Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы по теме диссертации 17
1.1. Роль почвенного покрова Земли в биосфере 17
1.2. Тяжелые металлы как загрязнители почв на примере свинца 21
1.3. Роль бывшего живого вещества в иммобилизации загрязнителей биосферы 28
1.3.1. Компосты, вермикультивирование, гуминовые и бакто -гумусовые препараты 32
1.3.2. Экотол: получение, характеристика, влияние на почвообразование и растения .39
1.4. Содержание древесных насаждений в городских условиях 48
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 56
2.1. Объекты исследования 56
2.1.1. Саженцы древесных растений 56
2.1.2. Экотол
2.2. Получение экотола в лабораторных условиях .58
2.3. Определение биогенных аминов, их предшественников и продуктов окислительного дезаминирования в экотоле 60
2.4. Определение меланинов в экотолах 61
2.5. Определение содержания в химическом составе экотола ароматических и алифатических фрагментов 63
2.6. Постановка полевого опыта по воздействию экотола на древесные саженцы Acer platanoides L. (клена остролистного) 65
2.7. Определение валового содержания и подвижной формы свинца в образцах почв методом атомно-абсорбционного анализа .66
2.7.1. Ход работы по определению валового содержания и подвижных форм свинца в почвах с помощью атомно-абсорбционного анализа 66
2.7.2. Определение подвижности свинца в различных почвах при наличии в них избыточных доз тяжелого металла и экотола .67
2.8. Постановка вегетационных опытов для определения воздействия экотола на древесные саженцы лиственных пород и ели, выращенных на фоне нормы и избыточных доз свинца 70
2.9. Отбор почвенных образцов для определения валового содержания и подвижных форм свинца в почве, после выращивания на ней Fraxinus pensylvanica (ясеня пенсильванского), Sorbus aucuparia L .
(рябины обыкновенной) и Picea abies L. (ели обыкновенной).. 73
2.10. Оценка физиологического состояния древесных саженцев лиственных пород .74
2.10.1. Метод определения переменной флуоресценции хлорофилла в коре побегов древесных саженцев 75
2.10.2. Определение активности пероксидазы .77
2.10.3. Метод определения белка 79
2.11. Определение содержания свинца в корнях и хвое Picea abies L. методом масс-спектрометрии 80
2.12. Определение плотности корневых окончаний и количественных характеристик микориз, находящихся в симбиозе с Picea abies L. 81
2.13. Статистическая обработка полученных результатов .84
ГЛАВА 3. Результаты работы и их обсуждение 85
3.1. Биогенные амины, их предшественники и продукты окислительного дезаминирования в экотоле 85
3.2. Содержание меланинов в экотоле из различных источников растительного сырья .89
3.3. Ароматические и алифатические фрагменты экотола после его длительного хранения 92 3.4. Влияние экотола на рост древесных саженцев Acer platanoides L. в природных условиях 95
3.5. Влияние экотола на подвижность свинца в почвах, не содержащих древесных растений, и в почвах, на которых произрастали древесные саженцы 101
3.6. Влияние экотола на физиологическое состояние Fraxinus pensylvanica на фоне нормы и избыточных доз свинца 106
3.7. Влияние экотола на содержание свинца в хвое и корнях Picea abies L. и на микоризацию корневой системы 110
Заключение .117
Выводы .122
Список литературы
- Тяжелые металлы как загрязнители почв на примере свинца
- Получение экотола в лабораторных условиях
- Отбор почвенных образцов для определения валового содержания и подвижных форм свинца в почве, после выращивания на ней Fraxinus pensylvanica (ясеня пенсильванского), Sorbus aucuparia L
- Влияние экотола на рост древесных саженцев Acer platanoides L. в природных условиях
Тяжелые металлы как загрязнители почв на примере свинца
Тяжелые металлы выделяются в особую группу элементов в связи с их способностью включаться в биологический круговорот веществ, при этом накапливаясь в различных элементах природных экосистем и при достижении определенных концентраций оказывая на эти элементы токсическое действие (Экологический энциклопедический словарь, 1989; Водяницкий, 2009).
