Влияние электромагнитных полей на биологические свойства почв
На правах рукописи
Денисова Татьяна Викторовна
влияние электромагнитных полей на
биологические свойства почв
03.02.08 – экология (биологические науки)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Ростов-на-Дону - 2011
Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования
Южного федерального университета
Научный консультант: доктор географических наук, профессор
Казеев Камиль Шагидуллович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Безуглова Ольга Степановна
доктор биологических наук, профессор
Киреева Наиля Ахняфовна
доктор биологических наук, старший научный сотрудник
Терехова Вера Александровна
Ведущая организация: Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения
Защита диссертации состоится 1 июля 2011 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний ЮФУ, e-mail: [email protected], факс: (863)263-87-23.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).
Автореферат разослан «____» ___________ 2011 г. и размещен в сети Интернет на сайте ВАК www.vak.ed.gov.ru
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук Т.М. Минкина
Общая характеристика работы
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.
содержание работы
ГЛАВА 1. Экологические последствия влияния электромагнитных полей ионизирующей и неионизирующей природы на биологические объекты и почву
В 7-ми подглавах представлен обзор отечественной и зарубежной литературы по проблеме. Дана характеристика ионизирующих излучений (ИИ) и ЭМП неионизирующей природы как факторов окружающей среды. Представлен обзор механизмов действия ИИ и ЭМП неионизирующей природы. Проведен анализ литературных данных, касающихся влияния ЭМП на различные биологические объекты, особое внимание уделено влиянию излучений на свойства почв. Охарактеризованы магнитные свойства почв.
ГЛАВА 2. Объекты исследований
Широкий спектр физико-географических условий юга России обусловливает сложность и оригинальность почвенного покрова. Биоклиматический потенциал варьирует от влажных субтропиков Черноморского побережья до полупустынь Прикаспия, от просторов Русской равнины и степей Предкавказья до горных лесов и альпийских лугов Кавказа. Все это предопределяет разнообразие и огромное богатство почв и земельного фонда региона (Вальков и др., 2008).
В 6-ти подглавах дана характеристика почв, использованных в качестве основных объектов исследования: черноземы, каштановые почвы, бурые лесные почвы, серые лесные почвы, горно-луговые почвы, дерново-карбонатные почвы (рендзины) и серопески.
Эти почвы занимают основную территорию юга России и подробно описаны (Вальков, 1977; Безуглова, 1994; Вальков и др., 1996; 2002, 2007, 2008; Казеев и др., 2004, 2007; Безуглова, Хырхырова, 2008). Они существенно различаются между собой по содержанию гумуса, реакции среды (pH), содержанию карбонатов, гранулометрическому составу, поглотительной способности, биологической активности и другим свойствам, определяющим устойчивость почвы к антропогенному воздействию.
Изменение биологических свойств почв юга России под влиянием различных антропогенных факторов описано в ряде монографий: влияние тяжелых металлов (Колесников и др., 2000, 2001, 2006, 2007, 2008; Попович, Колесников, 2006; Минкина и др., 2009); влияние переувлажнения (Минкин и др., 1981; Назаренко, 2002; Казеев и др., 2006), влияние сельскохозяйственного использования, внесения сверхвысоких доз удобрений (Казеев и др., 2004, 2007), влияние нефтезагрязнения (Колесников и др., 2007), влияние ЭМП неионизирующей природы (Казеев и др., 2004, 2007), влияние ионизирующего излучения (Денисова, Казеев, 2007).
Таблица 1
Характеристика мест отбора почв, использованных в качестве объектов исследования
| Название почвы | Площадь на юге России, тыс. га* | Место отбора | Угодье | pH | Содержание гумуса, % |
| Зональные почвы | |||||
| Чернозем обыкно- венный (северо-приазовский) | 9026,6 | Ростовская обл., Октябрьский р-он, учхоз «Донской» ДонГАУ | пашня | 7,8 | 4,2 |
| Чернозем обыкно- венный (северо-приазовский) | г. Ростов-на-Дону, Ботанический сад ЮФУ | пашня | 7,7 | 4,9 | |
| Чернозем обыкно- венный (предкавказзский) | ст. Кущевская, Краснодарский край | пашня | 7,7 | 5,2 | |
| Чернозем выщело- ченный | 793,9 | Республика Адыгея, окрестности с. Белое | пашня | 6,3 | 5,7 |
| Каштановая почва | 1145,8 | Ростовская обл., Зимовниковский р-он | пашня | 8,2 | 1,6 |
| Бурая лесная почва | 1748,5 | Республика Адыгея, п. Гузерипль | пашня | 5,3 | 2,2 |
| Бурая лесная почва | Республика Адыгея, п. Никель | дубово-буковый лес | 5,4 | 4,4 | |
| Серая лесная почва | 227,1 | Республика Адыгея, ст. Даховская | грабово-буковый лес | 7,1 | 9,4 |
| Горно-луговая субальпийская | 804,7 | Республика Адыгея, плато Лагонаки | горный луг | 5,3 | 29,5 |
| Интразональные почвы | |||||
| Серопески | 1118,7 | Ростовская область, Каменский р-он | разнотравно-злаковая степь на песках | 7,4 | 1,3 |
| Дерново-карбонатная почва (рендзина) типичная | 780,8 | Краснодарский край, п. Южная Озерейка | виноградник | 7,8 | 2,7 |
| Дерново-карбонатная почва (рендзина) выщелоченная | Республика Адыгея, плато Лагонаки | пастбище | 5,9 | 24,4 | |
| Дерново-карбонатная почва (рендзина) выщелоченная | Республика Адыгея, Апшеронское лесничество | пихтово-буковый лес | 7,1 | 22,7 | |
| * по Путеводитель…., 2008 | |||||
ГЛАВА 3. Методика и методы исследований
3.1. Методика модельных экспериментов
В работе проведено комплексное исследование влияния ЭМП ионизирующей природы (гамма-излучения и рентгеновского излучения) и неионизирующей природы: сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения), низкочастотных МП промышленной и других частот и постоянных магнитных полей на биологические свойства почв юга России (табл. 1). Для этого был поставлен ряд модельных экспериментов.
1-е Направление исследований. Изучение влияния ионизирующего излучения (рис. 1). Объектом исследования был чернозем обыкновенный карбонатный (Учхоз ДонГАУ, Ростовской обл.). Образцы почвы отобраны из пахотного горизонта (Апах, 0-20 см).
Влияние гамма-излучения. Воздушно-сухие образцы почвы (чернозем обыкновенный) подвергали воздействию гамма-излучения (острое облучение) в Лаборатории ядерной физики (ЛЯФ) НИИ Физики ЮФУ (РГУ). В качестве источника облучения использовали микротрон – электронный ускоритель с энергией до 22 МэВ и током пучка до 20 мкА ФИШ-СТ-22. Контролем служили образцы почвы, не подвергавшиеся воздействию гамма-излучения. Воздушно-сухие образцы почвы одновременно облучались тормозным излучением микротрона с максимальной энергией 20 МэВ. После набора заданной дозы облучения образец почвы убирали из пучка ускорителя. Погрешность определения дозы не превышала 10% (обусловлена вариацией тока пучка ускорителя во время облучения). Дозы воздействия: 1, 5, 10 и 20 КГр.
Влияние рентгеновского излучения. Воздушно-сухие образцы почвы (чернозем обыкновенный) подвергали острому облучению рентгеновским излучением (острое облучение) 0,04; 2,68 и 4,64 мЗв. Контролем служили образцы почвы, не подвергавшиеся воздействию рентгеновского излучения.
Рис. 1. Влияние ионизирующих излучений – схема. (Соотношение единиц: 1 Зв = 1 Гр)
Восстановление облученной почвы. Для изучения динамики изменения биологических свойств почвы и процессов восстановления после облучения были заложены модельные эксперименты на 3, 30, 90 и 180 суток. Облученные и контрольные образцы почвы помещали в стеклянные сосуды, увлажняли стерильной водой (60% от полной влагоемкости). Набивку сосудов проводили в соответствии с общепринятыми методиками проведения вегетационных опытов (Методы полевых и вегетационных опытов…, 1967; Журбицкий, 1968; Агрохимические методы исследования почв, 1975). Инкубирование осуществляли при температуре +20-22оС и оптимальной влажности почвы. Полив осуществляли по мере необходимости стерильной водой.
2-е Направление исследований. Изучение влияния сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения) (рис. 2). Объекты исследования представлены в таблице 1. Образцы почвы отобраны из горизонта 0-20 см. Воздушно-сухие образцы почвы в стеклянных сосудах, подвергали воздействию СВЧ-излучения помещением в микроволновую печь марки LG, магнетрон которой работает на частоте 2450 МГц. Изучали влияние СВЧ-излучения мощностью 800 Вт длительностью воздействия 30 секунд, 1, 10 и 60 минут и СВЧ-излучения мощностью 450 Вт длительностью воздействия 10, 20, 30, 40, 50 и 60 секунд.
3-е Направление исследований. Изучение влияния низкочастотных и постоянных магнитных полей (рис. 2). Было исследовано влияние «сильных» (>1000 мкТл) и «слабых» (<1000 мкТл) низкочастотных магнитных полей (НЧ МП) и постоянных магнитных полей (ПМП). Объекты исследования представлены в таблице 1. Образцы почвы отобраны из горизонта 0-20 см.
Воздушно-сухие образцы почвы увлажняли водой (60% от полной влагоемкости), помещали в стеклянные сосуды, затем в установку (№ 1-4), создающую МП (см. раздел 3.2). Воздействию МП также подвергали почвенную суспензию чернозема обыкновенного и суспензии чистых культур бактерий (Bacillus mycoides) и грибов (Penicillum sp.), сухие и прорастающие семена пшеницы и редиса. После окончания срока экспозиции в опытных и контрольных образцах почв исследовали различные показатели, характеризующие биологические свойства почвы. Было исследовано влияние следующих уровней МП: НЧ МП промышленной частоты (50 Гц) индукцией 5, 10, 25, 50, 100, 200, 250, 300, 500, 800, 1000, 1500, 2000, 6000 мкТл; НЧ МП (частота 90, 100 Гц) индукцией 1500 мкТл; ПМП индукцией 10, 50, 100, 200, 300, 500, 800, 6000, 15000 мкТл. Длительность воздействия составляла от 10 минут до 5 суток.
3.2. Описание установок, использованных при постановке экспериментов
В настоящей главе в диссертации приводятся принципы работы и фотографии приборов и 4-х оригинальных установок, которые были использованы при постановке экспериментов. Микротрон - электронный ускоритель с энергией до 22 МэВ и током пучка до 20 мкА ФИШ-СТ-22. Рентгеновский аппарат (12Ф9). Микроволнавая печь марки LG, магнетрон которой работает на частоте 2450 МГц. Установка № 1 (соленоид), создающая МП ПЧ. Установка № 2 (соленоид), создающая МП ПЧ и ПМП. Установка № 3, создающая МП разных частот и ПМП, работающая на основе синтезатора, разработанного В.М. Денисовым и В.В. Поповым (2005), который управляется микроконтроллером на микросхеме 16F628. Установка № 4 (соленоид), создающая МП ПЧ и ПМП.
 | |
|
Рис. 2. Влияние неионизирующих излучений - схема экспериментов
3.3. Методы определения биологических свойств почвы
Лабораторно-аналитические исследования выполнены лично автором или под его непосредственным руководством на кафедре экологии и природопользования ЮФУ (РГУ) с использованием общепринятых в биологии, экологии и почвоведении и методов (Галстян, 1974, 1978; Хазиев, 1990, 2005; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Казеев и др., 2003).
