Биоиндикация геоаномалий в экосистеме 03. 00. 16 экология
| Вид материала | Автореферат |
- Рабочая программа дисциплины «биоиндикация» Направление 020200 «Биология», 140.09kb.
- Шуйский В. Ф., Максимова Т. В., Петров Д. С. Биоиндикация качества водной среды, состояния, 359.82kb.
- Задание Как описывают связи между биотой и абиотическим компонентой в экосистеме? Ответ, 32.74kb.
- Биологические методы в контроле качества окружающей среды, 90.44kb.
- Комплекс дисциплины «экология и устойчивое развитие» для всех специальностей университета, 2777.17kb.
- Программа курса Методика организации курса \"Экология Тамбовской области\", 78.43kb.
- Экология Вопросы к зачёту, 25.45kb.
- Лекция 1 Что такое экология. Разделы экологии Термин «экология», 148.25kb.
- Тематика лекций (Наименование тем, содержание, объём в часах) № п/п, 74.97kb.
- Экология как наука Экология, 193.74kb.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 114 страницах компьютерного текста, содержит 25 таблиц и 37 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, включающего 170 источников и приложений.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Материалы и методы исследований
В качестве объектов исследований были использованы семена: соя (Glicine Hispida) сорт "Ходсон", ячмень (Hordeum Distichum) сорт "Нутанс-187"; деревья: тополь (Populus Alba), вяз (Ulmus Scabra), абрикос (Armeniaca Vulgaris).
Эксперименты по регистрации электрического потенциала биоиндикатора проводились на экологическом полигоне КазНУ имени аль-Фараби (Алматинская область, Карасайский район). На экополигоне проводились эксперименты по изучению влияния геофизических полей на рост и развитие деревьев, а также всхожесть семян в геоаномалии и нейтральной зоне. Также исследования проводились в городе Алматы (Тянь-Шань) и г. Серебрянске (Южный Алтай). Проводился статистический анализ уровня дорожно-транспортных происшествий на геоаномалиях в сравнении с нейтральными зонами на автотрассах.
В работе использовались современные сертифицированные и стандартизированные биофизические методы исследований, а также биоиндикаторы. При анализе полученных результатов определяли средние величины и стандартное отклонение. Экспериментальные данные обрабатывались общепринятыми статистическими методами (вариационная статистика и корреляционный анализ), с оценкой достоверности (Р) по критерию Стьюдента и дисперсионный анализ с оценкой достоверности (F) по критерию Фишера. Редактирование и построение графиков проводилось на ПК Pentium IV с помощью программ Microsoft Word, Excel и CorelDraw 11.
Результаты исследований и их обсуждение
Выбор направления исследований обусловлен необходимостью предупредить негативное действие геоэкологических факторов на живые организмы в экосистеме. Представлены материалы о природе геоаномалий (геоаномальных зон) и их биологического влияния на живые организмы.
Разработан принципиально новый способ и устройство с помощью биофизического биоиндикатора, обладающего биоэлектретным эффектом, который позволяет определять три типа геоаномалий, их электрический потенциал.
Первая часть экспериментов была направлена на определение локализации геаномалии, фиксировался электрический потенциал биоиндикатора, находящегося в состоянии анабиоза как в геоаномалии, так и в нейтральной зоне.
Вторая часть экспериментов была направлена на изучение влияния геофизических полей на рост и развитие деревьев, а также всхожесть семян (ячмень, соя) в геоаномалии в сравнении с нейтральной зоной. Был замерен окислительно-восстановительный потенциал растений (стволы и ветки древесных растений), также проводились плазмографические снимки листьев и зерен, а также влияние действия геоаномалий на уровень дорожно-транспортных происшествий и изучение кожно-гальванической реакции человека.
Изучение колебаний потенциала биоиндикатора
Было изучено влияние магнитного и электрического поля, температуры на электрические показатели биоиндикатора (сила микротока и электропотенциал). Такие исследования должны были доказать, что геоэкологический фактор, влияющий на биоиндикатор на фоне постоянно меняющейся физической среды, оказывает наиболее существенное влияние на динамику биоэлектретного эффекта, а также определить вклад таких кофакторов как магнитное и электрическое поле, температура на динамику амплитуды микротоков и потенциала. Были проведены многочисленные эксперименты по воздействию на биоиндикатор электрического, магнитного полей и температурного фактора. Все данные статистически достоверны. Было доказано, что биоиндикатор обладает биоэлектретным эффектом, который реагирует на изменение геофизического пространства в геоаномалии и нейтральной зоне.