Одним из самых распространенных поллютантов среди тяжелых металлов является свинец (Pb), широко применяемый в народном хозяйстве.
В соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения» свинец относится к 1 классу опасности (ГОСТ 17.4.1.02-83). Однако, этот тяжелый металл считается менее опасным элементом, чем бериллий (Ве), кадмий (Cd), ртуть (Hg) и селен (Se), с диапазоном безвредных концентраций в почве 2-20 мг/кг (Ковда, 1985).
В России предельно-допустимая концентрация (ПДК) свинца в почве регламентируется ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» и составляет 32 мг/кг с учетом фоновой концентрации4 (ГН 2.1.7.2041-06). Но существуют и более высокие ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК), установленные в зависимости от типа почв (ГН 2.1.7.2042-06). Так если для песчаных и супесчаных почв ОДКPb также составляет 32 мг/кг, то для кислых (суглинистых и глинистых) ОДКPb = 65 мг/кг, а для почв близких к нейтральным и нейтральных (суглинистых и глинистых) ОДКPb = 130 мг/кг. В литературе известны и другие нормативы. Например, в штате Миннесота (США) значение ПДК свинца в почве - 100 мг/кг, в городских почвах Англии - 300 мг/кг, в Канаде - 500 и 1000 мг/кг. В Нидерландах, где проводились широкомасштабные экотоксикологические исследования 17 тяжелых металлов, учитывающие их токсическое влияние на почвенную биоту, норматив содержания свинца в почве составляет 55 мг/кг без учета фоновой концентрации (Башкин, Курбатова, 2004; Водяницкий, 2011, с. 61, 62, 65; Minnesota Rules Chapter 4761.0300. Residential Lead Abatement, 1993; Crommentuijn, Polder, Van de Plassche, 1997).
Значительная часть свинца (40-80%) идет на производство аккумуляторов и электрических батарей, примерно 20% используется химической промышленностью для производства тетраэтилсвинца - антидетонирующей присадки к моторному и авиационному топливу. Около 10% свинца используется в качестве легирующих (от лат. ligare - связывать) добавок, а также в производстве красок, оптики, электротехнических изделий, в качестве радиационной защиты (Водяницкий, 2009, с. 107, 108; Каренов, 2007).
Весь добываемый свинец, так или иначе, снова поступает в почву с отходами металлургической промышленности, выхлопными газами автотранспорта (использующего топливо с присадкой тетраэтилсвинца) и авиационных двигателей, а также со свалок, куда попадают использованные
Концентрация фоновая - содержание веществ в почве, воздухе, воде и иных компонентах окружающей среды, определяемое космическими, глобальными, региональными, местными естественно происходящими процессами (Словарь терминов МЧС, 2010). электрические аккумуляторы и другие элементы питания, краски, сплавы металлов и т.д., но только уже в поверхностные слои почвы. В сельской местности источником свинца являются удобрения, т.к. в составе фосфорных удобрений содержится до 220 мг Pb/кг. Высоким содержанием свинца отличаются осадки городских сточных вод и используемые в качестве мелиорантов5 пиритные огарки6 (до 4500 мг/кг) (Войтович, Полев, Останина, 2002; Савич и др., 2002; Водяницкий, 2008, с. 71; Водяницкий, 2009, с. 108). К накоплению в почве повышенных доз тяжелых металлов, в том числе свинца, приводит длительное использование сточных вод для орошения земель сельскохозяйственного назначения (Rattan, Datta, Singh, 2001; Pinho, Ladeiro, 2012).