Было поставлено 46 модельных экспериментов, о биологической активности почвы судили по 21 показателю. Модельные эксперименты ставили в 3-х-кратной повторности. Аналитические определения биологических свойств почвы выполняли в 3-18-кратной повторности.
Численность бактерий и микроскопических грибов учитывали методом глубинного посева почвенной суспензии на плотные питательные среды по числу колониеобразующих единиц (КОЕ). На МПА (мясо-пептонном агаре) выделяли аммонифицирующих бактерий, на КАА (крахмало-аммиачном агаре) — амилолитических бактерий. Численность спорообразующих бактерий учитывали на МПА из предварительно пастеризованной суспензии. Численность грибов учитывали на подкисленной среде Чапека. Численность азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. «Дыхание» почвы определяли по Карпачевскому, Киселевой (1969) и по Галстяну (1961). Скорость разложения в почве мочевины по Аристовской и Чугуновой (1989). О ферментативной активности почвы судили по активности каталазы, инвертазы, дегидрогеназы. Активность каталазы и дегидрогеназы определяли по Галстяну (1978), инвертазы – по Галстяну в модификации Хазиева (1990). Содержание общего гумуса определяли по методу И.В. Тюрина в модификации Никитина (1972). Определение группового фракционного состава гумуса определяли по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой (1968). О фитотоксичности почвы судили по изменению показателей прорастания семян и интенсивности начального роста тест-объктов (Бабьева, Зенова, 1989; Казеев и др., 2003). В качестве тест-объектов использовали озимую пшеницу и редис. Для объединения различных показателей была использована методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС), разработанная на кафедре экологии и природопользования ЮФУ (РГУ) (Вальков и др., 1999; Колесников и др., 2000, 2001; Казеев и др., 2003).
3.4. Статистическая обработка результатов
Статистическая обработка данных выполнена с использованием статистического пакета Statistica 6.0 для персонального компьютера. Использовали дисперсионный и корреляционный анализы. Чувствительность показателя оценивали по степени его снижения в зависимости от дозы (уровня) ЭМП, информативность - по степени корреляции значения показателя и дозы (уровня) воздействия.
Глава 4. Влияние «сильных» доз гамма-излучения и «малых» доз рентгеновского излучения на биологические свойства чернозема обыкновенного
В механизме действия радиации первичным звеном биологического действия ИИ является ионизация или возбуждение атомов и молекул облучаемого объекта. Прямое действие ИИ состоит в том, что инактивированными оказываются молекулы, которые непосредственного поглотили энергию излучения. Косвенное (непрямое) действие связано с радиолизом воды, что приводит к существенному повышению уровня свободных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью и далее оказывающих повреждающее действие на клетки, повышая проницаемость клеточных мембран и вызывая другие негативные изменения. Основные «мишени» действия радиации – это ДНК и биологические мембраны (Кудряшов, 2004).
4.1. Состояние почвенной микрофлоры
Влияние гамма-излучения. Наиболее чувствительными к воздействию -излучения оказались микроскопические грибы. Доза 1 КГр подавляла их численность на 57% (p<0,001). На остальные исследованные группы микроорганизмов эта доза не оказала достоверного влияния (рис. 3).
Рис. 3. Влияние гамма-излучения на микрофлору чернозема обыкновенного,
% от контроля
Дозы 5, 10 и 20 КГр оказали достоверное подавляющее воздействие на численность всех исследованных групп микроорганизмов. На бактерии сходное воздействие оказали дозы 5 и 10 КГр. Для грибов наблюдалась более четкая зависимость – с увеличением дозы численность микромицетов снижалась. Доза 20 КГр была практически летальной для всех исследованных групп микроорганизмов - подавление на 96-99,9% (p<0,001) (Денисова и др., 2005). На азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter доза 20 КГр оказала 100%-ное подавляющее воздействие.
Для других почв элиминация бактерий наблюдалась под влиянием доз 15-25 КГр (McNamara et al., 2003), 40 КГр (Skyring, Thompson, 1967), 50 КГр (Sheremata et al., 1997). Некоторые почвенные бактерии выживали под влиянием дозы 75 КГр (Yardin et al., 2000).
Микромицеты в дерново-подзолистой почве (Щербакова, 1976) не обнаруживались методом посева при дозе 1-5 КГр, актиномицеты – 7,5 КГр, неспороносные бактерии – 12,5 КГр, спорообразующие – 17,5 КГр. Доза 20 КГр полностью стерилизовала дерново-подзолистую почву. Аналогичные данные получили S.C. Lopez, N.O. Barbaro (1988), при -облучении некоторых субтропических почв дозой 25 КГр, микроорганизмы погибали полностью, а рост бактерий при дозе 12,5 КГр снижался на 89,9-99,9%.
Анализируя полученные данные, можно выявить следующие закономерности. По степени радиочувствительности к -излучению исследованные микроорганизмы чернозема образовали ряд: микромицеты>бактерии-аммонификаторы на МПА>спорообразующие бактерии>бактерии-амилолитики на КАА>бактерии рода Azotobacter. Почвенные микромицеты более чувствительны к воздействию гамма-излучения, чем бактерии (Щербакова и др., 1975; Денисова и др., 2005; Jackson et al., 1967; McNamara et al., 2003). При сходных тенденциях микрофлора чернозема обыкновенного более устойчива к гамма-облучению, чем микрофлора дерново-подзолистой почвы, но менее устойчива, чем микрофлора некоторых субтропических и пустынных почв.
Рентгеновское излучение оказало стимулирующее воздействие на аммонифицирующие и спорообразующие бактерии (рис. 4). На бактерии-аммонификаторы стимуляция составила 49-75% (p<0,01), на спорообразующие бактерии – 65-92% (p<0,01).
Рис. 4. Влияние рентгеновского излучения на микрофлору чернозема обыкновенного,
% от контроля
4.2. Биохимическая (ферментативная) активность почв и содержание гумуса
На активность почвенных ферментов гамма-излучение оказало незначительное подавляющее воздействие (рис. 5).
Рис. 5. Влияние гамма-излучения на активность ферментов чернозема обыкновенного, % от контроля
Активность каталазы чернозема обыкновенного оказалась достаточно устойчивой к облучению. Дозы 5, 10 и 20 КГр снизили активность каталазы на 7, 9% (p<0,05) и 19% (p<0,001) по сравнению с контролем соответственно. На активность дегидрогеназы -излучение оказало бльшее по сравнению с каталазой ингибирующее воздействие (Денисова и др., 2007; Денисова, Казеев, 2007а). Дозы 5, 10 и 20 КГр снизили активность дегидрогеназы на 12 (p<0,05), 32 (p<0,001) и 32% (p<0,001). Полученные результаты подтверждают данные о том, что каталаза является ферментом сравнительно устойчивым к облучению, а бльшую чувствительность к ионизирующей радиации проявляют ферменты, активность которых зависит от наличия свободной сульфгидрильной группы, в частности дегидрогеназа (Кузин, 1962).
Показатель инвертазной активности отличался значительным варьированием, в связи с чем не было зарегистрировано достоверных изменений активности фермента по сравнению с контролем. Другими исследователями было показано (Voets et al., 1965), что активность инвертазы не снижалась под влиянием -излучения дозой 20 КГр. Высокое варьирование активности инвертазы отмечали различные авторы при исследовании влияния антропогенных факторов: сельскохозяйственного использования (Казеев и др., 2004), загрязнения тяжелыми металлами (Колесников и др., 2000), гидроморфизма (Казеев и др., 2004), СВЧ-излучения (Денисова, 2004). Также есть сведения о повышении активности инвертазы под действием облучения (Lensi et al., 1991).
Таким образом, почвенные ферменты более радиорезистентны, чем микрофлора (Денисова и др., 2005; Денисова, Казеев, 2007а; McNamara et al., 2003). Однако, различные ферменты отличаются по радиорезистентности: дегидрогеназа чувствительнее, чем каталаза. По степени устойчивости к воздействию -излучения исследованные ферменты образовали ряд: каталаза>инвертаза>дегидрогеназа.
Другие исследователи (Shih, Souza, 1978; McNamara et al., 2003) также отмечали, что разные ферменты имеют различные уровни радиочувствительности к -излучению. При облучении почвы дозой 75 КГр активность фосфатазы сохранилась на уровне 70% от первоначальной, активность уреазы не изменялась, а активность декарбоксилазы уменьшалась до 0,5% от ее первоначального уровня.
Как и ожидалось, гамма-излучение не повлияло на содержание гумуса (Денисова и др., 2005). Гумус считается наиболее консервативным показателем биологической активности (Орлов и др., 1979; Колесников и др., 2000; Казеев и др., 2003). Более того, есть сведения о протекторных свойствах гумусовых веществ под влиянием ионизирующего излучения (Горовая, Скворцов, 1989; Жданова и др., 1993).
Под влиянием рентгеновского излучения в некоторых вариантах наблюдали стимулирующие тенденции на активность почвенных ферментов чернозема, но достоверное влияние отмечено только для активности каталазы – активность фермента выше контроля на 12 (p<0,05) и 19% (p<0,01) в вариантах 2,68 и 4,64 мЗв (рис. 6).
Рис. 6. Влияние рентгеновского излучения на активность ферментов чернозема обыкновенного, % от контроля
4.3. Дыхание почвы и скорость разложения мочевины
Полученные нами результаты показали отсутствие достоверного влияния гамма-излучения на интенсивность выделения из почвы углекислого газа. Другие авторы (Stotzky, Mortensen, 1959) при облучении почвы дозами до 2,5 КГр также не обнаружили достоверных отличий в продукции почвой CO2. В следующем эксперименте мы использовали модифицированную методику А.Ш. Галстяна, которая направлена на создание оптимальных условий для микроорганизмов (в качестве субстрата использован раствор глюкозы). В этом случае гамма-излучение оказало подавляющее воздействие на дыхание почвы. С увеличением дозы -излучения интенсивность дыхания снижалась на 17, 30, 48 и 47% (p<0,001) соответственно. Таким образом, дыхание, определяемое по модифицированной методике, является более информативным показателем влияния гамма-излучения на биологическую активность чернозема. Гамма-излучение не оказало достоверного влияния на скорость разложения мочевины.
4.4. Изменение фитотоксических свойств почв
Достоверное подавляющее воздействие гамма-излучения, при прорастании тест-объектов (пшеница, редис) на облученной почве, обнаружено на длину корней. Чем больше доза гамма-излучения, тем отмечалось бльшее подавляющее воздействие (особенно для пшеницы). Показатели прорастания семян: всхожесть, энергия, дружность и скорость прорастания и показатели интенсивности начального роста: длина побегов, сухая фитомасса оказались малочувствительными и неинформативными.
