ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 11, с. 1386-1390
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.46
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЧВ ЮГА РОССИИ*
© 2011 г. Т. В. Денисова, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, В. Ф. Вальков
Биолого-почвенный факультет Южного федерального университета, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105
e-mail: denisova777@inbox.ru Поступила в редакцию 07.04.2010 г.
Приведена комплексная оценка влияния гамма-излучения дозами 1, 5, 10 и 20 КГр, СВЧ-излучения мощностью 800 Вт и переменного магнитного поля (ПеМП) промышленной частоты (50 Гц) на биологические свойства почв юга России на основе изменения интегрального показателя биологического состояния почв (ИПБС). По степени устойчивости к переменному магнитному полю на основе изменения ИПБС почвы юга России образовали ряд: бурая лесная почва > чернозем > дерново-карбонатная почва > серопески. По устойчивости к СВЧ-излучению по степени уменьшения ИПБС почвы образовали следующий ряд: серопески > чернозем > каштановая почва > бурая лесная.
ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитные поля (ЭМП) представляют собой один из видов загрязнения окружающей среды — электромагнитное загрязнение. Количество различных установок, излучающих ЭМП, в мире оценивается в несколько сотен миллионов, и их число постоянно увеличивается [16]. В спектре электромагнитных излучений (ЭМИ) наибольший биологический эффект дают видимый световой, радиоволновой диапазоны и ионизирующее излучение [13].
Проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды в 1995 г. включена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в перечень приоритетных для человечества. В числе немногих всемирных проектов ВОЗ реализует международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project), что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой теме [4].
В публикациях последних десятилетий, касающихся антропогенного воздействия на почву, подчеркивается, что для оценки ее состояния необходим комплексный подход. Комплексный подход предполагает, прежде всего, применение методов биологической активности и диагностики почвы [10, 12, 15, 17].
Для суждения о биологической активности и эколого-биологическом состоянии почвы недостаточно какого-либо одного показателя, так как каждый из них отражает лишь одну сторону био-
* Исследования поддержаны ФПЦ "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009—2013 гг. (№ П1298, П2383, 14.740.11.1029). Ведущие научные школы (НШ-5316.2010.4).
логических и биохимических процессов в почве. В последнее время все большее внимание привлекает комплексная оценка биологических свойств почв, особенно в связи с оценкой их плодородия и антропогенных изменений. Для этого необходимо использовать широкий набор показателей состояния почвы [10].
При антропогенном воздействии на почву среднее значение выбранных показателей в большинстве случаев уменьшается, в то время как отдельные показатели биологической активности почвы могут увеличиваться [10, 12].
К настоящему времени накоплено огромное количество данных, касающихся влияния ЭМП на различные биологические объекты: микроорганизмы, растения, животных, человека. В отечественной и мировой науке накоплен значительный материал по проблеме влияния химического загрязнения и других воздействий на состояние почв и экосистем. Влияние же электромагнитных излучений на состояние и функционирование почв практически не исследовано, а что касается почв юга России, то такие данные отсутствуют. В связи с громадной экологической и сельскохозяйственной ролью почвы на планете и все возрастающего электромагнитного воздействия на окружающую среду, актуально исследование изменения состояния почвы и ее свойств под влиянием ЭМП.
Целью настоящей работы было исследование состояния некоторых почв юга России под влиянием гамма-излучения, СВЧ-излучения и переменного магнитного поля по изменению интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС).
Таблица 1. Характеристика мест отбора исследованных почв (гор. А пах, 0—20 см)
Почва Место отбора Угодье
Чернозем обыкновенный карбонатный Ростовская обл., Октябрьский р-он, Пашня, поле озимой пшеницы
учхоз "Донской" ДонГАУ
Каштановая Ростовская обл., Зимовниковский р-н Пашня
Бурая лесная Республика Адыгея,п. Гузерипль Пашня
Серопески Ростовская обл., Каменский р-н Разнотравно-типчаково-ко-
выльная степь на песках
Дерново-карбонатная (рендзина) Краснодарский край, п. Южная Озерейка Виноградник
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования были использованы основные типы почв юга России: чернозем обыкновенный карбонатный, каштановая почва, бурая лесная почва, дерново-карбонатная почва (рендзина), серопески. Эти почвы занимают значительную территорию юга России и достаточно хорошо изучены [2, 3, 11]. Они существенно различаются между собой по содержанию гумуса, реакции среды (рН), содержанию карбонатов, гранулометрическому составу, поглотительной способности, биологической активности и другим свойствам, определяющим устойчивость почвы к антропогенному воздействию (табл. 1, 2).
Был поставлен ряд модельных экспериментов.