Влияние свинца на организмы, в том числе на растения, до конца не изучено. Большинство исследователей приходят к выводу, что свинец не является необходимым для роста и развития растений, угнетая эти процессы. Фитотоксичность свинца зависит от многих факторов и колеблется в довольно широком диапазоне. В частности, токсичность свинца колеблется в зависимости от вида и сорта растений, их устойчивости. Например, при одних и тех же условиях выращивания фитотоксичность свинца по отношению к кресс-салату проявляется при общем содержании в аллювиальной дерновой почве более 250 мг/кг, в то время как для моркови это значение составляет более 500 мг/кг. Среди сельскохозяйственных культур менее устойчивыми считаются злаковые, а более устойчивыми бобовые культуры. При этом содержание свинца в растениях при одних и тех же условиях выращивания может отличаться даже для разных сортов одного вида сельскохозяйственных культур (Ильин, Сысо, 2001, с. 31; Убугунов, Кашин, 2004; Лескова, Якимова, 2006; Водяницкий, 2009, с. 7; Кобринец, 2012;
Химические мелиоранты - вещества, используемые для проведения мероприятий по коренному улучшению почв с неблагоприятными химическими и физическими свойствами (Князев, Смарыгин, 2004, с. 7).
Избыток свинца в растениях ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, отрицательно влияет на гормональный обмен, структуру и проницаемость мембран, нарушает минеральное питание и водный баланс, снижает поступление цинка, кальция, железа, калия, марганца, магния, фосфора и серы (Ягодин и др., 1995). Внешне токсическое действие свинца выявляется появлением темно-зеленых листьев, скручиванием старых листьев, почернением корневой системы (Ильин, Сысо, 2001, с. 31; Sharma, Dubey, 2005).
Свинец, содержащийся в почве, оказывает отрицательное воздействие на почвенные микробиологические сообщества. Почвенная микробиота способна быстро накапливать свинец пропорционально содержанию этого элемента в почве (Ниязова, Летунова, 1981). Также способны накапливать свинец консументы, например, земляные черви (Gish, Christensen, 1973). Токсическое действие тяжелых металлов, в том числе свинца, проявляется в ингибировании и блокировании целого ряда процессов метаболизма почвенной микробиоты, а также в изменении численности и состава микробных сообществ (Левин и др., 1989; Минеев и др., 1998). Показано, что повышение уровня содержания свинца в почве снижает ферментативную активность микробиоты, вследствие чего заметно возрастает накопление не полностью разложившихся органических веществ, например, целлюлозы (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989, с. 235). Загрязнение аллювиальных дерновых почв возрастающими дозами свинца (до 2500 мг/кг) снижает численность аммонификаторов и денитрификаторов и вызывает почти полную гибель нитрификаторов, при этом, не влияя на целлюлозолитическую активность почв. Изменения в почвенном микробиоценозе под действием тяжелого металла негативно сказываются на урожайности сельскохозяйственных культур (Убугунов, Меркушева, Сосорова, 2001; Убугунов, 2003). Загрязнение почв уксуснокислым свинцом снижало содержание микробной биомассы, ингибировало дыхательную активность почв (Каменщикова и др., 2009). Для нивелирования негативного эффекта свинца на биохимическую активность почвенных микроорганизмов, а также для повышения устойчивости их сообществ к тяжелым металлам, ряд исследователей рекомендуют увеличивать количества органического вещества в почве (Лыков, 2004; Каменщикова и др., 2009).