Таким образом, при исследовании влияния ионизирующего излучения на биологические свойства чернозема обыкновенного установлены следующие закономерности. Гамма-излучение оказало подавляющее воздействие на биологические свойства чернозема, в особенности на микрофлору. Наиболее чувствительными оказались микромицеты, бактерии разных групп – более устойчивы к облучению. По степени радиочувствительности к -излучению исследованные микроорганизмы чернозема образовали ряд: микромицеты>бактерии-аммонификаторы >спорообразующие бактерии>бактерии-амилолитики >бактерии рода Azotobacter. Ферменты чернозема в целом более устойчивы к гамма-излучению, чем микрофлора. Однако, различные ферменты отличаются по радиорезистентности: дегидрогеназа чувствительнее, чем каталаза. По степени устойчивости ферменты образовали ряд: каталаза>инвертаза>дегидрогеназа. Гамма-излучение не повлияло на содержание гумуса и скорость разложения мочевины в почве, на показатели фитотоксичности: длина побегов, фитомасса, всхожесть, дружность, энергия и скорость прорастания семян тест-объектов. Рентгеновское излучение оказало стимулирующее влияние на спорообразующие бактерии, бактерии-аммонификаторы и активность каталазы.
Глава 5. Динамика восстановления биологических свойств чернозема обыкновенного после воздействия
гамма-излучения
5.1. Изменение численности микрофлоры
Для аммонифицирующих бактерий не отмечено однозначной закономерности изменения численности в зависимости от доз облучения и сроков инкубации (рис. 7). На 3-и сутки во всех вариантах (кроме варианта с дозой 10 КГр) наблюдали восстановление численности КОЕ, особенно ярко это проявилось в варианте с максимальной дозой воздействия 20 КГр, где численность бактерий практически достигла уровня контроля.
Через 30 суток в варианте с дозой 5 КГр обилие бактерий достигло уровня контроля, а в варианте с дозой 20 КГр – даже несколько превысило. Особенность воздействия дозы 10 КГр состояла в том, что численность бактерий через 3, 30 и 90 суток инкубации находилась практически на одном уровне и составила 12, 12 и 13% (p<0,01), а через 180 суток составила 38% (p<0,01) от контроля соответственно.
В целом в модельных экспериментах по восстановлению облученной почвы поведение бактерий-аммонификаторов сходно в вариантах с дозами 1 и 10 КГр; 5 и 20 КГр (Денисова, Казеев, 2008).
Рис. 7. Изменение численности бактерий-аммонификаторов чернозема под влиянием -излучения (цифры у кривых в КГр) и через 3-180 суток после воздействия
К 90-м суткам – вновь падение численности, причем, чем больше доза – тем сильнее эффект. Возможно, это объясняется таким явлением как осцилляции - колебательная форма существования и развития микробного сообщества. Помимо более или менее регулярных циклов, среди популяций разного организменного уровня, включая почвенные микробные популяции, встречаются нерегулярные осцилляции, или флуктуации (Семенов, 2001). Возможно также, что толерантные микробы дают вспышку численности за счет питания лизированными клетками погибших, менее устойчивых микроорганизмов. Такой эффект активизации микробиологических процессов в почве и усиления интенсивности дыхания при увлажнении высушенных образцов был отмечен ранее (Кудеяров и др., 1995).
В начальные сроки после облучения почвы (3 и 30 суток) не наблюдалось существенных изменений численности спорообразующих бактерий (рис. 8).
Считается (Сафиязов, 1971), что спорообразующие бактерии являются наиболее устойчивой группой микроорганизмов к ионизирующему излучению. Через 90 дней, их численность в вариантах с дозами 1 и 5 КГр резко превысила контрольные значения на 197% (p<0,001) и 87% (p<0,05) соответственно. Из всех наблюдаемых групп почвенной микрофлоры лишь эти бактерии, пусть и спустя 90 дней, восстановили и даже превысили контрольные значения. В то же время при высоких уровнях воздействия (дозы 10 и 20 КГр) и через 180 суток численность бактерий остается на уровне облучения.
Рис. 8. Изменение численности спорообразующих бактерий чернозема под влиянием -излучения (цифры у кривых – КГр) и через 3–180 сут. после воздействия
Микромицеты – наиболее чувствительная группа микроорганизмов к -излучению. Их обилие оставалась значительно ниже контроля для всех вариантов и сроков инкубации после облучения почвы. Под влиянием доз 5, 10 и 20 КГр на всех сроках инкубации оно было ниже контроля на 60% и больше (рис. 9).
Рис. 9. Изменение обилия микромицетов чернозема под влиянием
-излучения (цифры у кривых в КГр) и через 3-180 суток после воздействия
В вариантах с дозами 1 и 5 КГр через 30 и 90 суток можно наблюдать незначительное «восстановление» обилия грибов. Однако обилие микромицетов в этих вариантах скорее не изменяется, поскольку, через 30-90 суток происходит снижение обилия грибов в контроле от 28,94±1,19 до 15,20±0,66 тыс/г. Доза 20 КГр оказала наибольшее подавляющее воздействие на микромицеты. Через 3, 30 и 90 суток инкубации обилие грибов составляло 0,1; 2 и 4% (p<0,001) от контроля соответственно, но через 180 суток инкубации наблюдали резкий скачек – до 42% (p<0,01) от контроля.
Для азотфиксирующих бактерий р. Azotobacter отмечена сильная отрицательная корреляция между их обилием и дозами воздействия (r = –0,91; –0,93; –0,93; –0,92 (p<0,05). Доза 20 КГр для азотфиксаторов является летальной, и даже через 180 суток инкубирования они не развиваются (рис. 10).
В почвенных образцах, подвергнутых воздействию -излучения дозой 10 КГр обилие азотфиксирующих бактерий остается практически одинаковым для всех сроков инкубации и составляет 10-14% (p<0,001) от контроля. При облучении дозами 1 и 5 КГр обилие этих бактерий после инкубирования находится на уровне контроля.
Рис. 10. Изменение обилия бактерий рода Azotobacter чернозема под влиянием -излучения (цифры у кривых в КГр) и через 3-180 суток после воздействия
5.2. Изменение ферментативной активности и гумусного состояния чернозема обыкновенного
Ферментативная активность. Гамма-излучение вызвало увеличение активности каталазы на 10-18% (p<0,01) в ранние сроки после облучения (через 3-е суток). Изменение каталазной активности мало зависело от дозы облучения, а в бльшей степени зависело от срока инкубирования после воздействия -излучения (рис. 11а). Через 90 суток активность каталазы во всех вариантах находилась на уровне контроля. Через 180 суток активность каталазы возвращается к значениям, отмеченным при облучении (Денисова, Казеев, 2006).
а) активность каталазы, мл О2/г
б) активность дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г/24 часа
в) активность инвертазы, мг глюкозы/1 г/24 часа
Рис. 11. Изменение активности ферментов чернозема под влиянием
-гамма излучения и через 3-180 суток после воздействия
Активность дегидрогеназы через 3 и 30 суток инкубирования во всех вариантах опыта ниже контроля (рис. 11б). В вариантах с дозами 1 и 5 КГр активность фермента ниже контроля на 6-27% (p<0,05) в зависимости от дозы, в вариантах с дозами 10 и 20 КГр – на 17-52% (p<0,05). Через 90 суток инкубации наблюдалось резкое увеличение дегидрогеназной активности в вариантах с дозами 1 и 5 КГр – активность фермента выше контроля на 65 и 63% (p<0,001) соответственно. В этих же вариантах опыта нами обнаружено, что численность спорообразующих бактерий на 197 (p<0,001) и 87% (p<0,05) выше контроля.
Считается (Casida, 1978), что повышение дегидрогеназной активности обозначает начало восстановительных процессов, повышение жизнедеятельности почвенной микрофлоры и интенсивности процессов биоразложения. Через 180 суток инкубирования активность дегидрогеназы в варианте с самой низкой из исследованных нами доз 1 КГр выше контроля на 78% (p<0,001), в варианте с дозой 5 КГр – выше контроля на 23% (p<0,001), в вариантах с дозами 10 и 20 КГр достоверно не отличается от контрольных значений.
Значение активности инвертазы в модельных экспериментах по восстановлению облученной почвы, как правило, несколько ниже контроля. При этом, в большинстве случаев отличия не достоверны (рис. 11в). При исследовании влияния ИИ на различные ферменты (растворы ферментов и гомогенаты тканей), получены данные (Кузин, 1962), свидетельствующие о вторичном характере изменений активности фермента. Показана устойчивость ферментов сразу после облучения и постепенное снижение активности, часто прогрессирующее во времени. Возможно, в случае с инвертазой почвы происходит нечто подобное, о чем свидетельствуют полученные нами данные о снижении ее активности через 180 суток в варианте с дозой 20 КГр.
Содержание гумуса. Содержание гумуса в подавляющем большинстве вариантов достоверно не отличалось от контроля.
Достоверные отличия обнаружены при инкубации 90 суток в варианте с дозой 20 КГр – содержание выше на 14% (p<0,001). Но это, скорее, не говорит о том, что произошло увеличение содержание органического вещества, а связано с тем, что микроорганизмы, разлагающие органическое вещество, здесь практически отсутствуют. Через 90 суток в варианте опыта с данной дозой численность основных групп микроорганизмов – бактерий и грибов – ниже контроля на 84% и 96% (p<0,001) соответственно.
Таким образом, в модельных экспериментах по восстановлению облученного чернозема в течение 3-180 суток установлено следующее. Восстановление как микробиологических показателей, так показателей ферментативной активности носит нелинейный характер, т.е. нельзя сказать, что с увеличением времени инкубации происходит все бльшее восстановление биологических свойств чернозема. Наиболее ярко это проявляется для микрофлоры по сравнению с активностью ферментов. По скорости восстановления микробиологические показатели чернозема обыкновенного образовали следующие ряды: ранние сроки инкубации (3 и 30 суток): бактерии-аммонификаторы > спорообразующие бактерии > бактерии рода Azotobacter > микромицеты; поздние сроки инкубации (90 и 180 суток): спорообразующие бактерии > бактерии рода Azotobacter > бактерии-аммонификаторы микромицеты. Отмечена особенность влияния дозы 10 КГр – у всех исследованных групп микроорганизмов и для всех сроков инкубации численность микроорганизмов остается практически на одном уровне. По скорости восстановления показатели ферментативной активности образовали ряды: ранние сроки инкубации (3 и 30 суток): каталаза > инвертаза > дегидрогеназа; поздние сроки инкубации (90 и 180 суток): дегидрогеназа > каталаза > инвертаза. С течением времени можно констатировать тенденцию восстановления биологических свойств чернозема обыкновенного после воздействия гамма-излучения. Скорость восстановления биологических свойств зависит от дозы облучения: чем меньше доза, тем быстрее восстанавливаются биологические свойства чернозема обыкновенного. Однако, при высоких уровнях воздействия -излучения, отдельные параметры биологических свойств не восстанавливаются и спустя 180 суток.
глава 6. Влияние сверхвысокочастотного (СВЧ)-излучения на биологические свойства почв
В механизме действия СВЧ-излучения выделяют тепловые и «нетепловые» (специфическое) эффекты. Механизм теплового воздействия состоит в том, что поглощенная средой энергия вызывает изменение пространственной ориентации дипольных молекул воды, прежде всего, усиление их колебаний. Они передают часть энергии окружающим молекулам, также приходящим в движение, в результате чего энергия СВЧ переходит в тепловую, благодаря чему и происходит нагревание объекта. Чем больше воды в облучаемом объекте – тем больше эффект. Физическая природа «нетепловых эффектов» понятна в гораздо меньшей степени. (Себрант, Троянский, 1969; Кудряшов и др., 2008; Porcelli et al., 1997; Peinnequin et al., 2000 и др.).
