Фитоиндикация локальных электромагнитных аномалий низкой интенсивности в окружающей среде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

03.02.08 - Экология

Фитоиндикация локальных электромагнитных аномалий низкой интенсивности в окружающей среде

Ярославцев Николай Александрович

Омск 2011



Работа выполнена в ГОУ ВПО "Омский государственный педагогический университет".

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор, Григорьев Аркадий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор, Степанова Ирина Петровна

кандидат биологических наук, доцент, Мельникова Оксана Юрьевна

Ведущая организация: РАСН СО ГНУ "Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Учёный секретарь диссертационного Совета Т.Ю. Колпакова



1. Общая характеристика работы

лэмани индикация растительный

Актуальность темы. Управляющая роль факторов физической природы на биологические объекты, например, переменной составляющей постоянного магнитного поля Земли в виде локальных электромагнитных аномалий низкой интенсивности (ЛЭМАНИ), недостаточно оценивается в медико-биологических и экологических исследованиях. Системно сформировался новый фактор влияния на биоту, в виде комплекса электромагнитных полей и излучений естественного и искусственного происхождения, который по оценкам Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) квалифицируется как "электромагнитное загрязнение окружающей среды". Наряду с другими факторами это приводит к формированию геотехнопатогенных зон. Это вызывает необходимость более глубокого изучения таких процессов и явлений, обладающих биотропными свойствами (Бурлаков и др. 2003; Галль и др., 2003, 2006, 2009; Егоров, 2008; Александров, 2010).

Известно, что ЛЭМАНИ, в зависимости от их свойств могут вызывать различную скорость роста и развития растений, в виде активации или ингибирования (Дубров, 1993, 1995, 2009; Гридин и др., 1994; Леднёв 1996; Белова и др., 2003; Богатина, 2003, 2006). Существующие методы мониторинга состояния окружающей среды предусматривают фитоиндикацию - химических загрязнений, по внешним признакам состояния растений или их роста; дендроиндикацию климатических вариаций - по структуре годичных колец, дендроиндикацию, связанную с заболеваниями деревьев, вызванных повышенным или пониженным уровнем магнитной индукции постоянной составляющей магнитного поля Земли и др. (Кулагин, 1980; Григорьев, 2000, 2004; Бобренко, 2004; Александров, 2010). Аномальная реакция роста и развития растений, проявляющаяся в морфологических изменениях их органов, причиной которых являются ЛЭМАНИ, в экологических исследованиях ранее не учитывалась и не применялась.

Предлагается выявлять места присутствия ЛЭМАНИ путём оценки изменений по показателю "средняя длина ростка" проростков семян растений-индикаторов. Они выращиваются в водной среде, на модельных площадках, разделённых на ячейки, которые условно оцениваются как точки с заданными (выбранными) координатами. Сравнение средних показателей по каждой ячейке, относительно средних показателей полученных для всех ячеек площадки или площадки "контроль", позволяет, при статистически достоверных выборках по этому показателю, выявлять присутствие самих ЛЭМАНИ. Также это дает возможность определять их размеры и характер их влияния на тест-объекты в лабораторных и полевых условиях с минимальными затратами.

Цель исследования: определить возможность индикации ЛЭМАНИ по величине показателей реакции (скорости) роста и развития растительных тест-объектов в лабораторных и полевых условиях. На основании полученных данных разработать метод выявления таких аномалий, методику определения их размеров и характер влияния на растения.

Задачи исследования.

1. На основании литературных данных обосновать возможность выявления ЛЭМАНИ по реакции (скорости) роста и развития растений-индикаторов.

2. Практическим методом определить растения-индикаторы, пригодные для выявления ЛЭМАНИ.

3. Разработать метод индикации и методику определения размеров ЛЭМАНИ растительными тест-объектами.

4. Провести проверку разработанного метода и методики на модельных площадках в лабораторных и полевых условиях, с применением средств инструментального контроля.

Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования.

Впервые практически подтверждены теоретические предпосылки по возможности выявления ЛЭМАНИ растениями-индикаторами.

Впервые предложен метод индикации ЛЭМАНИ растениями-индикаторами (пшеница и фасоль), методика определения их размеров и других показателей на модельных площадках, разделённых на ячейки маркерами, которые расположены в заданных (выбранных) координатах.

Впервые показано, что сравнение показателя "средняя длина ростка" проростков семян пшеницы и фасоли, выращенных в водной среде, в ячейках прилегающих друг к другу, и их группировка относительно средних величин по всей площадке, даёт возможность выделить зоны активации и ингибирования роста растений индикаторов. Это позволяет выявлять присутствие ЛЭМАНИ, схему их расположения, размеры и характер воздействия на растения.