Получение экотола в лабораторных условиях
Содержание биогенных аминов, их предшественников и продуктов окислительного дезаминирования в экотоле определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с электродетекцией на хроматографе LC-304T (BAS, West Lafayette, США) с инжектором Rheodyne 7125. Высокоэффективная жидкостная хроматография – микроаналитический метод, позволяющий работать с очень малыми дозами вещества (в пределах наномоль/л). В эксперименте использовали лиофильно высушенный экотол, 100 мг которого растворяли в 1 мл H2O. Метод хроматографии заключается в разделении смеси на хроматографической колонке на отдельные компоненты, после которого при помощи детекторов проводят их идентификацию (Бауэр и др., 1988, с. 8, 10). Изучаемые вещества разделяли на термостатируемой при 25 С обращено-фазовой колонке ReproSil-Pur, ОDS-3, 4100 мм, размер частиц 3 мкм («Dr.Majsch GMBH», «Элсико», Москва). Скорость элюции подвижной фазы – 1,0 мл/мин, давление 2,0 атм. Мобильная фаза содержала 0,1 М цитратно-фосфатный буфер с 1,1 мМ октансульфоновой кислоты, 0,1 мМ ЭДТА и 9 % ацетонитрила (рН 3,0). Сочетание высокоэффективной жидкостной хроматографии с количественной детекцией обнаружения определяемых веществ, находящихся в низких концентрациях (наноМ/л) при слабой чувствительности к примесям основных веществ сложной смеси, которую представляет собой экотол, собственно и позволило провести измерения биогенных аминов, их предшественников и продуктов окисления. Сами измерения проводили на стеклоугольном электроде (+ 0,85V) против Ag/Ag Cl электрода. Фиксируемая прибором интенсивность измеряемого электрического тока, возникающего при контакте анализируемого вещества с поверхностью рабочего стеклоугольного электрода, сопоставлялась затем со стандартными растворами анализируемых веществ в заданных концентрациях. Стандартные растворы биогенных аминов и их предшественников были предоставлены нам д.б.н. А.В. Олескиным. Величины концентраций моноаминов в опытных образцах рассчитывали, исходя из отношений высот пиков в стандартной смеси и в исследуемом образце. Данная методика изложена в разнопрофильных работах, где она с успехом использовалась (Кудрин, Мирошниченко, Раевский, 1988; Яшин, Яшин, 2002; Шишов и др., 2009).
Вся работа по определению биогенных аминов, их предшественников и продуктов окислительного дезаминирования проводилась под руководством и при участии специалиста в области жидкостной хроматографии к.м.н. В.С. Кудрина (НИИ фармакологии им. В.В.Закусова РАМН, лаборатория нейрохимической фармакологии, г. Москва) и д.б.н. А.В. Олескина (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, г. Москва).
Для опытов по определению меланинов были использованы экотолы, полученные из различного растительного сырья длительного срока хранения (7 лет), а в случае экотола, полученного на основе пшеницы, наряду с экотолом длительного хранения, был проанализирован экотол, непосредственно полученный перед определением.
Для удаления липидов лиофильно высушенные образцы экотолов обрабатывали смесью гексан – изопропанол (1:1) при соотношении субстрат-растворитель 1:10 в течение 24 ч, и фильтровали через капроновую мембрану. Остатки смеси растворителей удаляли на роторном испарителе при температуре 30 С. Экстракцию пигментов проводили из обезжиренного сырья 0,1н NaOH при 45 – 50 С в течение 2 ч, твердый остаток отделяли фильтрованием через капроновую мембрану. Щадящие условия выделения пигментов 0,1н NaOH и температура, не превышающая 50 С, позволяли получить из образцов пигменты с сохранением их структурно-функцональных свойств. Полученный фильтрат подкисляли 1н HСl до pH 1,5, в результате чего пигмент образовывал хлопьевидный осадок, который отделяли центрифугированием в течение 15 мин при 10 000 g и растворяли в 0,1н NaOH. Процедуру кислотного переосаждения проводили трижды, после чего полученный осадок растворяли в 0,01н NaOH и диализовали против воды до нейтральной рН. Полученный препарат сушили на лиофильной установке «Heto-Holten» (Дания).
Идентификация выделенных пигментов проводилась по традиционной схеме, включающей комплексное исследование их растворимости, качественных реакций на хиноны и фенолы, элементного состава, спектральных свойств.
