше рационального значения биотехническая закономерность получает вторую составляющую в виде волновой формулы колебательного возмущения проростков из-за возмущения и усложнения фенотипической составляющей изменчивости проростков семян тест-растения.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при сроках проращивания значительно больше рационального значения биотехническая закономерность получает третью и последующие составляющие модели, причем дополнительные волновые составляющие показывают совместное влияние генотипической и фенотипической изменчивости.

Сущность технического решения заключается также и в том, что по ранговому распределению по той выборке семян, которая соответствует рациональному сроку проращивания, определяют численности популяционных групп проростков и затем статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность рангового распределения этих популяционных групп проростков. По этой ранговой динамике определяют характер поведения отстающих и опережающих в росте проростков по отдельным популяционным группам.

Сущность технического решения заключается также и в том, что при максимальном сроке проращивания, например через 120 часов, выявляют биотехнические закономерности совместного биоэнергетического взаимодействия проростков, находящихся в одной чашке Петри.

Положительный эффект достигается тем, что каждая местность получает возможность определения рационального срока проращивания у семян тестового растения, и, в особенности, при тестировании тех растений сельскохозяйственных культур, которые планируется выращивать при орошении природной и иной загрязненной водой различного качества. В итоге появляется возможность проведением предварительных испытаний определить тот рациональный для данного вида культивируемого растения и имеющейся загрязненной речной или иной воды срок проращивания семян. При этом срок проведения эксперимента уменьшается до трех раз.

Новизна технического решения заключается в том, что вместо постоянного срока проращивания семян тестовых и культивируемых растений в 72 часа предлагается переменный срок рационального проращивания в данных конкретных условиях местности. Это и будет основой для внедрения адаптивно-ландшафтного земледелия в различных регионах нашей страны.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 показан график тренда изменения наибольшей длины корней из пяти групп семян редиса красного по 50 семян при поливе речной водой; на фиг.2 приведен график волновой составляющей динамки максимальной длины корня у пяти лучших семян; на фиг.3 - график общей биотехнической закономерности динамики максимальной длины корня у лидеров проростков из пяти групп по 50 семян; на фиг.4 показан график закономерности рангового распределения 50 семян за 24 часа проращивания; на фиг.5 - то же на фиг.4 по остаткам от статистической модели; на фиг.6 - то же на фиг.4 через 48 часов; на фиг.7 - то же на фиг.4 через 72 часа; на фиг.8 - то же на фиг.4 через 96 часов; на фиг.9 - то же на фиг.4 по основной части модели через 120 часов; на фиг.10 показано ранговое распределение популяционных групп семян редиса красного круглого после 24 часов проращивания; на фиг.11 - то же на фиг.10 по второй составляющей биоэнергетического волнения аутсайдеров, то есть отстающих в росте корней; на фиг.12 - то же на фиг.10 по третьей составляющей биоэнергетического волнения проростков-лидеров, то есть опережающих в росте корней; на фиг.13 показан общий график четырехчленной биотехнической закономерности рангового распределения популяционных групп; на фиг.14 приведены остатки от модели по фиг 13.

Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения включает, например, для речной воды, следующие действия.

На реке выбирают постоянный створ для регулярных наблюдений за качеством воды в реке.

На створе для наблюдений отбирают пробу воды, проводят ее консервацию и подготовку для каждого испытания. Причем при отборе каждую пробу воды разделяют, по крайней мере, на две части: во-первых, для анализа и оценки результатов измерений у концентрации загрязняющих веществ проводят по одной части пробы воды; во-вторых, вторую часть каждой пробы воды используют для испытания загрязнения воды по росту корней растения.

До основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, а также тех растений, которые планируется выращивать при орошении в данной местности.

При этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян, причем на этот срок влияет и качество поливаемой воды, поэтому в одном предварительном эксперименте повторы выполняют при разных сроках проращивания.

После измерений длины корней у всех проростков по всем повторам выявляют статистическим моделированием биотехническую закономерность динамики роста лучших в каждом повторе проростков, по которой проводят математический анализ полуциклов времени проращивания. Затем в каждом повторе результаты измерений ранжируют по убыванию длины корней, причем выявляют биотехнические закономерности рангового распределения проростков, а после этого выбирают повтор с рациональным сроком проращивания семян, по которому выявляют ранговое распределении популяционных групп проростков и проводят математический анализ для определения отстающих в опережающих проростков внутри одного выбранного повтора с рациональным сроком проращивания.

L_max1 - тренд динамики роста корней по длине у лучших семян, мм;

L_max2 - волновая составляющая позитивной адаптации у лучших семян в каждой из пяти популяций, мм;

t - время проращивания семян с момента посадки в чашки Петри, ч;

а₁…а₈ - параметры статистической модели динамики проращивания.