6.1. Состояние почвенной микрофлоры под влиянием СВЧ-излучения
На численность микрофлоры исследованных почв СВЧ-излучение мощностью 800 Вт оказало различное воздействие, но выделена следующая закономерность: на микрофлору чернозема отмечено стимулирующее влияние (30 секунд и 1 минута), а на микрофлору серопесков, каштановой и бурой лесной почвы во всех вариантах – подавляющее воздействие (рис. 12).
Чем дольше время воздействия – тем больше подавляющий эффект. Выраженное подавляющее воздействие отмечено на бактерии бурой лесной почвы – их численность составила 27; 0,3 и 0,1% (p<0,001) от контроля с увеличением времени воздействия соответственно (рис. 12а).
На спорообразующие бактерии СВЧ-излучение оказало достоверное стимулирующее воздействие – численность КОЕ на 278 и 336% (p<0,05) выше контроля (30 сек., 1 мин.), а на бактерии серопесков и бурой лесной почвы – подавляющее воздействие (Денисова, Колесников, 2009).
Другие исследователи (Игнатов и др., 1978; Wainwright et al., 1980) также отмечали стимуляцию аммонификации других типов почв под влиянием СВЧ-излучения. Причины резкой активации остаточной микрофлоры после воздействия СВЧ-излучения на выжившие бактериальные клетки остались не выяснены (Игнатов и др., 1978).
На обилие микроскопических грибов каштановой почвы 10-минутное СВЧ-излучение оказало 100%-ное подавляющее воздействие (рис. 12в). Обилие грибов серопесков, чернозема и бурой лесной почвы при этом уровне воздействия составило 14; 7 и 0,5% (p<0,001) от контроля соответственно. 30-секундное и 1-минутное воздействие не оказало достоверного влияния на микромицеты серопесков, но оказало стимулирующее воздействие на микромицеты чернозема на 51 и 46% (p<0,05) соответственно. На микромицеты бурой лесной почвы 30-секундное воздействие не оказало достоверного влияния, а при 1-минутном воздействии обнаруживалось только 0,3% (p<0,001) обилия грибов от контроля.
 |  | |
| а) бактерии-аммонификаторы на МПА | б) спорообразующие бактерии на МПА | |
 |  | |
| в) микромицеты, тыс/г | г) бактерий рода Azotobacter, % от контроля | |
Рис. 12. Влияние СВЧ-излучения на почвенную микрофлору
Был отмечен (Vela-Muzquiz, 1984) положительный эффект в борьбе с сорняками и нематодами в почве с помощью микроволнового облучения. При этом действие излучения на микромицеты и бактерии было незначительным, на процессы фиксации азота или нитрификации отрицательного влияния не отмечено.
Бактерии рода Azotobacter оказались наиболее устойчивыми к СВЧ-излучению из исследованных групп микроорганизмов (рис. 12г).
6.2. Ферментативная активность почв под влиянием СВЧ-излучения
Влияние СВЧ-излучения мощностью 450 Вт. Изучение влияния СВЧ-излучения мощностью 450 Вт на активность ферментов чернозема обыкновенного (северо-приазовского и предкавказского), серой лесной и бурой лесной почвы и рендзины выщелоченной показало, что ферменты устойчивы к этому воздействию (табл. 3).
Таблица 3
Влияние СВЧ-излучения (мощность 450 Вт) на активность ферментов (M±m)
| Показатель | Вариант опыта (секунды) | Чернозем обыкновенный (северо-приазовский) | Чернозем обыкновенный (предкавказский) | Серая лесная почва | Бурая лесная почва | Рендзина выщелоченная (плато Лагонаки) | Рендзина выщелоченная (Апшеронское лесничество) |
| Активность каталазы, мл О2/г/мин | Контроль | 12,3±0,09 | 11,6±0,14 | 7,4±0,02 | 3,2±0,11 | 5,4±0,15 | 15,3±0,04 |
| 10 | 12,1±0,18 | 11,6±0,24 | 7,1±0,10 | 3,2±0,03 | 5,0±0,05 | 14,4±0,10* | |
| 20 | 12,4±0,13 | 11,3±0,20 | 7,3±0,08 | 3,3±0,10 | 5,2±0,00 | 14,3±0,04*** | |
| 30 | 12,3±0,19 | 11,4±0,17 | 7,1±0,09 | 2,9±0,07 | 4,7±0,06 | 14,3±0,28*** | |
| 40 | 13,1±0,03 | 11,4±0,13 | 6,8±0,13* | 3,2±0,05 | 5,3±0,04 | 14,1±0,02*** | |
| 50 | 12,3±0,08 | 12,7±0,27 | 7,0±0,16 | 3,1±0,03 | 5,5±0,09 | 13,5±0,13** | |
| 60 | 13,8±0,20* | 11,6±0,11 | 7,3±0,15 | 3,3±0,07 | 5,5±0,05 | 13,3±0,04*** | |
| Активность инвертазы, мг глюкозы/г/24 часа | Контроль | 12,6±0,89 | 12,6±0,89 | 18,0±0,46 | 6,80±0,37 | 26,61±0,28 | 15,7±0,05 |
| 10 | 11,6±0,35 | 11,6±0,35 | 20,5±0,16 | 5,67±0,68 | 25,08±0,83 | 16,8±0,99 | |
| 20 | 10,5±0,71 | 10,5±0,71 | 22,9±1,23 | 6,71±1,59 | 26,83±0,12 | 16,2±0,34 | |
| 30 | 13,8±1,06 | 13,8±1,06 | 19,3±0,21 | 8,55±0,20 | 25,99±0,08 | 14,5±0,39 | |
| 40 | 10,5±0,52 | 8,8±1,06 | 19,8±0,37 | 8,84±0,31 | 27,41±0,11 | 14,0±1,31 | |
| 50 | 15,0±0,73 | 15,0±0,73 | 18,9±0,42 | 8,77±0,21 | 28,71±1,43 | 17,5±1,32 | |
| 60 | 15,4±0,99 | 15,4±0,99 | 26,1±2,61 | 9,17±0,38 | 26,68±0,13 | 19,2±0,94 | |
| Активность дегидрогеназы, мг ТФФ/ 10г/24 часа | Контроль | 22,8±1,30 | 19,2±0,79 | 6,61±0,60 | 17,7±1,52 | 5,62±0,42 | 33,98±2,54 |
| 10 | 26,6±0,62 | 23,4±0,96 | 6,46±0,35 | 20,5±0,65 | 6,46±0,17 | 23,09±3,89 | |
| 20 | 20,1±3,20 | 5,3±1,62* | 8,76±1,02 | 20,5±1,59 | 5,11±0,31 | 28,77±0,34 | |
| 30 | 27,3±0,58 | 24,6±1,78 | 8,04±1,02 | 16,7±0,49 | 4,75±0,03 | 31,31±1,96 | |
| 40 | 22,9±1,12 | 33,0±0,66** | 5,11±0,23 | 18,7±0,59 | 6,72±0,21 | 31,19±1,62 | |
| 50 | 24,9±0,42 | 26,0±1,73 | 7,14±0,05 | 18,5±0,29 | 7,14±0,34 | 22,76±1,37 | |
| 60 | 21,3±1,41 | 26,3±0,40** | 7,98±0,25 | 18,0±1,75 | 8,04±0,40 | 18,63±2,73 | |
| Достоверные отличия по отношению к контролю: *p<0,05; ** p<0,01; ***p<0,001 | |||||||
Исключение из данной закономерности отмечено для каталазы рендзины выщелоченной (Апшеронское лесничество), где наблюдали незначительное подавляющее воздействие – активность фермента ниже контроля на 6-13% (p<0,05). И стимулирующее влияние СВЧ-излучения (длительность 40 и 60 секунд) отмечено на активность дегидрогеназы чернозема обыкновенного (предкавказского) – активность фермента выше контроля на 72 и 37% (p<0,05).
Влияние СВЧ-излучения мощностью 800 Вт. На активность ферментов исследованных почв СВЧ-излучение оказало подавляющее воздействие, которое в зависимости от времени воздействия и типа почвы составило 15-96% (p<0,01) (рис. 13).
Исключение отмечено для активности инвертазы серопесков, активность фермента в вариантах 30 секунд и 1 минута выше контроля на 216-111% (p<0,05). Ряды устойчивости почв к СВЧ-излучению мощностью 800 Вт по их ферментативной активности (усреднено по времени воздействия) имеют вид:
- каталаза: каштановая>серопески>чернозем обыкновенный>бурая лесная;
- дегидрогеназа: серопески>бурая лесная>чернозем обыкновенный;
- инвертаза: серопески> чернозем обыкновенныйкаштановая>бурая лесная.
 |  |
| а) активность каталазы, мл О2/г | б) активность инвертазы, мг глюкозы/1 г/24 ч |
Рис. 13. Влияние СВЧ-излучения мощностью 800 Вт на активность ферментов почв
6.3. Фитотоксические свойства почв под влиянием СВЧ-излучения
Почву (воздушно-сухие образцы): чернозем обыкновенный (предкавказский и североприазовский), серая лесная, бурая лесная почва и рендзина выщелоченная (плато Лагонаки; Апшеронское лесничество), подвергали воздействию СВЧ-излучения мощностью 450 Вт длительностью 10-60 секунд. Затем на облученную почву высаживали тест-объекты – семена редиса. СВЧ-излучение исследованных уровней не оказало влияния на показатели прорастания: всхожесть, энергию, дружность и скорость прорастания. Показатели интенсивности начального роста (длина побегов и корней тест-объектов) в подавляющем большинстве случаев достоверно также не отличались от контроля. В отдельных вариантах отмечено стимулирующее воздействие на длину побегов (бурая лесная, чернозем обыкновенный), которое составило 17% (p<0,05). Наибольший стимулирующий эффект обнаружен в варианте с рендзиной выщелоченной (плато Лагонаки) на длину побегов на 27-47% (p<0,05).
Таким образом, к воздействию СВЧ-излучения мощностью 450 Вт ферменты разных классов и различающихся по свойствам почв проявили практически сходную устойчивость. К СВЧ-излучению мощностью 800 Вт ферменты разных классов и отличающихся почв проявили различную чувствительность. В целом ферменты исследованных почв более устойчивы к СВЧ-излучению, чем микроорганизмы. По устойчивости разных групп микроорганизмов к СВЧ-излучению (800 Вт) исследованные почвы образовали ряды: бактерии-аммонификаторы: чернозем >каштановая >серопески >бурая лесная; спорообразующие бактерии: чернозем > серопески > бурая лесная; микромицеты: чернозем >серопески >бурая лесная >каштановая; бактерии рода Azotobacter: серопески > каштановая почва > чернозем.
Результирующие ряды устойчивости к СВЧ-излучению мощностью 800 Вт (с некоторой долей обобщения имеют вид. Ферментативная активность: серопески>чернозем обыкновенныйкаштановая>бурая лесная. Показатели микробиологической активности: чернозем обыкновенный>серопески>каштановая>бурая лесная. Можно говорить об отсутствии фитотоксического эффекта СВЧ-излучения мощностью 450 Вт как на показатели прорастания, так и на показатели интенсивности начального роста тест-объектов.
