Влияние сочетанного воздействия оксида никеля и переменных магнитных полей на изменение биологических свойств чернозема солонцеватого полуострова Крым

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ СОЧЕТАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКСИДА НИКЕЛЯ И ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА СОЛОНЦЕВАТОГО ПОЛУОСТРОВА КРЫМ

Минникова Татьяна Владимировна

Денисова Татьяна Викторовна

Колесников Сергей Ильич

Трушков Анатолий Владимирович

Почва является важнейшим звеном в сложной цепи биогеоценотических систем, обладая высокой сорбционной способностью по отношению к макроколичествам химических веществ и физических факторов. Учитывая современные темпы роста производства областей промышленности, воздействие на почвы комплекса загрязняющих факторов в настоящее время является одной из приоритетных экологических проблем. Почва это основополагающий элемент сельского хозяйства, экономической ситуации и здоровья населения. Химическое загрязнение тяжелыми металлами, аккумулирующимися в почве, способно приводить к изменению показателей биологической активности почв и структурным нарушениям почв. На распределение тяжелых металлов влияют формы тяжелых металлов, морфологические особенности почв, содержание органического вещества, величина рН и др. а также отсутствие периода разложения, в отличие от хлороорганических пестицидов, бенз(а)пирена. Поэтому связанные с почвенными частицами соединения тяжелых металлов, представляют длительную опасность для живых организмов. Одним из главных физических факторов, воздействующих на жизнедеятельность человека и биоты, являются электромагнитные поля (ЭМП) промышленной частоты (50 Гц).

Биологическое действие ЭМП на биоту является одной из самых актуальных и принципиальных проблем биофизики неионизирующих излучений. Воздействие физических (электромагнитных полей) и химических факторов на почву и ее биологические свойства было исследовано многими исследователями. При этом комплексное воздействие физических и химических факторов на биологические свойства почв было исследовано в отдельных работах. Проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды в 1995 году включена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в перечень наиболее приоритетных задач для человечества. В рамках этой проблемы ВОЗ реализует международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project). Крымский полуостров является уникальным природным объектом, на котором расположены единственные в своем роде почвы и природные экосистемы: коричневые почвы сухих дубовых и фисташковых лесов и можжевелового редколесья (горный Крым), сверхмощные черноземы южные (каштановые) южно-европейской фации под виноградниками (степной Крым), рендзины горных лесов и лугов, реликтовые терра-росса (южное побережье Крыма) и другие. Особая роль в экономическом и рекреационном развитии региона уделена черноземам, занимающими площадь более 1 млн. 100 тыс. га (45% площади полуострова) предгорного Крыма. На Керченском полуострове на майкопских и сарматских глинах, а в предгорье - на аптских глинах меловой системы сформировались солонцеватые слитые остаточно-засоленные глинистые черноземы. Они распространены на площади свыше 64 тыс. га. Эти объекты требуют особого изучения и охраны для устойчивого развития региона. Устойчивость почв региона и его наземных экосистем к сочетанному химическому загрязнению и воздействию электромагнитных полей пока еще мало изучена. Целью настоящей работы было исследование влияния сочетанного загрязнения никелем и переменным магнитным полем промышленной частоты на биологические свойства чернозема солонцеватого полуострова Крым. Объектом исследования был чернозем солонцеватый южно-европейской фасции карбонатный мощный среднегумусный слабосолонцеватый на лессовидных тяжелых суглинках. Почву для экспериментов отбирали из пахотного слоя (0-25 см.) в октябре 2014 г. в Крыму в 1-ом км. от г. Керчь в сторону пос. Приморского. Чернозем солонцеватый относится горному типу черноземов южно-европейской фасции, распространенной в пределах Предкавказской почвенной провинции. Среди горных черноземов южно-европейской фасции в литературе больше изучены выщелоченные и типичные подтипы, реже - солонцеватые, карбонатные, слитые.

Черноземы солонцеватые распространены в Краснодарском и Ставропольском краях, в Кабардино-Балкарии, Чеченской республике, Ингушетии, Алании, Адыгее, Северной Осетии, на юго-западе Калмыкии и юго-западе Ростовской области. Чернозем солонцеватый также встречается в Крыму, но еще достаточно мало изучен. Согласно литературным данным содержание гумуса в почве составляло 6,0-8,0%, мощность гумусовых горизонтов ААВ - 100-170 см., рН - 6,0-10,0.