Практическое значение работы. Показана возможность использования предложенного метода фитоиндикации ЛЭМАНИ и методики определения их размеров в лабораторных и полевых условиях. Указанные метод и методика позволяет определять размеры ЛЭМАНИ и характер их воздействия на проростки семян пшеницы и фасоли как растений-индикаторов.

Это позволяет использовать предложенный метод и методику при экологическом мониторинге окружающей среды для выявления присутствия ЛЭМАНИ как зон биологического комфорта или дискомфорта для роста и развития растений. Разработанный метод и методика является доступным и малозатратным способом выявления ЛЭМАНИ, который можно использовать как самостоятельно, так и используя средства инструментального контроля. Данный метод и методика применялись в ООО "Центр инноваций и повышения квалификации "Экватор" г. Омск, в 2007-2009 гг для решения прикладных задач в медико-биологических и экологических исследованиях. Результаты теоретических разработок материалов диссертации и публикации по указанной теме используются в учебном процессе ОмГПУ г. Омска на химико-биологическом факультете по дисциплинам экологического направления (прикладная экология, мониторинг окружающей среды, геоэкология).

Положения, выносимые на защиту:

Метод фитоиндикации ЛЭМАНИ, по оценке средней длины ростков проростков семян, растений-индикаторов, позволяет установить присутствие таких аномалий.

Разработанная методика оценки параметров ЛЭМАНИ, позволяет оценить степень их влияния на рост и развитие растений-индикаторов.

Оценка личного вклада. Исследования выполнены автором самостоятельно.

Апробация результатов исследований. Материалы основных результатов исследований по теме диссертации представлены и обсуждены: на международной научно-практической конференции "Инновационные технологии в повышении качества образования" (Омск, 2006); на международных научно-практических конференциях "Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона" (Омск, 2006, 2008); на I Международной научно-практической конференции "Основы физических взаимодействий: теория и практика" (Киев, 2008); на IV Международной конференции "Электромагнитные излучения в биологии (Калуга, 2008); на Международной научной конференции "Становление и развитие научных исследований в высшей школе" (Томск, 2009).

Публикации. По материалам исследований опубликовано одиннадцать печатных работ, в том числе три статьи в изданиях рекомендованных ВАК Министерством образования и науки.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и 7 приложений. Изложена на 210 страницах машинописного текста, имеет 14 таблиц, 26 рисунков. Список литературы содержит 196 наименований, в том числе 26 на иностранных языках.

2. Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности изучения влияния ЛЭМАНИ как фактора воздействия на рост и развитие высших растений, в зависимости от расположения и характеристик аномалий. Сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрена практическая значимость работы.

Глава I. Обоснование возможности выявления присутствия ЛЭМАНИ методом фитоиндикации.

Фитоиндикация, как метод мониторинга состояния окружающей среды, достаточно широко применяется в практической работе. При этом реакция роста и развития растений выступает индикатором состояния различных экологических систем, например по уровню химических загрязнений, присутствию магнитных или электромагнитных аномалий, залежей полезных ископаемых (Бакиров, 2003; Бурлаков и др., 2003; Григорьев, 2004; Серпов, 2005).

Аномальная реакция роста растений может проявляться в изменённом морфогенезе, в виде активации или ингибирования роста и развития растений, в том числе как ответ на внешнее воздействие магнитных и электромагнитных полей и излучений низкой интенсивности (Дубров, 1974, 1993, 1995, 2009; Белова и др., 2001, 2006; Аксенов, 2003; Богатина и др. 2003; Егоров, 2008; Александров и др., 2006; Александров, 2010).

Исследованиями последних лет доказано значительное влияние электромагнитных полей и излучений низкой интенсивности, как на организм человека, так и на рост и развитие растений. Проявление высокой чувствительности биологических систем к таким полям и излучениям, выражено в том, что они воспринимают их как сигнал прямого исполнения (управления) без обычных стрессовых реакций и периода адаптации (Казначеев, 2003; Аксёнов 2006; Галль, 2003, 2006, 2009; Егоров, 2008).

Известно, что сочетания градиентов геофизических полей различной локальности, протяжённости и интенсивности формируют их аномалии. Они являются основой для формирования изменённого геофизического рельефа. Это создаёт условия для изменений почвенных и растительных ландшафтных комплексов. При этом возможно проявление ЛЭМАНИ в виде "пятен", "полос" в их различном сочетании (Гридин и др., 1994; Кирпотин 1994; Гак 2005; Егоров, 2008). Изучение морфогенеза высших растений на растительных тест-объектах, находящихся в зоне действия ЛЭМАНИ, и оценка изменений размеров их органов, может обладать большой прогностической ценностью в биологических и экологических исследованиях.