Изучение суточной, месячной и годовой динамики электрического потенциала биоиндикатора
Суточная динамика электрических параметров биоиндикатора должна быть изучена в связи с тем, что общеизвестны тенденции изменения электропроводности воздуха в течение суток, так максимальная электропроводность воздуха наблюдается в ночное время, а минимальная в дневное. Необходимо знать, как влияет этот параметр на электрический потенциал биоиндикатора. Регистрация суточных показаний в различные сезоны года проводились на экологическом полигоне КазНУ имени аль-Фараби с 2003 по 2005 год. Суточные вариации потенциала живой биомассы биоиндикатора очень редко бывают однородными, т.е. они постоянно колеблются и в течение суток, что связано с влиянием геофизических флуктуаций. Показания фиксировались как в геоаномалиях, так и в нейтральных зонах с помощью прибора БИ-1, ПИАЗ и биоиндикатора открытого типа (тополь).
Как показывают данные, динамика потенциала биоиндикатора для каждого дня имеет свою кривую. Был проведен статистический анализ суточной динамики потенциалов за три месяца 2004 года (май, июнь, июль) по 10 дней в каждом месяце. Электрический потенциал биоиндикатора фиксировали в геоаномалии и нейтральной зоне с 10 по 20 число каждого месяца в одно и тоже время. Данные были обработаны по критерию Стьюдента. Данные приведены в таблице 1.
Как показывают результаты статистического анализа дневные пики повышения электрического потенциала биоиндикатора наиболее четко выражены в том случае, когда биоиндикатор локализован на геоаномалии. В тоже время, если биоиндикатор находится в нейтральной зоне амплитуда изменений суточной динамики в дневное время с 13-00 до 22-00 значительно ниже, чем в геоаномалии. Разница по критерию Стьюдента статистически достоверна. Более того, мы имеем статистически достоверную разницу по амплитуде суточной динамики биоиндикатора локализованного на геоаномалии между интервалами времени 13-00 и 22-00, а также 22-00 и 7-00. Такая разница обусловлена повышением электропроводности в ночное время и повышением электросопротивления воздуха в дневное время.
Таблица 1 - Суточная динамика потенциала биоиндикатора в геоаномалии и нейтральной зоне с 10 по 20 мая, 10 по 20 июня, 10- 20 июля 2004 года
| Время | Геоаномалия, mV | Нейтральная зона, mV |
| М±m, n=30 | М±m, n=30 | |
| 1 | 2 | 3 |
| 9-00 | 75,2±2,2 | 38,5±1,6 |
| 11-00 | 73,3±2,3 | 39,2±1,2 |
| 13-00 | 79,1±2,1 | 45,4±1,4 |
| 15-00 | 82,3±2,3 | 47,4±1,3 |
| 17-00 | 90,4±2,4 | 52,6±1,5 |
| 19-00 | 89,5±2,5 | 56,2±1,7 |
| 20-00 | 80,4±2,3 | 57,1±1,7 |
| 22-00 | 78,4±2,5 | 59,1± 1,9 |
| 24-00 | 75,2±2,4 | 51,5±1,8 |
| 01-00 | 70,1±2,1 | 45,7±1,7 |
| 03-00 | 69,3±2,1 | 43,5±1,5 |
| 05-00 | 72,2±2,3 | 40,6±1,6 |
| 07-00 | 73,5±2,1 | 37,7±1,7 |
| | вг. = 1,9; Сг. = 3,2; mг = 1,4; | вн.з. = 1,9; С н.з. = 1,8; mн.з. = 0,7; |
| p<0.01; md = 1,5; tst - 5,2%. | ||
Следовательно, статистический анализ доказывает наличие существенных различий в электрической структуре биоиндикатора локализованного на геоаномалии в сравнении с нейтральной зоной, что находит отражение в различиях суточной динамики значения электропотенциала не по фазе, а по амплитуде.
Биодетектирование месячных показаний биоиндикатора регистрировались в геоаномалиях и нейтральных зонах в различных географических пунктах: г. Алматы, который является сейсмически активным регионом и Южном Алтае (г. Серебрянск), где сейсмическая активность ниже. Для изучения месячной динамики электрического потенциала мы взяли 4 месяца (сентябрь, декабрь, март, июнь), т.е. охватили все времена года, и сравнили показания биодиндикатора в зависимости от солнцестояния, которое в июне приходится на максимум, а в декабре на минимум. Такие же исследования мы провели на Южном Алтае (г. Серебрянске). Результаты исследований показали, что на Южном Алтае отмечены достаточно редкие флуктуации в значениях электрического потенциала биоиндикатора, в то время как для города Алматы были зафиксированы каждодневные изменения. В результате работы обнаружено, что в сейсмически активной зоне Казахстана какой является район города Алматы в течение месяца наблюдается максимальное количество флуктуаций колебаний электрического потенциала биоиндикатора. Особенно это характерно для геоаномалий, в отличие от нейтральных зон. В этом мы неоднократно убеждались в процессе наших исследований. Причем амплитуда этих колебаний несколько выше, чем колебания полученные на Южном Алтае, где сейсмическая активность ниже.