ГЛАВА 7. Изменение биологических свойств почв и состояния растений под влиянием низкочастотных и постоянных магнитных полей
Выбор нами низкочастотного диапазона МП для исследования продиктован рядом причин: 1) именно в этом диапазоне наиболее ярко проявляется парадоксальность биологического действия ЭМП (Бинги, 2002); 2) низкоинтенсивные ЭМП способны вызывать реакцию биосистемы, которую не способны вызвать излучения относительно высокой (тепловой) мощности (Аксенов и др., 2000; Новиков, Фесенко, 2001; Сусак и др., 2005); 3) полагают, что действие слабых и сверхслабых факторов находится ниже порога включения защитных биологических механизмов и поэтому способно накапливаться на субклеточном уровне, на уровне генетических процессов (Бинги, 2002; Кудряшов и др., 2008); 4) в последние десятилетия все больше подчеркивается экологическая значимость воздействия именно низкочастотных ЭМП на биоту и экосистемы (Григорьев и др., 2003; Горбачев, Марков, 2010).
Механизм действия МП на почву чаще всего является косвенным. Реакцию почвы на магнитное воздействие объясняют наличием в ней парамагнитных и ферромагнитных минералов, которые могут изменять свое магнитное состояние под действием МП и влиять на окружающие их немагнитные материалы (Олешко и др., 1980). Магнитное поле оказывает влияние на материальную основу почв (минералы, органическое вещество, воду, живые организмы) и те процессы, которые в них протекают (Бабанин и др., 1995). Под влиянием МП повышается остаточное намагничивание почвы, происходят микроморфологические изменения (Ванек, Кремер, 1976; Вадюнина и др., 1974, 1977; Ванек и др., 1981; Ярилова и др., 1983).
7.1. Состояние почвенной микрофлоры
Влияние низкочастотных МП. В результате исследований установлено, что микрофлора бурой лесной почвы и микромицеты серопесков оказалась устойчива к НЧ МП индукцией 1500 и 6000 мкТл (рис. 14).
 |  |
| а) численность бактерий, млн/г | б) обилие микромицетов, тыс/г |
Рис. 14. Влияние НЧ МП (50 Гц; 5 суток) на микрофлору почв
В остальных вариантах отмечено подавляющее воздействие НЧ МП. Численность бактерий чернозема обыкновенного ниже контроля на 58 и 57% (p<0,001), серопесков - на 76 и 88% (p<0,01), рендзины типичной – на 32 и 31% (p<0,01) в вариантах с индукцией 1500 и 6000 мкТл соответственно (рис. 14а). Численность микромицетов чернозема ниже контроля на 26 и 41% (p<0,05), рендзины – на 82 и 82% (p<0,01) при тех же уровнях МП (рис. 14б).
Кратковременное (1-часовое) воздействие НЧ МП индукцией 1500 мкТл разных частот: промышленной (50 Гц), 90 и 100 Гц оказало различное воздействие на микрофлору чернозема обыкновенного (рис. 15).
По устойчивости к воздействию ЭМП частотой 90 и 100 Гц микроорганизмы чернозема образовали ряд: бактерии на МПА>микромицеты>Azotobacter. Ряд устойчивости к ЭМП частотой 50 Гц иной: Azotobacter> бактерии на МПА>микромицеты.
Кратковременное (1 часовое) воздействие ЭМП (50 Гц) индукцией 100, 500, 1000, 1500 и 2000 мкТл на микрофлору чернозема обыкновенного и каштановой почвы оказало стимулирующее, подавляющее воздействие или не повлияло. Численность бактерий чернозема возрастала под влиянием низких уровней ЭМП (100 и 500 мкТл) на 148 и 141% (p<0,01), бактерий каштановой почвы (100 и 1000 мкТл) на 136 и 129% (p<0,05) соответственно, в то время как в варианте 500 мкТл наблюдалось подавление численности до 46% (p<0,05) от контроля. НЧ МП индукцией 1500 мкТл во всех вариантах оказало подавляющее воздействие на 18-61%, при этом наиболее сильное влияние отмечено на микромицеты чернозема обыкновенного.
Рис. 15. Влияние ЭМП (1-часовое) индукцией 1500 мкТл на микрофлору чернозема обыкновенного, % от контроля
Влияние постоянного магнитного поля. Сравнительный анализ влияния ПМП и НЧ МП и индукцией 6000 мкТл на бактерии и микромицеты в почве, почвенной суспензии и суспензии чистых культур Bacillus mycoides и Penicillum sp. показал, что и НЧ МП и ПМП практически одинаково влияет на бактерии (почва) – подавление на 44-57% (p<0,05), микромицеты (почва) – подавление на 41-56% (p<0,05), микромицеты (почвенная суспензия) – их обилие находится на уровне контроля.
Предполагается, что действие постоянного (ПМП) идет по иному механизму и способно накапливаться на каком-то биологическом уровне, минуя стадию первичных физических осцилляторов (Бинги, 2002). Считается, что биологическое действие ПМП в отличие от низкочастотных полей не выглядит, на первый взгляд, парадоксальным, поскольку отсутствуют кванты ЭМП, энергию которых можно было бы сравнить с энергией биохимических превращений.
7.2. Ферментативная активность почв
Влияние низкочастотных МП. Результаты исследований влияния НЧ МП (50 Гц) индукцией 1500 и 6000 мкТл (воздействие 5 суток) на активность ферментов показали, что каталаза и инвертаза почв юга России (чернозем обыкновенный, чернозем выщелоченный, бурая лесная, серая лесная и горно-луговая почва рендзина типичная, рендзина выщелоченная и серопески), значительно различающихся по генезису и свойствам, устойчивы к воздействию ЭМП исследованных уровней (рис. 16).
 |  | ||
| а) активность каталазы, мл О2/г | |||
 |  | ||
| б) активность инвертазы, мг глюкозы/1 г/24 часа | |||
 |  | ||
| в) активность дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г/24 часа | |||
Рис. 16. Влияние НЧ МП промышленной частоты (50 Гц), длительностью воздействия 5 суток на активность ферментов почв юга России
Активность каталазы находится на уровне контроля и характеризуется практически «нулевым» варьированием (рис. 16а). Активность инвертазы отличается большим варьированием, достоверных отличий от контроля нет (рис. 16б).
На активность дегидрогеназы бурой лесной почвы и серопесков (рис. 16в) отмечено подавляющее воздействие на 42-49% (p<0,05) и на 58-59% (p<0,05) соответственно. Подавляющее воздействие ЭМП индукцией 6000 мкТл отмечено также на активность дегидрогеназы чернозема выщелоченного и горно-луговой почвы, на 19 и 37% (p<0,05) соответственно.
Кратковременное (1-часовое) воздействие ЭМП частотой 50 Гц индукцией 100-2000 мкТл оказало незначительное подавляющее влияние на активность каталазы чернозема и не повлияло на активность фермента каштановой почвы. На активность инвертазы каштановой почвы самый низкий уровень из исследованных (100 мкТл), оказал стимулирующее влияние на 68% (p<0,01).
Влияние постоянного магнитного поля. Постоянное магнитное поле (ПМП) индукцией 6000 мкТл не оказало влияния на активность ферментов чернозема обыкновенного (рис. 17). Отмечено практически одинаковое подавляющее воздействие ПМП индукцией 15000 мкТл на активность каталазы и инвертазы, на 51% и 47% (p<0,01) соответственно.
Рис. 17. Влияние ПМП, длительностью воздействия 5 суток на активность ферментов чернозема обыкновенного
7.3. Фитотоксические свойства почв и состояние растений
Изучали влияние низкочастотного МП (50 Гц) и ПМП. В качестве тест-объектов использовали семена пшеницы и редиса. В первой серии экспериментов сухие семена пшеницы и редиса подвергали воздействию НЧ МП индукцией 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000, 1500 и 2000 мкТл, затем семена высаживали на фильтровальную бумагу и почву, при этом почву не подвергали воздействию МП. Во второй серии экспериментов семена редиса, не подвергавшиеся действию МП, высаживали в почву, затем чашки Петри с высаженными в почву семенами подвергали воздействию ЭМП частотой 50 Гц и ПМП индукцией 10, 50, 100, 200, 300, 500, 800 мкТл в течение 5 суток.
Первая серия экспериментов. 10-минутное воздействие НЧ МП на сухие семена пшеницы индукцией 5-2000 мкТл во всех вариантах не оказало достоверного влияния на показатели интенсивности начального роста: длину побегов и корней пшеницы как при прорастании на фильтровальной бумаге, так и на почве. В подавляющем большинстве вариантов также не отмечено достоверного изменения фитомассы корней и побегов пшеницы.
Реакция семян редиса характеризовалась бльшим разнообразием, особенно это проявилось при прорастании семян на фильтровальной бумаге, в отличие от прорастания на почве. В более чем половине случаев отмечен стимулирующий эффект на длину корней и побегов, особенно ярко это проявилось в варианте 250 мкТл – длина побегов выше контроля на 135% (p<0,05).
Вторая серия экспериментов. НЧ МП и ПМП не оказало достоверного влияния на показатели интенсивности начального роста редиса: длину побегов и корней (рис. 18).
 |  |
| а) длина побегов | б) длина корней |
Рис. 18. Влияние НЧ МП (50 Гц) и ПМП на прорастание семян редиса, % от контроля
Исключение отмечено в варианте с воздействием ПМП индукцией 300 мкТл, где стимуляция составила 101 и 104% (p<0,05) на длину побегов и корней соответственно. Как НЧ МП так и ПМП не оказало достоверного влияния на показатели прорастания: всхожесть, дружность, энергию и скорость прорастания.
Таким образом, в результате исследования влияния низкочастотного МП установлено следующее. Ферментативная активность 7 типов и 9 подтипов почв юга России, резко различающихся по генезису, свойствам, сельскохозяйственному использованию сходным образом реагирует на воздействие НЧ МП промышленной частоты (50 Гц). Каталаза и инвертаза всех исследованных почв устойчивы к воздействию НЧ МП индукцией 1500 и 6000 мкТл, в то время как активность дегидрогеназы бурой лесной почвы, серопесков и горно-луговой почвы несколько снижалась. По степени устойчивости к НЧ МП ферменты образовали следующий ряд: каталаза > инвертаза > дегидрогеназа. НЧ МП оказало различное влияние на микрофлору резко отличающихся по свойствам почв, а именно, не повлияло на микрофлору бурой лесной почвы и микромицеты серопесков. В остальных случаях отмечено различное подавляющее воздействие.
В целом для микроорганизмов можно построить следующие ряды устойчивости: бактерии: бурая лесная почва>рендзина типичная>чернозем обыкновенный>серопески; микромицеты: бурая лесная почвасеропески>чернозем обыкновенный>рендзина типичная. Толерантность разных групп микроорганизмов к НЧ МП зависит от типа почвы, а устойчивость ферментативной активности практически не зависит. Обобщив изменение показателей биологической активности к низкочастотному МП можно ранжировать почвы по степени устойчивости их биологических свойств: бурая лесная почва>чернозем обыкновенный >рендзина типичная >серопески.
Глава 8. Экологические закономерности изменения биологических свойств почв под влиянием электромагнитных полей
8.1. Использование различных показателей в целях биомониторинга и биодиагностики воздействия ЭМП на почву
Для оценки возможности использования показателей биологической активности в биоиндикации и биомониторинге электромагнитного воздействия (ионизирующей и неионизирующей природы) на почву мы основывались на 2-х основных параметрах – это чувствительность показателя и его информативность (см. Раздел 3.4).