Такие методологические подходы, в целом, распространяются на растительные сообщества, что предполагает изучение пространственной структуры и ландшафтных комплексов фитоценозов, их геометрического строения надорганизменного и организменного уровня, в том числе по изменённому морфогенезу (Гридин и др., 1994; Кирпотин, 1994, 1997, 2003; Ларионов, 2003; Григорьев, 2004).

Это соответствует методологическим разработкам теории симметрии в естественных науках, предполагающим симметричное формирование объектов, относительно внешней среды и соответствует представлениям В.И. Вернадского о глубокой неоднородности пространства биосферы (Кирпотин, 1994, 2003, 2005).

Литературные данные позволяют сформулировать рабочую гипотезу о том, что показатели скорости роста высших растений могут служить индикационным признаком присутствия ЛЭМАНИ. Это может дать возможность выявлять их присутствие с помощью метода фитоиндикации (Дубров, 1974, 1993, 1995, 2009; Hartman, 1986; Гридин и др., 1994; Кравченко, 1997; Некрасов, 1996; Бакиров, 2003; Григорьев, 2003, 2004; Егоров, 2008; Александров, 2010).

Глава II. Метод фитоиндикации ЛЭМАНИ и методика определения размеров, характера и степени их влияния на растения-индикаторы.

В основе предлагаемого метода фитоиндикации ЛЭМАНИ заложены методические разработки оценки урожайности сельскохозяйственных культур по предварительной оценке качества семян (Ларионов 2003, 2005). Согласно имеющегося метода, сравнение морфологических изменений проростков семян, например, пшеницы по длине ростка, длине колеоптиля, количеству и длине корней и др., выращенных в термостате, в течение 7…8 суток в ёмкостях с водой, даёт возможность достаточно точного прогнозирования урожая.

В отличие от указанного метода, семена проращиваются вне термостата, на модельных площадках размеченных маркером на ячейки, прилегающие друг к другу, как в лабораторных, так и в полевых условиях. Семена размещаются в рулонах из полиэтиленовой плёнки определённого размера в ёмкостях с водой и вложенной внутрь фильтровальной бумагой.

Для оценки влияния ЛЭМАНИ на рост и развитие растений-индикаторов, был выбран наиболее эффективный индикационный признак - "длина ростка" проростков семян.

Семена пшеницы и фасоли были выбраны как наиболее распространенные модельные растения. Они принадлежат к разным видам и могут по-разному реагировать на ЛЭМАНИ. Метод предусматривает выбор одной или нескольких модельных площадок, которые делятся на ячейки 10 х 10 см маркером, изготовленным в виде деревянных решёток размером 0,5 х 0,5 м. Такие размеры маркера соответствуют размерам геодезических сеток, используемых при замерах постоянной составляющей магнитного поля Земли (Александров, 2010). Во всех ячейках, которые условно принимаются за точки с заданными (выбранными) координатами, располагаются ёмкости с водой. В них закладывается в необходимом количестве, скреплённые между собой рулоны с семенами, с высокой плотностью их размещения, для получения статистически достоверных выборок.

После окончания проращивания, измеряется длина всех ростков проростков семян, данные заносятся в рабочий журнал. Далее вычисляется их средняя длина, как по каждой ячейке (_n), так и по всей модельной площадке (_Уn), с занесением данных в таблицу. Таблица представляет собой проекцию модельной площадки в определённом масштабе, размеченную на ячейки. После этого составляется схема расположения зон активации и ингибирования, относительно показателя (_Уn).

В данном случае выполняется условие:

_{n ингибир} < _Уn < _{n актив} (1)

где _{n ингибир} - средняя длина ростка в ячейках с реакцией ингибирования роста,

_{n актив} - средняя длина ростка в ячейках с активацией роста.

Дополнительно определяется средняя амплитуда колебаний по средней длине ростков, для каждой ячейки и модельной площадке в целом, соответственно _An и _АУn. Для оценки присутствия ЛЭМАНИ с различными характеристиками, интенсивностью излучения, и, соответственно, воздействия на растения, вводим коэффициент неравномерности воздействия аномалий К_возд, который можно выразить в следующем виде:

К _возд =• 100 % (2)

где К_возд - коэффициент интенсивности влияния ЛЭМАНИ на тест-объект,

_AУn - средняя амплитуда колебаний по длине ростка на всей модельной площадке,

_Уn - средняя длина ростка на всей модельной площадке.

Эмпирическим путём сформируем уровни интенсивности воздействия ЛЭМАНИ, на четыре группы (таблица 1).