Одним из критериев отнесения пигментов к меланинам является их неспособность растворяться в органических растворителях и воде в сочетании с растворимостью в щелочных растворах. Экстрагированные пигменты не растворялись в большинстве органических растворителей: этаноле, изопропаноле, гексане, петролейном эфире, но растворялись в воде, диметилформамиде, концентрированных азотной и серной кислотах и щелочных растворах.
Качественные реакции показали, что водные растворы пигментов обесцвечивались H2O2, а в присутствии KMnO4 изменяли окраску с коричневой на зеленую с последующим выпадением осадка. Добавление FeCl3 приводило к выпадению осадка, который растворялся в присутствии избытка FeCl3. Такое поведение исследуемых пигментов характерно для меланинов и свидетельствует о присутствии в их структуре хиноидных и фенольных компонентов.
Спектрофотометрические измерения проводили на приборе марки «Cary 50 Bio» (Австралия) с использованием кварцевых кювет (l = 1см). Спектры поглощения пигментов имели вид пологих кривых с постепенным уменьшением оптических плотностей по мере возрастания длин волн от 200 до 600 нм, что характерно для всех меланинов независимо от происхождения. Данные по элементному составу позволили оценить простейшие структурные параметры - атомные соотношения элементов. В исследуемых образцах содержание N колебалось от 0,79 % до 2,23 %, содержание С от 16,15 % до 29,14 %, Н от 2,16 % до 4,23 %. Содержание О рассчитывали по разности между массой беззольной навески и суммарным содержанием С, Н, N, выраженным в весовых процентах. Оно составляло от 19,82 % до 35,6 %. Коэффициент Н/С был рассчитан из соотношения атомных процентов и колебался от 0,093 % до 0,145 %. Меланины представленных образцов, вероятно, можно отнести к эумеланинам.
Важными характеристиками, определяющими физико-химические свойства, исследуемых образцов, являются их парамагнитные свойства. Исследования электронного парамагнетизма осуществляли на спектрометре «Varian E-112» (США). Содержание парамагнитных центров (ПМЦ) определяли методом сравнения с аттестованным образцом угольного порошка с известным содержанием центров. Для расчета g-факторов использовали в качестве эталона Mn2+ в порошке MgО.
Отбор почвенных образцов для определения валового содержания и подвижных форм свинца в почве, после выращивания на ней Fraxinus pensylvanica (ясеня пенсильванского), Sorbus aucuparia L
По-видимому, в составе экотола имеются соединения, выполняющие роль эффекторов, воздействующих на ростовые процессы. При этом наглядный стимулирующий ростовой эффект проявился спустя год после повторной обработки растений, при неблагоприятных условиях среды, связанных с повышенной температурой и засухой. К таким веществам, стимулирующим рост и развитие растений, а также повышающих их устойчивость к неблагоприятным факторам среды, относятся меланиновые пигменты, обнаруженные нами в экотоле (см. Параграф 3.2., с. 89). Опытами, проведенными на древесных, сельскохозяйственных и травянистых декоративных культурах, показана полифункциональная активность меланина. Так под действием биопрепарата на основе бактериального меланина наблюдалась не только активация апикальной меристемы, ответственной за рост осевых органов в длину, но и нередко усиленная камбиальная деятельность, благодаря чему основания стеблей утолщаются, что мы и наблюдали в опытах с саженцами кленов, в которых толщина стеблей у опытных растений была на 36 % больше, чем у контрольных. Авторы исследований установили, что из целого ряда испытанных биопрепаратов34 меланин оказался наиболее универсальным, пролонгированность его действия была особенно заметна на многолетних растениях (Тоноян и др., 2010; Азарян, Мелконян, 2014).
