Введение к работе
Актуальность исследования. Экологическая значимость электромагнитных полей все больше возрастает в современном мире и становится предметом специального изучения. Проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды в 1995 году включена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в перечень приоритетных для человечества, что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой теме. В спектре электромагнитных полей ионизирующие излучения (ИИ) имеют особую значимость и относятся к наиболее опасным антропогенным факторам.
Электромагнитные поля (ЭМП), как никакой другой экологический фактор, за последние 50-70 лет претерпели существенные изменения за счет техногенной составляющей. В отдельных частотных диапазонах уровень электромагнитного излучения техногенного происхождения в 103 – 106 раз превосходит уровень естественного излучения.
К настоящему времени в отечественной и мировой науке накоплено значительное количество данных, касающихся влияния ЭМП ионизирующей и неионизирующей природы на различные биологические объекты: микроорганизмы, растения, животных, человека. В то же время, экологические последствия влияния ЭМП на почву, ее свойства и функции, изучены только с отдельных сторон. Работ, касающихся изучения влияния ЭМП на свойства почв юга России, нами не встречено.
Почва является одним из важнейших незаменимых природных ресурсов, обеспечивает стабильность, как отдельных биогеоценозов, так и биосферы в целом. В связи с нарастающим электромагнитным воздействием на окружающую среду и учитывая огромную экологическую и хозяйственную роль почвы на планете, представляется актуальным исследование изменения состояния почвы и ее свойств под влиянием электромагнитных полей.
Цель работы - установить закономерности изменения биологических свойств почв под влиянием электромагнитных полей различной природы.
Задачи исследования:
-
Установить закономерности и механизмы электромагнитного воздействия на биологические свойства почв: численность и активность микроорганизмов, структуру почвенных микробоценозов, фитотоксичность почв и состояние растений, ферментативную активность, гумусное состояние и т.д.
-
Изучить изменения свойств почв в зависимости от параметров электромагнитного воздействия, таких как: природа ЭМП, мощность, частота, уровень, длительность воздействия. Установить взаимосвязь эколого-биологических показателей между собой и уровнем электромагнитного воздействия.
-
Провести сравнительную оценку устойчивости почв юга России к электромагнитным воздействиям.
-
Определить возможность и целесообразность использования различных биологических показателей в целях мониторинга, диагностики и индикации электромагнитного загрязнения почв.
Объекты исследований. Объектами исследований были зональные и интразональные почвы разных природных зон юга России: черноземы (обыкновенные, выщелоченные) настоящих степей, каштановые почвы сухих степей, серые и бурые лесные почвы среднегорных лесов, луговые субальпийские почвы высокогорий Кавказа, дерново-карбонатные почвы (рендзины) типичные и выщелоченные, серопески.
Основные положения, выносимые на защиту:
Электромагнитные поля оказывают неоднозначное воздействие на биологические свойства почв. В большинстве случаев численность почвенных микроорганизмов снижается, показатели ферментативной активности и роста и развития растений — не изменяются, либо снижаются незначительно.
Степень изменения биологических свойств почвы зависит от природы электромагнитного загрязнения, его дозы (уровня), времени воздействия, типа почвы и др. Между дозой ионизирующего излучения и изменением биологических свойств почв зафиксирована линейная зависимость, а для неионизирующих излучений характерны нелинейные связи.
Почвы разного генезиса и свойств, обладающие различным уровнем биологической активности, проявляют разную устойчивость к неионизирующим электромагнитным полям. По устойчивости к низкочастотному магнитному полю почвы юга России образуют следующую последовательность: бурая лесная почва > чернозем обыкновенный > рендзина типичная > серопески; по устойчивости к СВЧ-излучению: серопески > чернозем обыкновенный > каштановая почва >бурая лесная почва.
Бльшая чувствительность и информативность к электромагнитным воздействиям характерна для микрофлоры, обычно грибов. Показатели ферментативной активности являются более устойчивыми и менее информативными.