Таблица 1

Степень воздействия ЛЭМАНИ	Квозд, (%)
Минимальная	До 20	До 0,20
Незначительная	20…30	0,20 … 0,30
Значительная	31…50	0,31 … 0,50
Существенная	Более 50	Более 0,50

В зонах перехода от одной реакции роста к другой возникают краевые эффекты, вызванные характером изменения действия ЛЭМАНИ на тест-объекты. Это создаёт неопределённость по формированию границ аномалий, обладающих различной степенью воздействия - от очень интенсивных до минимальных (слабых). Для количественной и качественной оценок присутствия ЛЭМАНИ по всей модельной площадки вводим понятие "базовая градация" или "базовый интервал" (3).

0,2 •_Уn ? К_баз ? 0,5 • _Уn (3)

К_баз подбирается определённой величины, относительно _Уn, в зависимости от цели и задачи эксперимента. В соответствии с этим, формируются указанные зоны согласно (1, 2 и 3). Это можно выразить в следующем виде:

_Уn - < _{Уn < Уn} + (4)



где К_баз - величина базового интервала (базовой градации), которая подбирается для выявления зон ЛЭМАНИ с наибольшей или наименьшей интенсивностью воздействия на тест-объекты.

Анализ вариаций показателей средней длины ростка проростков семян даёт возможность оценивать скорость (реакцию) роста и развития растений по признакам "активация" или "ингибирование". Базовые градации выбираются из численных показателей ряда; 2 см, 3 см, 4 см и более. Этот показатель зависит от необходимой точности выделения зон, в которых в максимальной степени проявляется реакция "активации" или "ингибирования", а также от колебания длины ростка проростка по амплитуде. Сочетание группы ячеек, выделенных по этим признакам, даёт возможность выявить локальные зоны, которые сформированы ЛЭМАНИ, определить их размеры, с точностью до размера ячейки, а также характер воздействия на растения.

На основании анализа данных, составляется схема зон "активации" и "ингибирования" скорости роста растений по каждой ячейке, а также в целом по модельной площадке. Группировка зон по указанным признакам, с учётом К_баз, даёт возможность выявления зон действия ЛЭМАНИ, а также степень и характер их влияния на растения. При экологическом мониторинге это даёт возможность оценивать пригодность выбранных площадок по признакам так называемого "комфорта" или "дискомфорта" как для роста и развития растений определённого вида, так и для пребывания в них человека. Эксперименты по апробации предлагаемого метода и методики проводились в период 2003-2010 гг.

Глава III. Проверка разработанного метода фитоиндикации ЛЭМАНИ и методики определения их размеров, характера и степени влияния на растения-индикаторы в лабораторных условиях.

Для оценки присутствия ЛЭМАНИ и уровня их воздействия на растения была проведена проверка предлагаемых метода и методики в лабораторных условиях (ОмГПУ, 2007). Присутствие ЛЭМАНИ определялось сотрудниками ООО "ЦИПК "Экватор" с помощью сертифицированного прибора "ИГА-1" (индикатор геофизических аномалий), предназначенного для индикации электромагнитных полей и излучений низкой интенсивности и сформированными ими аномалиями. С его помощью были выявлены ЛЭМАНИ, как геоактивные зоны, которые могут вызывать аномальный рост растений, формируя реакцию ингибирования или активации их роста и развития.

Работа выполнялась в два этапа. На первом этапе выявлялась возможность индикации ЛЭМАНИ, согласно схемы их расположения, с помощью растений-индикаторов. На втором этапе апробировались метод и методика. На первом этапе, в результате измерений выявлены зоны присутствия ЛЭМАНИ ("А", "В" и "Д") и их отсутствия ("Б" и "Г"). В зоне их воздействия (опыт) и их отсутствия (контроль) были размещены ёмкости с водой и закладками (рулонами) с семенами пшеницы сортов Омская 28, Омская 33 и фасоли сортов Бийчанка, Московская в количестве 1200 штук, по 300 штук каждого наименования. Площадь размещения закладок в каждой зоне составила 80 х 2 = 160 см², и в целом 800 см². Расстояние между зонами варьировалось от 0,5 до 1,0 метра. Семена проращивались в течение 7 суток в лабораторных условиях, при t_Дср = 21±1^ОС. Всхожесть семян - 91,2 %. Средняя плотность посадки - 1 шт / 1,50 см².

В зоне "А" (опыт) активация роста пшеницы сорта Омская 28 составила величину 1,60±0,10 см (12,80 %, _n28 = 14,10 ±0,14 см), при одновременном ингибировании пшеницы сорта Омская 33 на величину 0,40±0,02 см (3,03 %, _n33 = 12,81 ±0,13 см). Контроль: _БГ28 = 12,50±0,12 см и _БГ33 = 13,21±0,13 см. Для фасоли обоих сортов ингибирование составило величину 0,33±0,02 см (13,00 %, _nБ = 2,21 ±0,02 см) и 0,19±0,03 см (6,25 %, _nМ = 2,85 ±0,03 см, Рис.1). Контроль _БГБ = 2,54±0,02 см и _БГМ = 3,04±0,03 см.