Помимо воздействия меланина на рост и развитие саженцев клена, стимулирующий эффект мог быть вызван также фитогормональными веществами – ауксинами, гиббереллинами и цитокининами. Важным представителем ауксинов в растениях является -индолилуксусная кислота (ИУК), которая
Кроме бактериального меланина в работе К.Г. Азаряна и Э.А. Мелконяна (2014) анализировались биопрепараты: БисолбиФит, содержащий бактерии Bacillus subtilis; Биоплант-Флора с 5 видами разных бактерий; циркон на основе растения Echinacea purpurea; Радифарм и Мегафол итальянской фирмы Valagro; Мицефит, содержащий продукты метаболизма микоризных грибов Micellia sterilia; немецкий Микоплант, содержащий споры 7 видов микоризных грибов рода Glomus; таблетки Эрио 50 и Эрио 250 индийского производства, различающиеся по количеству содержащихся в 1 таблетке спор микоризных грибов Glomus. характерна не только для растений, но и для микроорганизмов и грибов, в том числе дрожжей, активно участвующих в синтезе экотола. ИУК синтезируется как на основе индола35, так и при участии хинона35. ИУК образуется также путем окисления триптофана (Кретович, 1971, с. 183). Отметим, что ауксиноподобным действием обладает и бактериальный меланин, что показано в опытах с сельскохозяйственными растениями (Тоноян и др., 2010).
Ауксин выполняет большое количество разнообразных физиологических функций, активно участвует в ростовых процессах растений. Известно, что ИУК взаимодействует с белковыми компонентами мембранных структур клеток, ответственных за состояние клеточной воды. Клетки, обогащенные ИУК, становятся центрами притяжения воды и питательных веществ. ИУК легко вступает в комплексы с белками, аминокислотами, фенолами, сахарами, образуя физиологически-инертные продукты, которые, как полагают, представляют собой формы запаса гормона, при определенных условиях, начинающих активно функционировать (Кретович, 1971, с. 184; Медведев, 2004, с. 186).
Мощное стимулирующее действие на рост растений оказывают гиббереллины. В настоящее время выделено более 20 различных гиббереллинов. Данные вещества образуют дрожжи, относящиеся к родам Torula и Mycotorula, а также грибы Fusarium moniliforme, Aspergillus и ряд других (Беккер, 1963, с. 154, 155). Указанные грибы обнаруживаются при синтезе экотола, так что экотол в своем составе, вполне возможно, может содержать данный гормон. Гиббереллины играют важную роль в сигналинге, основанном на восприятии совместного действия температурного и светового сигналов. В литературе отмечено воздействие гиббереллинов в ходе адаптации растений к пониженной температуре (Тараканов, 2011). Для экотола также известно его воздействие, связанное с адаптацией растений к пониженным температурам (Лебедев и др., 2004, с. 56-58). Вполне вероятно, что усиление ростовых процессов при В составе экотола были обнаружены как индолы, так и хиноны (Лебедев, 1999, с. 69). аномально повышенных температурах также связано с ролью гиббереллинов, воспринимающих сигнал от повышенной температуры. Известно, что гиббереллины не усиливают рост корней в длину, тем не менее, под действием экотола наблюдается увеличение длины корней у сельскохозяйственных растений (Лебедев и др., 2004, с. 48). По всей видимости, в экотоле содержится разнообразный комплекс ростовых веществ (или соединений, способствующих их синтезу), в том числе и цитокининов. Цитокинины главным образом образуются в корнях. Способность синтезировать цитокинины и высвобождать их в окружающую среду присуща и некоторым почвенным микроорганизмам, обитающим в ризосфере растений. Например, к ним относятся представители родов Pseudomonas и Bacillus (Штамм Bacillus subtilis ИБ-22-продуцент цитокининов: пат. 2178970 Российская Федерация: А 01 N 63/00, С 12 N 1/20, С 12 N 1/20, С 12 R 1:125; Green, 1980; Arshad, Frankenberger, 1991). Микроорганизмы из данных родов также обнаруживаются при образовании экотола, и могут способствовать выделению цитокининов в культуральную среду. Обработка цитокининами снимает апикальное доминирование верхушечной почки, которая подавляет развитие боковых почек и развитие побегов. Как отмечалось ранее, у саженцев клена, обработанных экотолом, наблюдалась большая облиствленность по сравнению с контролем. Установлено, что ткани, обогащенные цитокининами, также как и ауксинами, обладают высокой аттрагирующей (от лат. attractio -привлечение) способностью для питательных веществ и воды (Малиновский, 2004; Медведев, 2004, с. 202, 204).