Свежевысушенные образцы почвы помещали в стеклянные сосуды, загрязняли никелем в форме оксида (Ni2O3) в концентрации 100, 1000 мг никеля на килограмм почвы (что соответствует 1 и 10 ПДК свинца, принятых в Германии) увлажняли водой (до 60% от полной влагоемкости) и помещали в установку (соленоид) на 10 суток. Уровни индукции переменного магнитного поля составили 50, 100 и 650 мкТл промышленной частоты 50 Гц. Описание установки подробно представлено в нашей предыдущей работе. Контролем служили образцы почвы, находившиеся в тех же условиях, но не подвергавшиеся воздействию магнитных полей и не загрязненные никелем. После окончания срока инкубации во влажных образцах определяли: фитотоксичность почвы с использованием в качестве тест-объекта редиса (Raphanus sativus), сорт «Кварта». Навеску почвы (опытные и контрольные образцы) в количестве 20 г помещали в чашку Петри. Почву увлажняли водой до состояния густой пасты и тщательно размазывали по чашке Петри металлическим шпателем до получения ровной поверхности. На поверхность раскладывали по 20 семян редиса. Семена проращивали 5 суток при температуре 25С и каждый день почву увлажняли равным объемом водопроводной воды. Через каждые сутки отмечали количество проросших семян. Степень токсичности почвы определяли по разнице показателей в опыте и контроле. Об изменении фитотоксичности почвы под действием магнитного поля и никеля судили по изменению показателей прорастания семян тест-объекта (всхожесть, дружность и скорость прорастания), интенсивности начального роста проростков (длина корней и побегов, сухая фитомасса корней и побегов).

В воздушно-сухих образцах почвы определяли активность почвенных ферментов (оксидоредуктаз): каталазы и дегидрогеназы, согласно общепринятым методикам. Статистическая обработка данных (дисперсионный и корреляционный анализы) была выполнена с использованием статистического пакета MS Excel 2010 для Windows.

Ферментативная активность. На активность каталазы сочетанное воздействие в целом оказало стимулирующее действие в отличие от дегидрогеназы, где наблюдалось ингибирование активности фермента с ростом индукции магнитного поля (рис. 1,2). Магнитное поле индукцией 50 мкТл и при воздействии 1 ПДК никеля достоверно отлично для каталазы на 11% (p < 0,01), дегидрогеназы - 20% (p < 0,01) (табл. 1).

Для вариантов с облучением только магнитным полем индукции 100 мкТл были получены значимые отличия: каталаза -19% (p < 0,05), дегидрогеназа - 12% (p < 0,01).

Значимые отличия получены для всех вариантов с облучением 650 мкТл (p < 0,01).

Согласно рис. 1. при увеличении индукции магнитного поля и концентрации никеля в почве происходит значительное увеличение каталазной активности почвы.

Скорость распада перекиси водорода растет по мере увеличения магнитной индукции и концентрации никеля в почвах.

В тоже время дегидрогеназная активность для данных вариантов сочетанного воздействия магнитного поля и оксида никеля (рис. 2).

Рисунок 1. - Влияние сочетанного загрязнения никелем и переменным магнитным полем на активность каталазы и дегидрогеназы, % от контроля:

Таким образом, значимые отличия были получены для вариантов с облучением 50 мкТл+1 и 10 ПДК никеля, 100 мкТл, 100 мкТл+10 ПДК, всех вариантов сочетанного воздействия 650 мкТл и никеля (табл. 1).

Рисунок 2. - Влияние сочетанного загрязнения никелем и переменным магнитным полем на скорость и дружность прорастания редиса, % от контроля:

Фитотоксические свойства. Сочетанное действие магнитного поля и загрязнения никелем исследованных уровней не оказало достоверного влияния на показатели прорастания редиса: всхожесть, скорость и дружность прорастания, сухую фитомассу корней и побегов, длину корней и побегов (табл. 2). С ростом индукции магнитного поля и содержания никеля в почвах наблюдалась стимуляция скорости и дружности прорастания редиса. При этом максимальная стимуляция составила в варианте 50 мкТл - на 52% и в варианте (100 мкТл+1 ПДК никеля) и 30% соответственно (рис. 2). Несмотря на увеличение всхожести по сравнению с контролем на 11% (вариант 50 мкТл+10 ПДК) до 43% (вариант 100 мкТл+1 ПДК) (рис. 3) с ростом индукции и концентрации никеля, наблюдали значительное угнетение роста корней и побегов редиса.