В зоне "Д" (опыт) отмечено ингибирование пшеницы сорта Омская 28 на величину 2,11±0,12 см (16,08 %, _n28 = 10,39 ±0,11 см), для пшеницы сорта Омская 33 изменения составили 1,48±0,01 см (11,02 %, _n33 = 11,73 ±0,12 см). Фасоль сорта Бийчанка проявила нейтральную реакцию 0,03±0,03 см, ингибирование фасоли сорта Московская составило 0,26±0,03 см. (8,55 %, Рис. 1).

Рис. 1. Показатели средней длины ростков проростков семян пшеницы и фасоли на первом этапе эксперимента

В зоне "В" ингибирование роста семян пшеницы сорта Омская 28 и Омская 33 составила величину 1,05±0,10 см. (8,04 %, _n28 = 11,45±0,08 см.) и 1,29±0,11см. (9,77 %, _n33 = 11,92 ±0,11 см.). Фасоль сорта Бийчанка проявила активацию роста на величину 0,40±0,02 см. (15,75 %, _nБ = 2,94 ±0,03 см). Сорт Московская проявил ингибирование роста на величину 0,91±0,03 см. (29,93%, _nМ = 2,13 ±0,02 см, Рис. 1).

Для всех зон размещения коэффициент существенности разницы для семян пшеницы (критерий Стьюдента) составил величину: Р < 0,01 - 97,50 %, Р < 0,05 - 2,50 %, для фасоли Р < 0,01 - 85,00 %, Р < 0,05 - 10,00 %, Р > 0,05 - 2,50 %.

На первом этапе определена возможность выявления ЛЭМАНИ с помощью предлагаемого метода и методики на примере выращивания семян пшеницы и фасоли, как растений-индикаторов. Полученные результаты подтвердили предположение о различной реакции роста и развития растений-индикаторов в зонах присутствия ЛЭМАНИ. Были зарегистрированы значительные колебания средней длины ростков проростков семян растений-индикаторов. Результаты фитоиндикации ЛЭМАНИ совпали с выявленными местами их расположения, полученными с помощью прибора "ИГА-1".

Рис. 2. Показатели средней длины ростков проростков семян пшеницы и фасоли на втором этапе эксперимента

Для подтверждения результатов измерения и апробации метода и методики, был проведён второй этап эксперимента на четырех модельных площадках № 1, 2, 3, 4, размеченных маркером, на аналогичных культурах, в тех же зонах воздействия ЛЭМАНИ. Общая площадь 4-х площадок составила 1 м², при размере каждой 0,5 х 0,5 м. Площадка, на которой отсутствовали ЛЭМАНИ, была обозначена как "контроль" (зона "3"). Данные по длине ростков проростков семян заносились в рабочий журнал. На основании этих данных была составлена таблица. Она представляла собой проекцию "маркера" в уменьшенном масштабе. Общее количество семян, размещенных на одной решетке в ячейках размером 10 х 10 см, составило 500 штук, по 125 штук каждого наименования (2 вида по 2 сорта). Выборка в эксперименте составила 2000 растений. Плотность размещения семян составила 1 шт. / 5 см². Растения проращивались в течение семи суток, t_Дср = 21±1^ОС.

На площадке 1 (опыт) выявлена активация роста пшеницы обеих сортов составила величину 1,07±0,13 см. (8,62 %, _n28 = 13,49±0,03 см.), 0,99±0,12 см. (7,60 %, _n33 = 14,02±0,03 см.). Контроль _{3 28} = 12,42±0,11 см и _{3 33} = 13,03±0,10 см. Одновременно отмечено ингибирование роста семян фасоли обеих сортов на величину 0,54±0,02 см. (20,61 %, _nБ = 2,08±0,08 см.), 0,56±0,03 см. (22,49 %, _nМ = 1,49±0,08 см.) - Таблица 2, Рис.2. Контроль _3Б = 2,08±0,02 см и _3М = 1,93±0,02 см.

На площадке № 4 (опыт) отмечено ингибирование обоих сортов пшеницы на величину 1,0±0,10 см. (8,05 %, _n28 = 11,42±0,08 см.), 1,03±0,12 см. (7,90 %, _n33 = 12,00±0,08 см.). Для фасоли сорта Бийчанка отмечено ингибирование роста на величину 0,15±0,04 см. (5,72 %, _nБ = 2,47±0,08 см.). Для фасоли сорта Московская реакция нейтральная (0,03±0,04 см.), Таблица 3, Рис. 2.