Научная новизна. Впервые по единой методике проведено комплексное исследование влияния электромагнитных полей различной природы (ионизирующей: гамма-излучение и рентгеновское излучение и неионизирующей: сверхвысокочастотные излучения, низкочастотные излучения, постоянные магнитные поля) на биологические свойства почв юга России. Изучена динамика восстановления биологических свойств чернозема обыкновенного после воздействия гамма-излучения. Для оценки отклика почвы на электромагнитное воздействие был использован единый набор биологических показателей, а также проведена интегральная оценка с использованием интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) почвы. Исследовано влияние ЭМП на широкий диапазон различающихся по свойствам, генезису и сельскохозяйственному использованию почв: черноземы, каштановые, бурые лесные, серые лесные, горно-луговые, дерново-карбонатные почвы, серопески. Установлены наиболее информативные показатели биологической активности почвы для использования в целях биомониторинга и биодиагностики почв, подвергнутых электромагнитному воздействию. Составлены ряды устойчивости почв к СВЧ-излучению и низкочастотному магнитному полю. Предложены подходы к экологическому нормированию электромагнитного воздействия на почву.
Практическая значимость. Теоретические положения, подходы и разработки, представленные в работе, могут быть использованы и уже используются научными и природоохранными организациями при проведении мониторинга и диагностики биологического состояния почв под влиянием электромагнитных полей. Полученные результаты используются в учебном процессе при чтении курсов лекций: «Экология», «Радиоэкология», «Почвоведение», «Природопользование», «Охрана окружающей среды», «Экологическая экспертиза», «Мониторинг и биоиндикация» в Южном федеральном университете.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены более чем на 30 научных конференциях, симпозиумах, съездах и конгрессах, основные из которых: Международная научная конференция «Экология и биология почв Юга России» (Ростов-на-Дону, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007); I, II Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2004, 2007); IV, V Съезды Общества почвоведов им В.В. Докучаева (Новосибирск, 2004; Ростов-на-Дону, 2008); Научная конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Абрау-Дюрсо, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010); III Международная научно-практическая конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (Томск, 2005); 13, 14, 15 International Symposium «Environmental Pollution and its Impact on Life in the Mediterranean Region» (Салоники, Греция, 2005; Севилья, Испания, 2007; Бари, Италия, 2009); Всероссийская конференция «Экспериментальная информация в почвоведении» (Москва, 2005); The World Congress of Soil Science (Филадельфия, США, 2006); IV Международный симпозиум «Степи северной Евразии» (Оренбург, 2006); Всероссийская научная конференция «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (Воронеж, 2006); Международная научная конференция «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» (Санкт-Петербург, 2007); III Международная научно-практическая конференция «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2007); Eurosoil Symposium (Вена, Австрия, 2008); V, VI Съезды по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2006, 2010).
Конкурсная поддержка работы. Автор как руководитель и ответственный исполнитель участвовал в работе по грантам и конкурсным проектам по тематике исследований, поддержанных РФФИ (№ 06-05-64722а, 07-04-00690а, 07-04-10132к, 07-05-10101к, 08-04-10080к), ФЦП «Развитие сети федеральных университетов» (№ К-08-Т-25, К-08-У-2, К-08-Т-19), ФПЦ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (№ П1298, П2383), «Ведущие научные школы» (НШ-5316.2010.4).
Личный вклад автора. Основу диссертации составляют данные, полученные автором в 2002-2011 гг. Автор принимал личное участие на всех этапах работы, а именно: формулировка проблемы, постановка целей и задач, планирование экспедиционных и полевых исследований, модельных экспериментов и аналитических работ. По результатам исследований автором или научным коллективом с участием автора опубликованы научные работы, где проанализированы и определены основные результаты диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 117 научных работ, среди которых 11 статей в изданиях из перечня ВАК, 4 монографии, 4 статьи на английском языке, 4 главы в коллективных монографиях. Общий объем публикаций составляет 81 п.л.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 367 страницах печатного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы и приложения; содержит 32 таблицы, 55 рисунков, 6 фотографий. Приложение включает 45 таблиц. Список литературы включает 637 источников, из них 157 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе своему научному консультанту д.г.н., профессору К.Ш. Казееву, а также коллегам: к.б.н., доценту Р.В. Кузнецову, зав. Лабораторией ядерной физики НИИ Физики РГУ д.ф.-м.н., чл.-корр. РИА М.Г. Давыдову, д.б.н., профессору Г.Г. Корниенко, В.М. Денисову, всем преподавателям и сотрудникам кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета.
Особую благодарность за научные консультации, ценные рекомендации и неоценимую моральную поддержку автор выражает д.б.н., профессору В.Ф. Валькову и д.с.-х.н., профессору, зав. кафедрой экологии и природопользования С.И. Колесникову.
Похожие диссертации на Влияние электромагнитных полей на биологические свойства почв