Влияние геоаномалий на рост и развитие растений, и их электрические параметры
Ряд древесных пород тополь (Populus Alba), клен (Acer Platanoides), вяз (Ulmus Scabra), абрикос (Armeniaca Vulgaris) являются очень хорошими индикаторами наличия геоаномалий. Такие исследования на экологическом полигоне были проведены с группой деревьев, состоящих из 9 стволов белого тополя (Populus alba). 5 деревьев произрастали в зоне действия геоаномалии, 4 дерева находились в 15 м от края аномалии в нейтральной зоне. Возраст тополя составляет 6 лет. Наблюдались разные типы отклонений стволов и верхушек веток тополей, произрастающих в зоне действия геоаномалий, так наблюдается спиральная форма развития ствола. Спираль закручена против часовой стрелки. Чаще наблюдался волнистый тип искривления с отклонением ствола влево и вправо. В 2003 году на уровне 1 метра от земли были спилены все ветки и через 2 года вновь наблюдали искривление, спиральные фигуры веток в зоне действия геоаномалий. В нейтральной зоне чаще наблюдается прямолинейное развитие ствола и лишь в отдельных случаях из 10 веток и стволов отклонение 2 случая. Такие отклонения могут быть связаны с техническими повреждениями (надломы от ветра, человеческого фактора, а также от вирусного и бактериального заражения). Во втором поколении после спила веток за два года выросли другие, которые сохранили свою прямолинейность почти во всех случаях в нейтральной зоне, а в зоне действия геоаномалии опять наблюдалось искривление веток. При измерении окислительно-восстановительного потенциала стволов также обнаружена разница в значениях потенциала между деревьями, произрастающими в геоаномалии и нейтральной зоне.
Были проведены эксперименты с древесными культурами абрикос обыкновенный (Armeniaca vulgaris) для изучения влияния геоаномалий с отрицательным знаком и положительным знаком зарядов на рост и развитие растений от проростков до 2-х летних саженцев с 2004 - 2005 год (2 года).
Эксперимент ставился следующим образом: семена абрикоса урожай 2003 года, выращенных на делянках экополигона в нейтральной зоне подвергались процедуре стратификации. После этого семена высаживались в вегетационные сосуды по 9 штук в каждом. Почва представлена песчано-перегнойной смесью в соотношении 10:1. Первый сосуд помещали в зону действия геоаномалии с отрицательным знаком заряда (1 опыт), второй сосуд в зону действия геоаномалии с преобладанием положительного знака заряда (2 опыт), а третий в нейтральную зону (контроль). Вегетационные сосуды поливали одинаковым количеством воды с температурой (+15 оС) - (+20 оС), в количестве 100 мл ежедневно. Посадка была произведена 2 апреля 2004 года. Через полтора месяца из 9 семян в контроле взошло 7, в 1 опыте - 8, в 2 опыте - 5. 30 октября 2004 года мы сделали замер измерение длины саженцев и подсчет отклонений стволов от прямолинейной траектории. В таблице 2 представлен дисперсионный анализ длины саженцев абрикоса обыкновенного (Armeniaca vulgaris) 30 октября 2004 года. В геоаномалии с преобладанием отрицательного заряда (опыт 1), в геоаномалии с преобладанием положительного знака (опыт 2) и нейтральной зоне (контроль).
Таблица 2 - Длина саженцев абрикоса обыкновенного (Armeniaca vulgaris) 30 октября 2004 года
| Повтор. | Опыт 1, см | Опыт 2, см | Контроль,см |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | 60 (6) | 30 (3) | 47 (4,7) |
| 2 | 55 (5,5) | 28 (2,8) | 45 (4,5) |
| 3 | 63 (6,3) | 32 (3,2) | 48 (4,8) |
| 4 | 58 (5,8) | 35 (3,5) | 50 (5) |
| 5 | 52 (5,2) | 27 (2,7) | 43 (4,3) |
| nx | 5 5 5 | ||
| Mx | 28,8 15,2 23,3 | ||
| Sy2 = 20 gx2 = 9,25 nx2 = 0,92 Sx2 = 18,5 gz2 = 0,15 nz2 = 0,08 Sz2 = 1,5 F = 6,16 F > F05 | |||
После этого саженцы зимовали в летней теплице при температуре от (0 оС) до (+ 10 оС). 2 апреля 2005 года саженцы были рассажены в отдельные вегетационные сосуды и выставлены в зону действия геоаномалий второго типа (1 опыт), первого типа (2 опыт) и в нейтральной зоне (контроль). 30 октября 2005 года проведены измерения длины саженцев, количество листьев и веток. Данные представлены в таблице 3.