Рисунок 3. - Влияние сочетанного загрязнения никелем и переменным электромагнитным полем на длину и корней редиса, % от контроля:

На фитомассу побегов (рис. 4) с увеличением индукции магнитного поля до 100 мг никеля на 1 кг почвы в целом оказало стимулирующее действие, при этом длина побегов стала уменьшаться при достижении концентрации 1000 мг/кг почвы (10 ПДК). Аналогичная ситуация наблюдалась для сухой фитомассы корней, но в отличие от фитомассы побегов, для варианта без воздействия магнитного поля и для вариантов 1 и 10 ПДК, наблюдали значения близкие к контролю. Под влиянием поля индукцией 100 мкТл (100 мкТл без никеля, 100 мкТл+1 и 100 мкТл+10 ПДК) наблюдали заметное угнетение массы корней на 14, 19 и 36%, соответственно. почва биологический гумус

Рисунок 4. - Влияние сочетанного загрязнения никелем и переменным магнитным полем на фитомассу побегов и корней редиса, % от контроля:

Результаты полученные для показателей интенсивности начального роста соответствует данным полученным ранее для гамма- и СВЧ-излучений: облучение различных почв Юга России (чернозем обыкновенный, чернозем предкавказский, серая лесная), дерново-карбонатная почва не вызывало изменения фитотоксических показателей прорастания пшеницы и редиса.

Выводы

1. Переменное магнитное поле как самостоятельный фактор не оказывало достоверного влияния на ферментативную активность и фитотоксические свойства чернозема солонцеватого;

2. При сочетанном воздействии магнитного поля и загрязнения никелем, наблюдалось угнетение длины корней и побегов тест-объекта редиса (на 30-50%), незначительное уменьшение фитомассы корней и побегов, в то время как всхожесть, скорость и дружность прорастания с ростом концентрации увеличивались (10-50%);

3. При сочетанном воздействии магнитного поля и загрязнения никелем активность каталазы с ростом концентрации никеля - достоверно увеличивалась, а активность дегидрогеназы - снижалась;

4. Наиболее информативными показателями при сочетанном действии переменного магнитного поля и загрязнения никелем, являются активность каталазы, длина побегов и корней.

Литература

1. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. Ярославль: ЯГТУ, 1995. 223 с.

2. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. 336 с.

3. Байдина Н.Л. Инактивация тяжелых металлов гумусом и цеолитами в техногенно загрязненной почве // Почвоведение. 1994. №9. С. 121-125.

4. Бинги В.Н. Магнитобиология: эксперименты и модели. М.: МИЛТА, 2002. 592 с.

5. Вадюнина А.Ф. Электромелиорация почв засоленного ряда. М.: МГУ, 1979. 225 с.

6. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв: Учебное пособие для студентов вузов. Часть 3. Загрязнение почв. Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2004. 54 с.

7. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Эверест», 2008, 276 с.

8. Григорьев О.А., Бичелдей Е.П., Меркулов А.В., Степанов В.С., Шенфильд Б.Е. Определение подходов к нормированию воздействия антропогенного электромагнитного поля на природные экосистемы / Сборник трудов. «Ежегодник Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений». М.: Изд-во РУДН, 2003. С. 46-74.

9. Горбатов В.С. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd) в почвах // Почвоведение. 1988. №1. С. 35-43.

10. Дабах Е.В., Кондакова Л.В., Домрачева Л.И., Злобин С.С. Альго-микологическая оценка состояния почв в зоне влияния Кировочепецкого химического комбината / Почвоведение. 2013. №2. С. 187.

11. 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.

12. 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.

13. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние электромагнитных полей на биологические свойства почв. Ростов н/Д: ЗАО «Ростиздат», 2011 г. 286 с.

14. 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. 2011б. №4. С. 77-82.

15. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). М.: Наука, 1990. 261 с.

16. Добровольский Г.В. Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. М.: Наука, 2003. 364 с.

17. Добровольский Г.В., Карпачевский Л.О., Криксунов Е.А. Геосфера и педосфера. М.: ГЕОС, 2010. 190 с.

18. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д: Изд-во Рост. Ун-та, 2003. 204 с.

19. Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Колесников С.И. Атлас почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Эверест»,2010, 128 с.

20. Когут Б.М., Шульц Э., Галактионов А.Ю., Титова Н.А. Содержание и состав полициклических ароматических углеводородов в гранулоденсиметрических фракциях почв парков Москвы / Почвоведение. 2006. №10. С. 1182-1189.

21. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. Ростов н/Д: Изд-во Ростиздат, 2006. 385 с.

Размещено на Allbest.ru