Не анализируя ростовые процессы на молекулярном уровне, мы только констатируем факт положительного воздействия экотола на рост саженцев клена остролистного, наглядно проявившийся в условиях засухи. Экспериментальные работы, проведенные под руководством Г.В. Лебедева, также установили факт положительного влияния экотола на ростовые процессы ряда сельскохозяйственных культур и повышение их засухо- и морозоустойчивости (Лебедев и др., 2004, с. 47-58). По данным статистики Росгидромета только на территории России количество опасных гидрометеорологических явлений, в том числе, таких как аномальная жара и аномальный холод, за последние десятилетия увеличилось примерно вдвое. Как полагают климатологи, в ближайшие годы возможно резкое возрастание количества опасных гидрометеорологических явлений (Геоглобус.ру [Сайт]: Разбалансировка климата и опасные гидрометеорологические явления; Выпуск новостей Первого канала от 14.07.2014 [Сайт]: Суровое челябинское лето: на Урале в июле выпал снег). Можно заключить, что, в сложившихся условиях «разбалансировки» климата, экотол будет способствовать повышению устойчивости, как древесных, так и сельскохозяйственных растений.
Влияние экотола на рост древесных саженцев Acer platanoides L. в природных условиях
В связи с этим мог быть рассмотрен термин «биосферная экология». В конце XX века доктором философских наук, профессором Н.М. Солодухо (Казань) был предложен термин «всеобщая экология» и разработана ее концепция, где отмечалось, что экологические проблемы стали болью, а их решение способом выживания человечества на Земле (Солодухо, 1995, 2007). С каждым годом невероятно нарастает объем и разнообразие экологических подходов и предлагаемых решений, между которыми необходима самая широкая интеграция и налаживание взаимопонимания. Всеобщая экология отвечает научному знанию «в качестве концепции, синтезирующей, сплавляющей и преобразующей частнонаучные представления и понимания в конкретных областях научного познания: естествознании, медицине, социальном и экономическом познании, культорологии и т.п.», т.е. она должна объединять биологическую экологию, экологию животных, биохимическую экологию, экологию человека, экологию технической деятельности - промышленную экологию, социальную экологию, экологию культуры, экологию этики. Как отмечал Н.М. Солодухо, экология за полторы сотни лет из специальной дисциплины переросла в современный стиль мышления (Актуальные вопросы всеобщей экологии, 2007). Всеобщая экология не может обойтись без мировоззренческих философских оснований и общей философской методологии. Эту философско мировоззренческую направленность дают философские идеи В.И. Вернадского, сумевшего обобщить результаты исследований своей эпохи, свести их в единую целостную картину мира. Труды В.И. Вернадского носят не только энциклопедический, но и мировоззренческий, а также методологический характер (Философские идеи В.И. Вернадского и современность, 2013). В трудах В.И. Вернадского, посвященных биосфере, последняя рассматривается не только как область планеты Земля, где существует жизнь, а как сфера, которая формируется и видоизменяется прошлой и настоящей жизнью. Отсюда наиболее подходящим термином для столь транснаучной дисциплины, как экология, может стать биосферная экология42.