Таблица 2. Средние показатели длины ростков проростков семян пшеницы и фасоли на площадках №1 (опыт) и №3 (контроль)

Результаты второго этапа эксперимента подтвердили данные, полученные на первом этапе. Они соответствовали показаниям присутствия ЛЭМАНИ, выявленных с помощью индикатора геофизических аномалий ИГА-1.

Применение предлагаемого метода и методики в лабораторных условиях позволило выделить зоны активации и ингибирования роста растений, вызванных присутствием ЛЭМАНИ на различных локальных площадках.



Таблица 3. Средние показатели длины ростков проростков семян пшеницы и фасоли на площадках №4 (опыт) и №3 (контроль)

Установлено, что скорость реакции роста и развития растений-индикаторов, выращенных в одинаковых координатах, может быть существенно различной, в зависимости от принадлежности растения к какому либо виду, семейству, а также от сортовой принадлежности. Это зависит от места их расположения на площадках, и, вероятно, вызвано как генетическими особенностями растений, так и различным характером воздействия ЛЭМАНИ.

В целом, показатели существенности разницы для зон "1", "2", "3" и "4" составили: Омская 28 Р < 0,01 - 83,33 %, Р > 0,05 - 16,67 %; Омская 33 Р < 0,01 - 66,67 %, Р < 0,05 - 16,67 %, Р > 0,05 - 16,66 %. Для фасоли сорта Бийчанка Р < 0,01 - 83,33 %, Р < 0,05 - 16,67 %, сорта Московская Р < 0,01 - 66,67 %, Р > 0,05 - 33,33 %.

Глава IV. Проверка разработанного метода фитоиндикации ЛЭМАНИ и методики определения их размеров, характера и степени влияния на растения в полевых условиях.

Для проверки разработанного метода и методики в полевых условиях в июне 2007 г. была выбрана модельная площадка размером 2,5 м² в пригороде г. Омска, в условиях отсутствия вблизи источников электромагнитного излучения искусственного происхождения. Данная площадка была разделена маркером на две части размером 2,25 м² и 0,25 м², которые находились на расстоянии одного метра друг от друга. Это было вызвано тем, что интенсивность земного электромагнитного излучения на площадке размером 0,25 м² превышала в 2,5 … 3 раза показатели, имеющиеся на площадке 2,25 м². Такие значения были зарегистрированы прибором "ИГА-1".

В качестве растения-индикатора была выбрана пшеница сорта Памяти Азиева, фракция семян 2,5 мм, всхожесть 93 %. Вся площадка размером 2,5 м² была разделена десятью маркерами, выполненных в виде деревянных маркеров (решёток) размером 0,5 х 0,5 м., на 250 ячеек. В каждой ячейке размещалась ёмкость с водой с "закладками" семян, состоящими из трёх скреплённых рулонов, свёрнутых из полиэтиленовой плёнки. В каждый рулон была вложена влажная фильтровальная бумага, на которую были равномерно помещены семена пшеницы, в количестве 20 штук. Семена располагались на расстоянии 2,0 см. от верхнего края рулона с интервалом между собой в 1,0 сантиметр. Семена ориентированы вертикально, в естественном положении роста. Всего в "закладке" (ячейке) находилось по 60 штук семян. По всей площадке это составило 15000 штук.

Рис. 3. Показатели изменений средней длины и амплитуды колебаний длины ростков проростков семян пшеницы сорта Памяти Азиева в разных частях модельной площадки

Средняя плотность размещения семян - 1 шт. / 1,67 см², была выше ~ в 3 раза, чем в лабораторных условиях на втором этапе эксперимента и близка к плотности размещения семян на первом этапе. Семена проращивались в течение семи суток при t_Дср = 21,6±1^ОС.

Результаты измерений были занесены в рабочий журнал, и далее в таблицу, которая позволила составить схему размещения и диаграммы (рис. 3, 4, 5).

Для исключения ошибок по позиционированию ячеек на площадке, каждому маркеру было присвоено буквенное наименование, а каждой ячейке - буквенно-цифровой код. Например, для маркера "А" (25 ячеек) каждая ячейка по горизонтали и вертикали получила обозначение цифрами 1, 2, 3, 4, 5. В результате ячейка верхнего ряда, крайняя слева, получила наименование "А 1-1", крайняя справа нижнего ряда - "А 5-5".

