Введение к работе
Актуальность исследований. К актуальным проблемам взаимодействия природы и общества относится охрана биосферы и почв, в частности, от нарастающего техногенного воздействия, среди которого значительная роль принадлежит электромагнитному загрязнению. С точки зрения экологии электромагнитные поля (ЭМП) - это один из видов энергетического загрязнения окружающей среды. Особую значимость в спектре ЭМП имеют ионизирующие излучения (ИИ), которые относятся к наиболее опасным антропогенным факторам. Количество промышленных, научных, медицинских установок, излучающих ЭМП, в мире оценивается в несколько сотен миллионов, и их число увеличивается на 3-7% в год (Сподобаев, Кубанов, 2000).
Эволюция и современное состояние биосферы неразрывно связано с воздействием ЭМП. ЭМП оказывают влияние на все биологические объекты. Это влияние характеризуется многообразными биологические эффектами - от изменений на молекулярном уровне до реакций целого организма. Показано отрицательное воздействие ЭМП на генетические структуры, клеточные мембраны, иммунную систему, гормональный статус. ИИ в результате прямого и косвенного действия приводят к соматическим и генетическим нарушениям в живом организме. На экосистемном уровне воздействие ИИ могут вызывать вымирание некоторых групп организмов в облученных экосистемах и приводить к существенному изменению свойств окружающей среды. Источниками ИИ, воздействующих на биосферу и почву, в частности, являются: аварии и выбросы АЭС, ядерные взрывы, радиоактивные отходы (РАО) и др. Современные АЭС являются рекордсменами неэкономичности функционирования, отходы составляют 99,999%. России принадлежит лидерство по количеству РАО, объем которых составляет 880 млн. м активностью 8,5 млрд. Ки, мест размещения более 1000 (Булатов, 1999).
Почва является аккумулятором радионуклидов, которые вызывают вторичное облучение почвы и ее обитателей, а мигрируя по трофическим цепям -животных и человека. Изучению этих аспектов посвящено большое число исследований (Алексахин, 1982; Криволуцкий, 1985; Щеглов, 2000 и др.). В то время как воздействию ИИ на свойства почвы, в том числе биологические, посвящено гораздо меньше работ (McNamara et al., 2003). Почва, являясь одним из важнейших незаменимых природных ресурсов, обеспечивает стабильность как отдельных биогеоценозов так и биосферы в целом. Черноземы, среди других типов почв, обладают высокой степенью устойчивости к антропогенному воздействию, однако и они не всегда способны противостоять этому влиянию (Колесников и др., 2000). Черноземы играют значительную роль в производстве сельскохозяйственной продукции в ЮФО и России в целом, поэтому снижение их плодородия в результате ухудшения их свойств крайне опасно. В связи с громадной экологической и экономической ролью черноземов, представляется важным изучение изменения их свойств, в частности, биологических под влиянием электромагнитного загрязнения.
fOC НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА {
1 ——л
Цель и задачи исследования. Цель исследований - установить закономерности влияния электромагнитных полей неионизирующей и ионизирующей природы на биологические свойства чернозема обыкновенного.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
-
Изучить влияние электромагнитных полей на численность основных групп почвенных микроорганизмов, интенсивность основных микробиологических процессов, ферментативную активность, гумусное состояние, фитоток-сичность почвы.
-
Изучить зависимость изменения биологических свойств почвы от дозы воздействия гамма-излучения, а также установить взаимосвязь показателей биологической активности между собой и дозами воздействия гамма-излучения.
-
Изучить динамику восстановления биологических свойств почвы после воздействия гамма-излучения.
-
Определить наиболее информативные показатели биологической активности для мониторинга и диагностики загрязнения электромагнитным излучением.
Методы исследований. Основу диссертации составляют данные, полученные лично автором в результате модельных и лабораторно-аналитических исследований (2002-2004 гг.). В работе использованы литературные материалы по данной теме. Исследовали комплекс природных объектов и процессов, определяющий биоэкологические свойства почвы и их устойчивость к электромагнитному загрязнению. Исследование является комплексным на стыке многих наук — экологии, радиоэкологии, почвоведения, микробиологии, биохимии, радиационной химии, электромагнитной экологии.
Личный вклад автора. Модельные эксперименты, лабораторно-аналитические исследования изменения биологических свойств почвы выполнены лично автором в лабораториях кафедры экологии и природопользования РГУ и совместно с сотрудниками РГУ в Лаборатории ядерной физики (ЛЯФ) НИИ Физики РГУ.
Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование влияния ЭМП на биологические свойства чернозема обыкновенного: численность микрофлоры, ферментативную активность, гумусное состояние, фитотоксичность почвы, скорость разложения мочевины, интенсивность продуцирования углекислого газа. Изучено влияние переменного (ПеМП) и постоянного (ПМП) магнитных полей, полей сверхвысокочастотного излучения (СВЧ) и гамма-излучения. Оценена динамика восстановления биологических свойств почвы после воздействия гамма-излучения.
Теоретическая и практическая значимость. Материалы исследований могут быть использованы природоохранными и научными организациями при проведении мониторинга и диагностики биологических свойств почвы под влиянием электромагнитного загрязнения. Полученные результаты использу-
ются в лекциях и практических занятиях по биологии, экологии, охране окружающей среды в РГУ.
Настоящие исследования поддержаны Федерально-целевой программой «Интеграция» - проект № Б0103.
Основные положения, выносимые на защиту:
Электромагнитные поля оказывают существенное влияние на биологические свойства чернозема обыкновенного, зависящее от природы и дозы воздействия.
Биологические показатели чернозема обыкновенного обладают разной чувствительностью к электромагнитному воздействию. ЭМП оказывают подавляющее воздействие на численность микрофлоры. К воздействию гамма-излучения грибы более чувствительны, чем бактерии, в то время как к воздействию магнитных полей более чувствительными являются бактерии. Показатели ферментативной активности более устойчивы к воздействию ЭМП как ионизирующей, так и неионизирующей природы, чем микрофлора.
Интегральный показатель биологического состояния почвы снижается под влиянием гамма-излучения тем сильнее, чем выше доза воздействия. При низких дозах гамма-излучения наблюдается восстановление биологических свойств чернозема обыкновенного. Однако, при высоких уровнях воздействия отдельные показатели не восстанавливаются даже спустя 90 суток.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Молодежных научных конференциях «Экологические проблемы в сельском хозяйстве» (пос. Персиановский, 2002), «Экологические аспекты агропромышленного комплекса» (пос. Персиановский, 2003), на Научной конференции аспирантов и соискателей РГУ (Ростов н/Д, 2003), на Конференции «Экология и биология почв Юга России» (Ростов н/Д, 2003), на Научно-практической конференции «Экология, почва, город» (Краснодар, 2003), на X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоно-сов-2003», секция «Почвоведение» (Москва, 2003), на Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов н/Д, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах печатного текста, состоит из введения, 4-х глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения; содержит 13 таблиц, 26 рисунков, 3 фотографии и 22 приложения. Список литературы включает 223 источника, из них 18 на иностранных языках.