Влияние гамма-излучения. Ранжирование биологических показателей по чувствительности к гамма-излучению имеет вид: микромицеты>бактерии-аммонификаторы>споровые бактерии>Azotobacter>дыхание (субстрат глюкоза)>дегидрогеназа>инвертаза>каталазагумус (табл. 4).
Ранжирование биологических показателей по информативности имеет вид: каталаза>Azotobacter>дегидрогеназаспоровые бактерии>бактерии-аммонификато-ры>дыхание (субстрат глюкоза)>микромицеты>инвертаза>гумус.
Таблица 4
Оценка пригодности показателей биологической активности
для биоиндикации влияния гамма-излучения на почву
| Показатель | Чувствительность показателя (% от контроля)* | Информа- тивность, r** | Пригодность для биоиндикации*** |
| Микромицеты | 12 | 0,70 | +++ |
| Бактерии-аммонификаторы | 27 | 0,80 | ++ |
| Споровые бактерии | 35 | 0,90 | ++ |
| Azotobacter | 52 | 0,97 | ++ |
| Дыхание (глюкоза) | 65 | 0,80 | + |
| Дегидрогеназа | 79 | 0,90 | + |
| Инвертаза | 89 | 0,20 | – |
| Каталаза | 90 | 0,98 | + |
| Гумус | 98 | 0,06 | – |
| Примечание: *усреднено по дозам; ** r - коэффициент корреляции; *** - степень пригодности в качестве биоиндикаторов: +++ подходит наилучшим образом; ++ подходит; + подходит с оговорками; – не подходит | |||
Анализируя чувствительность и информативность показателей биологической активности чернозема под влиянием гамма-излучения можно отметить следующие особенности и закономерности.
Микробиологические показатели. Обилие микроскопических грибов – наиболее чувствительный показатель к гамма-излучению. Спорообразующие бактерии занимают 3-е место в ряду чувствительности и согласно литературным данным они являются наиболее радиорезистентной группой среди других микроорганизмов. Для бактерий рода Azotobacter доза 20 КГр оказалась стерилизующей, под влиянием этой дозы они не восстанавливаются и через 180 суток. Все остальные группы микроорганизмов, даже микромицеты (пусть и доли процентов), обнаруживались под влиянием этой дозы и в различной степени восстанавливали свою численность спустя 3-180 суток.
Биохимические показатели и содержание гумуса. Дыхание почвы, определяемое по обычной методике (субстрат - вода), проявил себя малоинформативным показателем, а дыхание, определяемое по методике с использование в качестве субстрата раствора глюкозы, оказался довольно чувствительным. Активность дегидрогеназы оказалась наиболее чувствительным показателем ферментативной активности из исследованных ферментов. Активность инвертазы отличалась значительным варьированием, как в облученной почве, так и в экспериментах по восстановлению, в большинстве вариантов достоверно не отличалась от контрольных значений. Изменение активности каталазы показало, что этот фермент наиболее устойчив к воздействию гамма-излучения. Содержание гумуса – наиболее консервативный и устойчивый показатель из всех исследованных.
Сравнивая ряды чувствительности и информативности исследованных показателей (табл. 4), можно оценить степень их пригодности для биоиндикации влияния гамма-излучения на почву. Для большинства показателей ряд чувствительности совпадает с рядом информативности. Активность инвертазы и содержание гумуса обладают наименьшими значениями по информативности, что коррелирует с их низкими показателями и по чувствительности. Активность каталазы «выбивается» из общей закономерности, этот показатель занимает 1-е место по информативности (r = 0,98), но предпоследнее по чувствительности.
Влияние рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение исследованных «малых доз» или не оказало влияния на показатели биологической активности, такие как: обилие бактерий рода Azotobacter, активность дегидрогеназы и инвертазы или оказало стимулирующее воздействие: на активность каталазы, численность бактерий-аммонификаторов и споровых бактерий. В данном случае мы полагаем, что можно говорить о стимулирующем влиянии «малых доз» рентгеновского излучения, которое проявилось как на микроорганизмах, так и на ферментативной активности.
Таким образом, для биодиагностики влияния ионизирующего излучения на почву невозможно предложить универсальные биоиндикаторы, которые бы реагировали на воздействие независимо от дозы. На примере «сильных доз» гамма-излучения наиболее подходят показатели микробиологической активности, которые проявили себя и как более чувствительные и более информативные в отличие от биохимических показателей и содержания гумуса. По чувствительности ряд микробиологических показателей к гамма-излучению имеет вид: микромицеты>бактерии-аммонификаторы>споровые бактерии> Azotobacter. Ряд чувствительности биохимических показателей: дыхание (субстрат глюкоза)>дегидрогеназа>инвертаза>каталаза>
гумус. Из всех показателей биологической активности наиболее радиочувствительный – это обилие микроскопических грибов, наиболее устойчивый – содержание гумуса. Для исследованных «малых» доз рентгеновского излучения не представляется возможным предложить биоиндикаторы, ввиду отсутствия их чувствительности.
Влияние СВЧ-излучения. Ранжирование показателей биологической активности по чувствительности и информативности имеет следующий вид.
Ряды показателей биологической активности по чувствительности:
Чернозем обыкновенный: дегидрогеназаза>инвертаза>каталаза>микромицеты>
бактерии-аммонификаторы>споровые бактерии.
Каштановая почва: микромицеты>бактерии-аммонификаторыинвертаза>
каталаза.
Бурая лесная почва: бактерии-аммонификаторы>микромицеты>инвертаза>
каталаза>споровые бактерии >дегидрогеназа.
Серопески: бактерии-аммонификаторы>микромицеты>каталаза>споровые бактерии>дегидрогеназа>инвертаза.
Ряды показателей биологической активности по информативности:
Чернозем обыкновенный: каталазамикромицеты>споровые бактерии>
дегидрогеназаинвертаза.
Каштановая почва: бактерии-аммонификаторы>микромицеты>каталаза>
инвертаза.
Бурая лесная почва: каталаза>инвертаза>микромицетыспоровые бактерии> бактерии-аммонификаторы.
Серопески: микромицеты>споровые бактерии>каталаза.
Анализируя ряды чувствительности и информативности показателей биологической активности почв юга России к воздействию СВЧ-излучения мощностью 800 Вт, можно выделить следующие закономерности. Для каштановой почвы, бурой лесной почвы и серопесков наибольшую чувствительность проявили показатели микробиологической активности, а для чернозема – показатели ферментативной активности. Для СВЧ-излучения меньшей мощности (450 Вт) показатели ферментативной активности не чувствительны и неинформативны. Результирующий ряд чувствительности показателей ферментативной активности к СВЧ-излучению мощностью 800 Вт (с некоторой долей обобщения) имеет вид: бурая леснаякаштановая>чернозем обыкновенный>серопески; показателей микробиологической активности: бурая лесная>каштановая>серопески> чернозем обыкновенный.
Влияние низкочастотного магнитного поля. Ранжирование показателей биологической активности по чувствительности и информативности для исследованных почв к воздействию НЧ МП представлено в таблице 5.
Ряды показателей биологической активности по чувствительности:
Чернозем обыкновенный: бактерии>микромицеты>инвертазакаталаза>
дегидрогеназа.
Рендзина типичная: микромицеты>бактерии>инвертазакаталаза>
дегидрогеназа.
Бурая лесная почва: дегидрогеназа>микромицетыкаталаза>инвертаза>
бактерии.
Серопески: бактерии>дегидрогеназа>микромицеты>инвертаза>каталаза.
Таблица 5
Оценка пригодности показателей биологической активности
для биоиндикации влияния низкочастотных МП на почву
| Показатель | Чернозем обыкновенный | Рендзина типичная | Бурая лесная почва | Серопески | ||||||||
| Ч, % | И, r | *** | Ч, % | И, r | *** | Ч, % | И, r | *** | Ч, % | И, r | *** | |
| Бактерии | 43 | -0,70 | + | 69 | -0,70 | + | 121 | 0,30 | – | 18 | -0,80 | + |
| Микромицеты | 67 | -0,90 | + | 18 | -0,70 | + | 91 | -0,86 | + | 80 | -0,96 | + |
| ДГ | 111 | -0,13 | – | 101 | -0,70 | – | 55 | -0,80 | + | 42 | -0,70 | + |
| Инвертаза | 96 | -0,97 | – | 80 | -0,90 | + | 103 | -0,50 | – | 105 | 0,70 | – |
| Каталаза | 99 | -0,99 | – | 98 | -0,90 | – | 97 | -0,90 | – | 110 | -0,40 | – |
| ДГ – дегидрогеназа; Ч, % - чувствительность показателя, значения усреднены по дозам, в % в контролю; И, r – информативность показателя, r – коэффициент корреляции; *** - степень пригодности в качестве биоиндикаторов: + подходит; – не подходит. | ||||||||||||
Ряды показателей биологической активности по информативности:
Чернозем обыкновенный: каталаза>инвертаза>микромицеты>бактерии>
дегидрогеназа.
Рендзина типичная: каталазаинвертазамикромицетыбактерии
дегидрогеназа.
Бурая лесная почва: каталаза>микромицеты>дегидрогеназа>инвертаза.
Серопески: микромицеты>бактерии>дегидрогеназа>каталаза.
Анализируя ряды чувствительности и информативности показателей биологической активности почв юга России к воздействию низкочастотного МП, можно выделить следующие закономерности. Показатели микробиологической активности проявили себя как более чувствительные, хотя однозначной закономерности не выявлено. Наибольшая чувствительность отмечена для чернозема обыкновенного и рендзины типичной, меньшая – для серопесков. Несколько «выбивается» из общей картины бурая лесная почва, у которой показатель численности бактерий-аммонификаторов занимает последнее место в ряду чувствительности.
Исследованные почвы, различающиеся в десятки раз по ферментативной активности по шкале Д.Г. Звягинцева (1978) от очень бедных (серопески) до очень богатых (рендзина типичная, горно-луговая почва), резко различающиеся по генезису, биологическим и другим свойствам, сельскохозяйственному использованию сходным образом реагируют на воздействие низкочастотного магнитного поля. Показатели ферментативной активности проявили себя как малочувствительные и в большинстве случаев мало информативные, что делает их непригодными для биоиндикации влияния НЧ МП на почву. В большинстве случаев ферменты устойчивы к воздействию НЧ МП или отмечали стимулирующий эффект МП (рендзина выщелоченная).
По степени устойчивости к НЧ МП ферменты (с определенной долей обобщения) образовали следующий ряд: каталаза > инвертаза > дегидрогеназа. Для микроорганизмов ряды устойчивости имеют вид: бактерии: бурая лесная почва>рендзина типичная>чернозем обыкновенный>серопески; микромицеты: бурая лесная почва>серопески>рендзина типичная>чернозем обыкновенный. НЧ МП и ПМП одинаковых уровней индукции сходным образом влияют на биологические свойства чернозема обыкновенного. Ферменты устойчивы к воздействию, для микроорганизмов наблюдается подавляющий эффект.