Средняя величина длины ростков проростков на площадке 2,5 м² составила _2,5 = 16,10 см, на площадке размером 2,25 м² - _2,25 = 15,69 см, на площадке размером 0,25 м² - _0,25 = 19,86 см. (рис. 3). Это показало активацию роста на площадке 0,25 м² относительно _2,5 на 3,76см (23,35 %) и _2,25 на 4,17см (25,90 %). Амплитуда колебаний по средней длине ростка на площадке размером 0,25 м² _А0,25 составила 6,38 см, на площадке размером 2,25 м² _А2,25 составила 5,31 см, на площадке размером 2,5 м² _А2,5 составила 5,42 см. Увеличение амплитуды колебаний на площадке № 3, относительно площадок № 1, 2, составило 0,96см (17,71 %) и 1,07см (20,15 %) соответственно (рис. 3, Р < 0,05).



Рис. 4. Двухмерная схема распределения зон активации, ингибирования и условно нейтральной реакции роста проростков семян пшеницы, полученная путём сравнения средней длины ростков в каждой ячейке (_n) со средней длиной ростков на всей площадке (_Уn), относительно выбранной базовой градации 2 см (К_баз)

Это позволило выделить зоны активации, ингибирования и условно нейтральной реакции роста растения-индикатора. Согласно методике, К_возд составил 26,71 % и был близок к величине, характеризуемой как значительное воздействие (31…50 %) (табл. 1).

Площадь зоны активации роста на модельной площадке 2,5 м² составила - 0,56 м². Площадь зоны ингибирования - 0,45 м². Площадь зоны условно нейтральной реакции - 1,49 м².

Локальные зоны активации роста (относительно _Уn = 16,10 см) были отмечены на площадке "А" - 16,84 см (изменение 0,74см - 4,60 %), "Е" - 17,39 см (изменение 1,29 см - 8,07 %) и "К" - 19,86 см (изменение 3,76 см - 23,35 %). Локальные зоны ингибирования роста, были отмечены на площадках "Ж" - 14,11 см (изменение 1,99см - 12,36 %), "З" - 13,91 см (изменения 2,19см - 13,60 %). Максимальное различие показателей было отмечено между площадками "З" (13,91 см) и "К" (19,86 см), что составило 5,95 см - 42,78 % относительно величины 13,91см. В целом, по всем маркерам, расположенным на модельной площадке, критерий Стьюдента составил величину: Р < 0,01 - 86,42 %, Р < 0,05 - 7,41 %, Р > 0,05 - 6,17 %.

Рис. 5. Трёхмерная диаграмма распределения участков активации (вверху), ингибирования (внизу) и условно нейтральной реакции (середина) средней длины ростков проростков семян пшеницы, К_баз = 2 см при_Уn = 16,10 см

Результаты полевых экспериментов подтвердили результаты лабораторных опытов.



Заключение

Полученные экспериментальные данные позволяют обозначить пути формирования теоретических и практических подходов к решению задач по выявлению влияния ЛЭМАНИ на живые объекты. Троекратное повторение эксперимента и общее количество растений в выборках (18200,0 шт.), позволяет утверждать, что присутствие ЛЭМАНИ можно выявлять методом фитоиндикации с помощью выбранных растений-индикаторов, например, измеряя длину ростков проростков семян пшеницы или фасоли. Метод размещения растений-индикаторов на модельных площадках в выбранных точках, размеченных маркером, позволяет определить площадь указанных аномалий с оценкой реакции скорости роста таких растений по признаку активация, ингибирование и условно нейтральная реакция. Методика оценки размеров и характера влияния ЛЭМАНИ по показателю "средняя длина ростка" проростков семян позволяет определять характер и интенсивность влияния ЛЭМАНИ на выбранной площадке, с выделением зон максимально благоприятных или неблагоприятных для роста и развития растений.

Метод фитоиндикации ЛЭМАНИ, при оценке средней длины ростков проростков семян различных сортов пшеницы и фасоли, позволяет установить присутствие таких аномалий (Р < 0,01…0,05).

Разработанная методика оценки параметров ЛЭМАНИ, позволяет определить степень и характер влияния аномалий на рост и развитие семян пшеницы и фасоли (Р < 0,01…0,05).

Экспериментально выявлены ЛЭМАНИ, представляющие в горизонтальном сечении "пятна", "полосы" и их сочетания. Размер зон активации роста проростков ростков семян пшеницы в полевых условиях составил ~0,56 м², а площадь зоны ингибирования роста составила ~0,45 м², в том числе зона существенной активации роста ~0,25 м².

Для выявления зон присутствия ЛЭМАНИ, наиболее предпочтительной культурой, по данным экспериментов, является пшеница.

Практические рекомендации

Предлагаемый метод и методика позволяют получить объективную картину присутствия и распределения ЛЭМАНИ на обследуемых площадках при проведении экологических исследований и в зонах присутствия ЛЭМАНИ, формирующих геотехнопатогенные зоны в местах работы и отдыха человека. Без учёта присутствия ЛЭМАНИ в местах проведения экспериментов, результаты могут существенно варьироваться.