Моделирование влияние гамма-излучения. Свежевысушенные образцы почвы облучали тормозным излучением микротрона. Микротрон — электронный ускоритель с энергией до 22 МэВ и током пучка до 20 мкА. После набора заданной дозы облучения образец почвы убирали из пучка ускорителя. За время облучения поглощенная доза излучения (тормозного излучения) с учетом места установки образцов и времени облучения составила: 1, 5, 10 и 20 КГр. Погрешность определения дозы не превышала 10% (обусловлена вариацией тока пучка ускорителя во время облучения). Дополнительная доза облучения за счет наведенной в образцах активности не превышала 10-5%. Через двое суток после облучения мощность дозы облучения от каждого образца уменьшилась до уровня фонового. Контролем служили образцы почвы, не подвергавшиеся облучению. После воздействия у-излучения в 3-кратной повторности были заложены модельные эксперименты по изучению восстановления биологических свойств почвы. Облученные и контрольные образцы почвы инкубировали в стеклянных сосудах при температуре 20—25°С и 60% от полевой влагоемкости в течение 3, 30, 90 и 180 суток.
Моделирование влияния СВЧ-из-лучения. Для изучения влияния СВЧ-излуче-ния воздушно-сухие образцы почвы (200 г) помещали в стеклянные сосуды и подвергали воздей-
ствию СВЧ-излучения в микроволновой печи (марка LG, частота магнетрона 2450 МГц, мощность 800 Вт, 30 секунд; 1 и 10 минут). В качестве балластной нагрузки в камеру помещали стеклянный сосуд с водопроводной водой объемом 0.2 л. После СВЧ-облучения исследовали различные показатели, характеризующие биологические свойства почвы. Контролем служили образцы почвы, находившиеся в тех же условиях, но не подвергавшиеся воздействию СВЧ-излучения.
Моделирование влияния переменного магнитного поля. Для проведения модельных экспериментов использовали установку (соленоид), описание которой представлено в нашей предыдущей работе [6]. Свеже-высушенные образцы почвы помещали в стеклянные сосуды, увлажняли водой (до 60% от полевой влагоемкости) и помещали в установку (соленоид) на 5 сут. Почву подвергали воздействию переменного магнитного поля (ПеМП) промышленной частоты (50 Гц) индукцией 1500 и 6000 мкТл. После окончания срока экспозиции исследовали различные показатели, характеризующие биологические свойства почвы. Контролем служили образцы почвы, находившиеся в тех же условиях, но не подвергавшиеся воздействию магнитных полей.
После окончания срока инкубации во влажных образцах определяли численность почвенных микроорганизмов: аммонифицирующих
Таблица 2. Основные характеристики исследованных почв (гор. А)
Почва Гранулометрический состав рН Содержание гумуса, %
Чернозем обыкно- Тяжелосугли- 7.8 4.2
венный нистый
Каштановая Суглинистый 8.2 1.6
Бурая лесная Тяжелосугли- 5.3 2.2
нистый
Серопески Песчаный 7.4 1.3
Дерново-карбонат- Суглинистый 7.8 2.7
ная почва (рендзина)
Таблица 3. Нормирование антропогенного воздействия на почву по степени нарушения экологических функций на основе расчета ИПБС
Степень уменьшения интегрального показателя ИПБС, %
<5 5-10 10-25 >25
Степень деградации почвы Не происходит Слабая Средняя Сильная
Нарушаемые экологические функции* — Информационные Химические, физико-химические, биохимические, целостные Физические
* Классификация экологических функций дана по Добровольскому и Никитину [9].
бактерий на МПА и микромицетов на среде Чапека. В воздушно-сухих образцах определяли активность каталазы, инвертазы, дегидрогеназы. Лабо-раторно-аналитические исследования выполняли по общепринятым методикам [10, 14]. Статистическая обработка данных (дисперсионный и корреляционный анализы) была выполнена с использованием статистического пакета Sta-tistica 6.0 для Windows.
Для объединения различных показателей была использована методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы, разработанная на кафедре экологии и природопользования ЮФУ (РГУ) [1, 10, 12]. При расчете ИПБС должны использоваться не любые показатели биологической активности почв, а наиболее информативные. Данная методика позволяет оценить совокупность биологических показателей. Для этого при диагностике различных антропогенных воздействий за 100% принимается значение каждого из показателей в незагрязненной почве (контроль) и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в почве, подвергавшейся воздействию. ИПБС рассчитывают по формуле:
% 100
80
60 40 20 0
Контроль
Гамма-облучение
3
30
90
180
Время после облучения, сут п 1 в 2 т 3 и 4
Рис. 1. Изменение ИПБС чернозема обыкновенного под влиянием у-излучения и через 3—180 суток после воздействия, % от контроля. Доза у-излучения (КГр): 1 - 1, 2 - 5, 3 - 10, 4 - 20.
ИПБС = (Б! + Б2 + Б3 + ... + Бй)^,
где Б!, Б2, Б3, Бл - значение каждого показателя, выраженного в % по отношению к этому же показателю в незагрязненной почве;
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.