8.2. Интегральная оценка устойчивости почв юга России к воздействию ЭМП
Для суждения о биологической активности почвы недостаточно какого-либо одного показателя, т. к. каждый из них отражает лишь какую-то одну сторону биологических и биохимических процессов в почве. Поэтому о биологической активности и биологическом состоянии почвы можно судить, только если используется широкий набор показателей ее состояния, каждый из которых отражает лишь одну сторону биологических и биохимических процессов в почве (Колесников и др., 2000, 2001; Казеев и др., 2003). Для объединения различных показателей была использована методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС), разработанная на кафедре экологии и природопользования ЮФУ (РГУ) (Вальков и др., 1999; Колесников и др., 2000, 2001; Казеев и др., 2003). В настоящем исследовании мы рассчитывали ИПБС по 5-ти показателям биологической активности: численность бактерий-аммонификаторов, обилие микромицетов, активность каталазы, инвертазы и дегидрогеназы.
Влияние гамма-излучения. Непосредственно после воздействия -излучения отмечено достоверное снижение ИПБС в зависимости от дозы на 23, 41, 49 и 50% соответственно (рис. 19). Это показывает высокую степень негативного влияния -излучения на биологические свойства почвы. Через 3-е суток инкубирования облученных почвенных образцов происходит некоторое повышение ИПБС, т.е. происходит восстановление почвы, уровень которого остается примерно одинаковым и через 30-180 суток. Через 90 суток в варианте с дозой 1 КГр происходит полное восстановление биологических параметров до уровня контроля, которое сохраняется и в дальнейшем. Интересно отметить, что через 180 суток инкубации значение ИПБС в вариантах с дозами 5, 10 и 20 КГр, которое повышалось через 3 и 30 суток, вновь снижается и остается низким и практически одинаковым для 3-х доз. Таким образом, даже спустя 180 суток после облучения, почва, инкубированная в оптимальных условиях не восстановила свои биологические параметры, ИПБС остается ниже контроля на 34-44%.
Рис. 19. Изменение ИПБС чернозема обыкновенного под влиянием -излучения
и через 3-180 суток после воздействия, % от контроля
Влияние НЧ МП и СВЧ-излучения. По устойчивости к СВЧ-излучению по степени снижения ИПБС (усреднено по времени воздействия) почвы юга России образовали следующий ряд: серопески>чернозем>каштановая почвабурая лесная почва (табл. 6, рис. 20). По устойчивости к низкочастотному магнитному полю по степени снижения ИПБС (усреднено по уровню МП) почвы Юга России образовали ряд: бурая лесная почва>чернозем обыкновенный>рендзина типичнаясеропески (табл. 6, рис. 21).
Таким образом, мы видим общую закономерность для чернозема, который в обоих рядах устойчивости занимает «второе» место в обоих рядах устойчивости, хотя значения ИПБС – различны, 83 – для низкочастотного МП и 102 – для СВЧ-излучения. И в то же время мы наблюдаем прямо противоположную закономерность реакции других почв на электромагнитное воздействие, в частности, бурой лесной почвы и серопесков. Серопески по степени изменения ИПБС наиболее устойчивы к СВЧ-излучению, но наименее – к низкочастотному МП. А бурая лесная почва – наоборот, наиболее устойчива к НЧ МП и наименее – к СВЧ-излучению.
Рис. 20. Изменение ИПБС почв под влиянием влияние СВЧ-излучения
мощностью 800 Вт, % от контроля
Рис. 21. Изменение ИПБС почв под влиянием НЧ МП (50 Гц), % от контроля
Таблица 6
Результирующие ряды устойчивости исследованных почв
к воздействию ЭМП
| СВЧ-излучение 800 Вт | Низкочастотное МП |
| Активность ферментов | |
| cеропески>чернозем обыкновенныйкаштановая >бурая лесная | все исследованные почвы устойчивы: чернозем (обыкновенный, выщелоченный), бурая и серая лесная почва, рендзина (типичная, выщелоченная), горно-луговая почва* |
| Микрофлора (в целом) | |
| чернозем обыкновенный> cеропески >каштановая >бурая лесная | бурая лесная >рендзина типичная >cеропески чернозем обыкновенный |
| Численность бактерий | |
| чернозем обыкновенный>каштановая> cеропески>бурая лесная | бурая лесная >рендзина типичная >чернозем обыкновенный >cеропески |
| Обилие микромицетов | |
| чернозем обыкновенный> cеропески >бурая лесная >каштановая | бурая лесная >cеропески >рендзина типичная >чернозем обыкновенный |
| Интегральная оценка (по ИПБС) | |
| cеропески>чернозем обыкновенный>каштановая >бурая лесная | бурая лесная >чернозем обыкновенный>рендзина типичная>cеропески |
| * Примечание: по активности дегидрогеназы устойчивость некоторых почв отличается (см. раздел 7.2) | |
Кроме того, что ряды устойчивости почв получились различные для СВЧ-излучения и НЧ МП можно отметить еще одну особенность. Для НЧ МП отличия в значениях ИПБС для исследованных 4-х типов почв не слишком значительны как между уровнями МП (8-18%), так и между исследованными почвами. В то время как для СВЧ-излучения, значения ИПБС различаются более значительно как между различными вариантами внутри одной почвы (до 52% у бурой лесной почвы), так и между исследованными почвами – максимальное отличие оставляет 133% (!) между серопесками и каштановой почвой.
8.4. Подходы к нормированию электромагнитного воздействия на почву
До настоящего времени ПДУ для оценки воздействия ЭМП на окружающую среду в целом не разработаны ни в одной стране мира. Единственным объектом живой природы, для которого разработаны и внедрены соответствующие ПДУ как в России, так и за рубежом, является человек (Бинги, 2002; Григорьев и др., 2003; Рубцова и др., 2010). Экологические стандарты в отношении предельно допустимого воздействия ИИ на компоненты агроэкосистем, в настоящее время также отсутствуют (Удалова и др., 2010).
В работах С.И. Колесникова с соавторами (2001, 2002, 2006) и в наших совместных исследованиях (Колесников и др., 2007, 2010, 2011) предложены схемы нормирования антропогенного воздействия на почву (на примере химического загрязнения). Установлено, что нарушение экологических функций почвы происходит в определенной очередности. В качестве критерия степени нарушения экологических функций почвы, предложено использовать интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы. Если значения ИПБС уменьшаются менее чем на 10%, то почва выполняет свои основные экологические функции полноценно.
Используя методику расчета ИПБС, мы разработали и предлагаем возможные подходы к нормированию воздействия ЭМП на почву (на примере низкочастотного магнитного поля промышленной частоты) (табл. 7).
Таблица 7
Схема экологического нормирования электромагнитного воздействия
на почву по степени нарушения экологических функций
(на примере низкочастотного магнитного поля)
| Почвы | Не загрязненные | Слабо- загрязненные | Средне- загрязненные | Сильно- загрязненные |
| Степень снижения интегрального показателя1 | < 5 % | 5–10 % | 10–25 % | > 25 % |
| Нарушаемые экологические функции2 | – | Информационные | Химические, физико-химические, биохимические; целостные | Физические |
| Влияние низкочастотного магнитного поля промышленной частоты (50 Гц), мкТл | ||||
| Чоб | < 54,3 | 54,3-174,5 | 174,5-561,2 | > 561,2 |
| Бл | < 77 | 77-902 | 902-10585,9 | > 10585,9 |
| Дк | < 122,8 | 122,8-248,4 | 248,4-2053,8 | > 2053,8 |
| Сп | < 101,6 | 101,6-205,6 | 205,6-1703,5 | > 1703,5 |
| 1. Определение интегрального показателя по С.И. Колесникову, К.Ш. Казееву, В.Ф. Валькову (2000). 2.Классификация экологических функций по Г.В. Добровольскому и Е.Д. Никитину (1990). Чоб – чернозем обыкновенный; Бл – бурая лесная; Дк – дерново-карбонатная; Сп – серопески | ||||
Таким образом, экологически безопасными уровнями воздействия низкочастотного магнитного поля на почву являются следующие (табл. 7): для чернозема обыкновенного – 174,5 мкТл; для бурой лесной почвы – 902 мкТл; для дерново-карбонатной почвы (рендзины типичной) – 248,4 мкТл; для серопесков – 205,6 мкТл.
ВЫВОДЫ
- Электромагнитные поля ионизирующей и неионизирующей природы оказывают различное воздействие на биологические свойства почв разного генезиса и свойств. Реакция организмов и их метаболитов зависит от природы электромагнитного воздействия, 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.
- Показатели биологической активности чернозема обыкновенного по радиочувствительности к воздействию гамма-излучения («сильные дозы») образовали следующий ряд: микромицеты>бактерии-аммонификаторы>споровые бактерии>бактерии-амилолитики>бактерии рода Azotobacter>дыхание (субстрат глюкоза)>дегидрогеназа>дыхание (субстрат вода)инвертаза>каталаза>ско-рость разложения мочевиныгумус.
- В оптимальных условиях влажности и температуры в экспериментах по восстановлению облученного чернозема восстановление как микробиологических показателей, так показателей ферментативной активности носит нелинейный характер. Таким образом, нельзя однозначно сказать, что с увеличением времени инкубации происходит восстановление биологических свойств почвы. Для микрофлоры это проявилось более ярко по сравнению с активностью ферментов.
- Рентгеновское излучение («малые дозы») оказало стимулирующее влияние на показатели биологической активности чернозема, которое отразилось как на микроорганизмах, так и на ферментативной активности.
- Ряды устойчивости почв к СВЧ-излучению по показателям биологической активности образовали следующие ряды: а) активность ферментов: серопески>чернозем обыкновенныйкаштановая почва>бурая лесная почва; б) микробиологические показатели: чернозем обыкновенный>серопески>каштановая почва>бурая лесная почва.
- Под влиянием низкочастотных магнитных полей численность почвенных микроорганизмов в большинстве случаев снижалась, показатели ферментативной активности, роста и развития растений — не изменялись, либо снижались незначительно.
- Ферментативная активность почв юга России, резко различающихся по генезису, свойствам, сельскохозяйственному использованию: чернозем (обыкновенный, выщелоченный), каштановая, серая лесная, бурая лесная, горно-луговая, дерново-карбонатная (типичная, выщелоченная) почва и серопески, сходным образом реагирует на воздействие низкочастотного МП (50 Гц). По степени устойчивости к НЧ МП ферменты образовали следующий ряд: каталаза > инвертаза > дегидрогеназа.
- Микроорганизмы, в отличие от ферментативной активности, более разнообразно реагируют на воздействие низкочастотного магнитного поля. В большинстве случаев низкочастотное МП оказало подавляющее воздействие на микрофлору почв. Толерантность разных групп микроорганизмов к электромагнитному воздействию зависит от типа почвы. Получены следующие ряды устойчивости: а) бактерии: бурая лесная почва>рендзина типичная>чернозем обыкновенный>серопески; б) микромицеты: бурая лесная почва>серопески>рендзина типичная>чернозем обыкновенный.
- Комплексную оценку электромагнитного воздействия на почву целесообразно давать, используя интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС). По степени снижения ИПБС ряды почв юга России по их устойчивости имеют вид: а) к низкочастотному магнитному полю: бурая лесная почва>чернозем обыкновенный>рендзина типичная>серопески; б) к СВЧ-излучению: серопески>чернозем обыкновенный>каштановая почва>бурая лесная почва.
- Отличия в реакции разных почв на СВЧ-излучение проявляются в гораздо бльшей степени по сравнению с откликом почвы на воздействие низкочастотного МП. Для НЧ МП различия в значениях ИПБС между уровнями составляют 8-18%, между почвами – 2-22%. Для СВЧ-излучения различия составляют 6-52% (по времени воздействия) и 2-87% (между почвами).