Метод и методика может использоваться как самостоятельное средство выявления ЛЭМАНИ, так и в сочетании с инструментальными методами контроля, например с "ИГА-1". Указанный метод и методика может применяться в экологическом мониторинге состояния окружающей среды в лабораторных и полевых условиях.



Список опубликованных работ по материалам диссертации

1. Ярославцев Н.А. Фитоиндикация слабых малоразмерных геофизических аномалий локального характера при экологической оценке состояния окружающей среды [Текст] / Н.А. Ярославцев // Омский научный вестник, № 6 (41), г. Омск, Изд. ОмГТУ, 2006, с. 296-300.

2. Косов А.А. Роль электромагнитных полей и излучений различной интенсивности в системе комплексного обеспечения экологической безопасности в градостроительстве [Текст] / А.А. Косов, А.А. Барабанов, Н.А. Ярославцев // Академический вестник Урал НИИ проект РААСН, № 1, г. Екатеринбург: ИПЦ "Изд. УРГУ", 2010 г., стр. 84-90 (авт. - 50 %).

3. Косов А.А. О критическом восприятии предостережений [Текст] / А.А. Косов, А.А. Барабанов, Н.А. Ярославцев // Академический вестник Урал НИИ проект РААСН, № 2, г. Екатеринбург: ИПЦ "Изд. УРГУ", 2010 г., стр. 92-95 (авт. - 50 %).

4. Ярославцев Н.А. Геотропизм растений как форма фитоиндикации состояния неравномерных физических полей природного происхождения [Текст] / Н.А. Ярославцев // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: материалы международной научно-практической конференции. - Омск: Изд. Дом "Наука", 2006, с. 135-139.

5. Ярославцев Н.А. О возможных причинах формирования зон биологического комфорта ландшафтных комплексов Муромцевского района и их дендроиндикация [Текст] / Н.А. Ярославцев // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: материалы международной научно-практической конференции. - Омск: Изд. Дом "Наука", 2006, c. 238-240.

6. Ярославцев Н.А. Фитоиндикация природных геофизических аномалий локального характера при экологической оценке окружающей среды [Текст] / Н.А. Ярославцев // Инновационные технологии в повышении качества образования: материалы международной научно-практической конференции - Омск, Изд-во Омского экономического института, 2006, Ч. 2, с. 307-312.

7. Ярославцев Н.А. Фитоиндикация слабых электромагнитных аномалий локального характера в окружающей среде [Текст] / Н.А. Ярославцев // Международная научно-практическая конференция "Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития", 22-23 марта 2007, г. Ишим, с. 175-179.

8. Косов А.А. Ярославцев Н.А., Приходько С.М., Ларионов Ю.С. Метод компенсации патологии живых организмов при электромагнитных воздействиях [Текст] / А.А. Косов, Н.А. Ярославцев, С.М. Приходько, Ю.С. Ларионов // Электромагнитные излучения в биологии. IV Международная конференция. Россия. Калуга. 21-23 октября 2008 г. Калуга: изд. КГПУ им. К.Э. Циолковского, 2008, с. 178-184 (авт. - 50 %).

9. Косов А.А. Изменения "полей формы" специальной компьютерной программой "Иволга Х3" с оценкой таких изменений методом фитоиндикации [Текст] / А.А. Косов, Н.А. Ярославцев, С.М. Приходько // Основы физических взаимодействий: теория и практика. Материалы I Международной научно-практической конференции. Киев: изд. Университет "Украина", 2008, с. 161 - 186 (авт. - 50 %).

10. Ярославцев Н.А. Метод фитоиндикации электромагнитных аномалий с низкой интенсивностью излучения (эмиссии) и методика оценки их размеров [Текст] / Н.А. Ярославцев, А.А. Косов, С.М. Приходько, Ю.С. Ларионов // Международная научная конференция "Становление и развитие научных исследований в высшей школе", 14 - 16 сентября 2009 г. Россия. Томск: изд. ТГПУ, 2009, с. 415-422 (авт. - 70 %).

11. Косов А.А. Геоактивные зоны как источник ЭМИ и ЭМП сверхнизкой интенсивности естественного происхождения могут вызывать онкологические и другие патологии. Роль воды в компенсации негативных последствий такого воздействия [Текст] / А.А. Косов, Н.А. Ярославцев, С.М. Приходько, Е.В. Екимов, А.В. Филь // Международная научная конференция "Становление и развитие научных исследований в высшей школе", 14 - 16 сентября 2009 г. Россия. Томск: изд. ТГПУ, 2009, с. 334-340 (авт. - 50 %).

Размещено на Allbest.ru

...