Денисова Татьяна Викторовна
| Вид материала | Автореферат |
- «утверждаю», 63.28kb.
- Перминова Татьяна Викторовна,, 90.29kb.
- Макарова Татьяна Викторовна Форма экспертного материала доклад, 380.07kb.
- Татьяна денисова, 149.07kb.
- Макарова Татьяна Викторовна Форма экспертного материала доклад, 135.72kb.
- Меньшикова Татьяна Викторовна Цели урок, 161.28kb.
- Аксенова Татьяна Викторовна г. Тверь 2005 год пояснительная записка, 70.65kb.
- Полякова Татьяна Викторовна «теория и практика сочинений разных жанров» пояснительная, 268.21kb.
- Никитченко Татьяна Викторовна. Участники конкурс, 40.05kb.
- Обидина Татьяна Викторовна Тема урок, 79.89kb.
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>каталаза≥гумус (табл. 4).
Ранжирование биологических показателей по информативности имеет вид: каталаза>Azotobacter>дегидрогеназа≥споровые 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-аммонификаторы≥инвертаза>
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: каталаза≥микромицеты>споровые бактерии>
дегидрогеназа≥инвертаза.
Каштановая почва: бактерии-аммонификаторы>микромицеты>каталаза>
инвертаза.
Бурая лесная почва: каталаза>инвертаза>микромицеты≥споровые 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 лесная≥каштановая>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>инвертаза≥каталаза>
дегидрогеназа.
Рендзина типичная: микромицеты>бактерии>инвертаза≥каталаза>
дегидрогеназа.
Бурая лесная почва: дегидрогеназа>микромицеты≥каталаза>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: каталаза≥инвертаза≥микромицеты≥бактерии≥
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 γ-излучения отмечено достоверное снижение ИПБС в зависимости от дозы на 23, 41, 49 и 50% соответственно (рис. 19). Это показывает высокую степень негативного влияния γ-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 γ-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 почва≥бурая 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 типичная≥серопески (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 обыкновенный≥каштановая >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.