- Для биодиагностики влияния ЭМП на почву невозможно предложить универсальные биоиндикаторы, которые бы реагировали на воздействие независимо от уровня (дозы) и природы излучения. Высокая чувствительность и информативность к электромагнитному воздействию характерна для микрофлоры, обычно микроскопических грибов. Показатели ферментативной активности являются более устойчивыми и менее информативными. Содержание гумуса и показатели прорастания (тест-объектов) не чувствительны и неинформативны.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
Всего опубликовано 117 работ, основные из которых следующие:
Статьи, опубликованные в изданиях из перечня ВАК РФ
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние гамма-излучения на биологические свойства почвы (на примере чернозема обыкновенного) // Почвоведение. 2005. № 7. С. 877-881.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Восстановление ферментативной активности чернозема после воздействия -излучения // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. № 1. С. 89-93.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств чернозема обыкновенного после воздействия гамма-излучения // Почвоведение. 2007. № 9. С. 1095-1103.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Влияние переменного и постоянного магнитных полей на биоту и биологическую активность чернозема обыкновенного // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. №. 3. С. 345-348.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Радиочувствительность разных групп микроорганизмов чернозема обыкновенного к гамма-излучению // Экология. 2008. № 2. С. 110-115.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Устойчивость ферментативной активности и численности микрофлоры разных почв юга России к воздействию переменного магнитного поля промышленной частоты // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48. № 4. С. 481-486.
- Денисова Т.В., Колесников С.И. Влияние СВЧ-изучения на ферментативную активность и численность микроорганизмов почв юга России // Почвоведение. 2009. № 4. С. 479-483.
- Тащиев С.С., Денисова Т.В. Прикладные аспекты применения СВЧ-излучения в микробиологических исследованиях // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2010. № 5. С. 72-74.
- Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Денисова Т.В. Методология нормирования химического загрязнения почв на основе нарушения их экологических функций // Экология и промышленность России. 2007. № 11. С. 48-51.
- Денисова Т.В., Капралова О.А., Козина А.А., Бабаян К.С., Крапивина А.Ю. Чувствительность и информативность показателей эколого-биологического состояния почв под влиянием электромагнитных полей // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2011. № 1. С. 63-64.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Изменение ферментативной активности и фитотоксических свойств почв юга России под влиянием СВЧ-излучения // Агрохимия. 2011. № 4. С. 77-82.
Монографии
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Устойчивость микроорганизмов и биологической активности чернозема обыкновенного к ионизирующему излучению. Ростов-на-Дону: Изд-во «Ростиздат». 2007. 117 с.
- Казеев К.Ш., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биогеография и биодиагностика почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Ростиздат», 2007. 226 с.
- Вальков В.Ф., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Кузнецов Р.В. Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологические аспекты. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2008. 412 с.
Статьи на английском языке
- Denisova T.V., Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I. and Val'kov V.F. The Influence of Gamma Radiation on the Biological Properties of Soil (Using the Example of Ordinary Chernozem) // Eurasian Soil Science. Vol. 38. N 7. 2005. P. 776-779.
- Denisova T.V., Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I., Valkov V.F. Changes in the biological properties of an ordinary chernozem to gamma radiation // Eurasian Soil Science. 2007. Vol. 40. N 9. P. 978-985.
- Denisova T.V., Kazeev K.Sh. Sensitivity of some groups of ordinary chernozem soil microorganisms to -irradiation // Russian Journal of Ecology. 2008. Vol. 2. N 2. P. 99-104.
- DenisovaT.V., Kolesnikov S.I. The influence of super-hight-frequency radiation on the enzyme activity and number of microorganisms in soils of southern Russia // Eurasian Soil Science. 2009. N 4. P. 479-483.
Учебно-методические пособия
- Денисова Т.В. Радиоэкология: Часть 1. Учебно-методическое пособие для студентов вузов. Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2006. 39 с.
- Денисова Т.В. (автор-составитель). Радиоэкология. Курс лекций. Учебное пособие для студентов вузов. Ростов-на-Дону: УПЛ ЮФУ, 2007. 48 с.
- Денисова Т.В. Радиоактивное загрязнение почв / Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для студентов вузов. 2-е изд-е. М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издат. Центр, «МарТ», 2006. 496 с. Раздел 4.3.10. С. 486-489.
Статьи и тезисы в других изданиях
- Денисова Т.В. Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв / Мат-лы молодежн. научн. конф. «Экологические проблемы в сельском хозяйстве». пос. Персиановский. 2002. С. 24.
- Денисова Т.В. Влияние переменного магнитного поля промышленной частоты дозой 1500 мкТл на биологическую активность чернозема / Экология и биология почв Юга России. Вып. II. Ростов н/Д: Изд-во ЦВВР, 2003. С. 81-84.
- Денисова Т.В. Сравнительная оценка влияния переменного и постоянного магнитных полей индукцией 6000 мкТл на биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология и биология почв. Мат-лы Междунар. научн. конф. Ростов н/Д: Изд-во ЦВВР, 2004. С. 105-108.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Динамика изменения численности микрофлоры чернозема обыкновенного после воздействия гамма-излучения // Экология и биология почв. Мат-лы Междунар. научн. конф. Ростов н/Д: Изд-во ЦВВР, 2004. С. 108-114.
- Денисова Т.В. Влияние загрязнения электромагнитным излучением на микрофлору чернозема обыкновенного / Тезисы Международной научной конф. «Современные проблемы загрязнения почв». Москва, ф-т почвоведения МГУ, 2004. С. 352-353.
- Денисова Т.В. Изменение биологических свойств почв под влиянием магнитных полей и СВЧ-излучения / Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. Раздел 7.8. С. 280-292.
- Денисова Т.В. Изменение биологических свойств чернозема под влиянием гамма-излучения и динамика их восстановления после воздействия гамма-излучения / Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. Раздел 7.9. С. 292-306.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Влияние ионизирующего излучения на биологическую активность чернозема обыкновенного / Почвы – национальное достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов: В 2-х кн. Новосибирск: Наука-Центр, 2004. Кн. 1. С. 614.
- Денисова Т.В. Влияние СВЧ-излучения на активность ферментов чернозема обыкновенного, бурой лесной почвы и серопесков // Экология и биология почв. Мат-лы Междунар. научной конф. Ростов н/Д: Изд-во Росиздат, 2005. С. 150-155.
- Денисова Т.В. О применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике электромагнитного загрязнения почв // Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации. Мат-лы Междунар. научной конф. Ростов н/Д: Ростиздат, 2006. С. 151-154.
- Денисова Т.В. Оценка устойчивости некоторых почв Северо-Кавказкого региона к электромагнитному воздействию // Экономические и социально-экологические преобразования в системе устойчивого развития Северо-Кавказского региона. Сборник мат-лов межрегиональной научно-практ. конф. Майкоп: Качество, 2006. С. 312-314.
- Денисова Т.В. Влияние переменного магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) на биологические свойства рендзин // Сборник трудов III-й научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов н/Д: Изд-во «Ростиздат», 2005. С. 89-90.
- Денисова Т.В. Влияние рентгеновского излучения на численность микрофлоры чернозема обыкновенного / Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы. Мат-лы Всероссийской конф. Воронеж: ВГУ, 2006. С. 280-281.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Устойчивость ферментативной активности почв Юга России к электромагнитному загрязнению / Сб. мат-лов II Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». Москва: МГУ, 2007. Т. 2. С. 46-49.
- Денисова Т.В. Изменение биологических свойств почв Юга России под влиянием электромагнитных полей / Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева, 18-23 августа 2008 г. / ЗАО «Ростиздат». Ростов-на-Дону, 2008. С. 285.
- Денисова Т.В. Разработка методологических основ оценки электромагнитного воздействия на почву при помощи биологических индикаторов // Тезисы докл. I Всероссийской научно-практич. конф. «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям». М.: МАКС Пресс. 2008. С. 190-191.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Подходы к интегральной оценке воздействия электромагнитных полей на биологические свойства почв / VI Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность): Тезисы докладов Т. II (секции VIII-XIV). М.: РУДН, 2010. С. 170.
- Денисова Т.В. Использование различных показателей в целях биомониторинга и биодиагностики электромагнитного воздействия на почву // Биологическая диагностика экологического состояния почв Юга России / Отв. редактор К.Ш. Казеев. Ростов-на-Дону. Изд-во «Эверест», 2010. С. 37-56.
- Вальков В.Ф., Денисова Т.В., Казадаев А.А. Зоологические аспекты плодородия почвы // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2009. № 5. С. 83-84.
- Колесников С.И., Тлехас З.Р., Татлок Р.К., Казеев К.Ш., Денисова Т.В., Даденко Е.В. Оценка устойчивости дерново-карбонатных почв Северного Кавказа к химическому загрязнению по биологическим показателям // Экология и промышленность России. 2010. № 12. С. 48-51.
- Колесников С.И., Пономарева С.В., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение эколого-биологических свойств чернозема обыкновенного при загрязнении Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W // Агрохимия. 2011. № 1. С. 81-89.
- Denisova T.V. Postradiating restoration of ammonifying bacteria of chernozem ordinary in modelling experiment / Materials of The World Congress of Soil Science. Philadelfia, USA. 2006. P. 414.
- Denisova T.V. Effect of magnetic fields by frequency of 50 Hz by induction of 6000 mkTl on biological properties of chernozem ordinary / 13th International Symposium: Environmental pollution and its impact on life in the Mediterranean region, October 8-12, Thessaloniki, Greece. 2005. P. 244.
- Denisova T.V., Kazeev K.Sh. Effect of acute gamma-radiation on biological properties of chernozem ordinary / 13th International Symposium: Environmental pollution and its impact on life in the Mediterranean region, October 8-12, Thessaloniki, Greece. 2005. P. 245.
- Denisova T.V. Bioindication of electromagnetic pollution of soils / Abstracts of The 14th International symposium on environmental pollution and its impact on life in the Mediterranean region with focus on environment and health. Sevilla. Spain. 2007. P. 202.
- Denisova T.V., Kolesnikov S.I. Application of the method of magnetic permeability in soil – ecological researches / Abstracts of The 14th International symposium on environmental pollution and its impact on life in the Mediterranean region with focus on environment and health. Sevilla. Spain. 2007. P. 425.
- Denisova T.V. Changes of biological properties of soils the South of Russia under influence of electromagnetic fields / Abstracts of The Eurosoil Symposium. Vienna. Austria. 2008. P. 192.
- Denisova T.V., Kolesnikov S.I. Influence of electromagnetic pollution on biological properties of soils of the South of Russia / 15th International Symposium on Environmental pollution and its impact on life in the Mediterranean Region. October 7-11. 2009. Bari, Italy. P. 437.
- Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Интегральная оценка влияния электромагнитных излучений различной природы на биологические свойства почв юга России // Почвоведение. 2011 - в печати.
Список сокращений
Гр – Грей (единица измерения поглощенной дозы ИИ)
Гц – Герц (единица измерения частоты)
ИИ – ионизирующее излучение
ИПБС - интегральный показатель биологического состояния почвы
НЧ МП – низкочастотное магнитное поле
ПДУ – предельно допустимый уровень
ПМП – постоянное магнитное поле
ПЧ – промышленная частота
Тл – Тесла (единица измерения магнитной индукции)
ЭМП (ЭМИ) – электромагнитное поле (излучение)