Мы осознаем актуальность системного, комплексного изучения любой из экологических проблем в период техногенеза, как одной из стадий развития биосферы. Мы полагаем, что данные исследования воздействия экотола на физиолого-биохимические характеристики саженцев древесных растений и сопутствующую им мико- и микробиоту на фоне загрязняющих веществ, на биогеохимическое состояние почв заслуживают дальнейшего продолжения. Важно было бы получить четкие представления о характере влияния экотола на поступление органических веществ из корневой системы в почву, где они оказывают комплексообразующие воздействия на тяжелый металл. Пролить свет на этот вопрос могли бы данные о составе форм свинца в почве, от чего, собственно, и зависит различная доступность металла для растений. Понять зависимость между химической формой и биодоступностью можно только после
Данный термин уже употреблялся в следующих работах (Миркин, Наумова, 1997; Зверев, 2014). прямой идентификации форм свинца. Для достижения этой цели применяется синхротронная рентгеновская техника, включающая расширенный анализ тонкой структуры рентгеновского спектра поглощения (EXAFS-спектроскопия) (Водяницкий, 2009; Водяницкий, 2010; Mаnceau et al., 1996). К сожалению, мы не смогли найти научно-исследовательский институт, где была бы возможность работы на подобной синхротронной рентгеновской технике.
Также важно было бы проследить более детально взаимосвязь между стимулирующим эффектом экотола на ростовые процессы в условиях повышенных температур и гормональными системами, а также между ростовыми процессами, корневой системой и микоризами. Оценить возможный вклад в этот процесс нового класса гормонов растений и регуляторов симбиоза в микоризе -стриголактонов (Тараканов, 2011), что, безусловно, заслуживает отдельного самостоятельного исследования. Вместе с тем, мы удовлетворены, что в своей работе использовали системный подход, и нами была проанализирована система: почва - растение - симбиотическая микобиота-микориза. Это позволяет нам дать рекомендации по использованию экотола (источника разнообразной палитры биологически-активных веществ) для поддержания состояния древесных насаждений в городских условиях, в частности, в санитарно-защитных зонах предприятий. Рекомендации основываются на иммобилизующем воздействии экотола на тяжелый металл, положительном воздействии на ростовые процессы, фотосинтез, синтез белка, а также на характере микоризации корневой системы древесных пород. Экотол улучшает физиологическое состояние: фотосинтез, синтез белка, устойчивость к тяжелым металлам лиственных древесных пород, для которых характерна арбускулярная микориза (показано на примере ясеня и рябины). Экотол не благоприятствует физиологическому состоянию саженцев ели при наличии избытка тяжелого металла в почве, т.к. для ели характерна эктомикориза, способствующая поглотительной деятельности корневой системой растения тяжелого металла. Однако, поскольку экотол увеличивает плотность корневых окончаний и плотность микориз, он будет оказывать благоприятное воздействие на саженцы ели в условиях питомника и на территориях, незагрязненных тяжелыми металлами.
Безусловно хотелось бы, чтобы экотолом заинтересовались работники, связанные с озеленением городских территорий, и, как показывает Приложение 3 (см. с. 157), работники сельского хозяйства; ученые, в первую очередь, химики-органики, которые бы расшифровали химический состав экотола по сути природных биогенных соединений, включающих физиологически-активные вещества, которые возникают на основе биоконверсии бывшего живого вещества под воздействием мико- и микробиоты; был бы налажен масштабный синтез экотола – собственно то, о чем говорил и так много сделал, включая разработку для этих целей биореакторов, д.б.н. Г.В. Лебедев (Лебедев, 1999; Лебедев и др., 2004). Нам хотелось стать последователями его начинаний в этой области. Г.В. Лебедев один из первых отметил, что на предприятиях страны имеются службы, занимающиеся вопросами промышленной безопасности, которые не имеют отношения к охране природной среды обитания, хотя последнее также является элементом здоровья (безопасности) работников предприятий. Продолжая данную мысль Г.В. Лебедева, отметим, что данное положение находит отражение в подготовке специалистов в университетах и в ряде вузов страны, где подготовка специалистов по безопасности жизнедеятельности и по охране окружающей человека природной среды не представляет собой единый целостный материал, который в своей основе должен базироваться на биосферном мышлении, а при преподавании на биосферной экологии или просто экологии.