Анализ данных показывает, что даже в условиях изоляции от действия агрохимических факторов в связи с разностью почвенного состава, различие в геохимии подпочвенных пород и отсутствие взаимовлияния корневых систем четко выявляется факт действия геоаномалий через электрические заряды и электромагнитные поля на рост и развитие абрикоса. В геоаномалии 2 типа (1 опыт) мы наблюдаем эффект стимуляции роста, которое однако сопровождается нарушением в росте и развитии стволов и веток саженцев, а также большим количеством сухих веточек о чем свидетельствуют данные таблицы. Факт стимуляции доказывается увеличением длины саженцев, наличием большого количества веток (интенсивность ветвления), увеличением площади листовой поверхности (рис. 1). В геоаномалии первого типа с преобладанием положительного знака заряда (2 опыт) мы наблюдали угнетение роста веток, насчитывалось меньшее, чем в контроле количество листьев, а также большое количество изогнутых веток. В нейтральной зоне мы почти не наблюдали аномального роста и развития веток и стволов. Линейные размеры саженцев были значительно меньше. Эти эксперименты доказывают, что геоаномалии существенно влияют на рост и развитие деревьев.
Таблица 3 - Влияние геоаномалии отрицательного знака зарядов (1 опыт), геоаномалии с преобладанием положительного знака зарядов (2 опыт) и нейтральной зоны (контроль) на рост и развитие абрикоса обыкновенного (Armeniaca vulgaris) 30 октября 2005 года
| Наименование | Опыт 1 | Опыт 2 | Контроль |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Высота ствола | 120 см | 60 см | 95 см |
| Количество веток | 25 шт | 16 шт | 20 шт |
| Количество искривленных веток | 21 шт. | 14 шт. | 0 шт. |
| Количество сухих веток | 9 шт. | 5 шт. | 0 шт. |
| Длина веток | 20 см, 22 см, 23 см, 21 см, 20 см. | 6,5 см, 8,2 см, 7 см, 8 см, 6 см | 16 см, 18 см, 15 см, 12 см, 15 см |
| Количество листьев на ветке длиной 10 см | 13 шт., 12 шт, 14 шт., 12 шт. | 6 шт., 5 шт., 4 шт., 5 шт. | 10 шт., 9 шт., 9 шт., 10 шт. |
| Количество сухих листьев на ветке 10 см | 7 шт., 6 шт., 5 шт | 4 шт., 3 шт., 4 шт. | 1 шт., 0 шт., 0 шт. |
Для изучения вопроса действия геофизических полей, которые действуют в зоне геоаномалии особенно интенсивно, был поставлен специальный эксперимент с биоиндикатором. В качестве биоиндикатора использовались сухие семена ячменя (Hordeum distichum) сорт «Нутанс - 187».
Семена засыпались в бюкс с протертой пробкой, смазанных техническим вазелином, в количестве 100 семян. 3 бюкса ставились в специальную нишу (ячейка бетонная) в зоне действия геоаномалии и другие 3 бюкса ставились в ячейку, которая находилась в нейтральной зоне. Ячейки закрывались керамической плиткой и засыпались землей, инкубация проходила в течении 5 дней в весенний период (с 20 по 25 апреля). После окончания срока экспозиции бюксы с семенами вынимались, и семена проращивались на влажной фильтровальной бумаге в чашке Петри, в нейтральной зоне и геоаномалии при температуре – (+28оС). Результаты эксперимента показаны в таблице 4. Эксперимент был проведен в 10 повторностях. Все это ещё раз подтверждает, что геофизические поля влияют на рост и развитие растений.
Рисунок 1 - Рост и развитие Абрикоса обыкновенного (Armeniaca vulgaris) в геоаномалии с отрицательным знаком заряда и нейтральной зоне
Таблица 4 - Всхожесть семян ячменя (Hordeum distichum) сорт «Нутанс - 187» в процентном соотношении на 3 – 5 день после их экспозиции в нейтральной зоне и геоаномалии с положительным знаком зарядов (по критерию Стьюдента)
| Контроль | Геоаномалия | ||||
| М±m, n=10 | М±m, n=10 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 3 день, % | 4 день, % | 5 день, % | 3 день, % | 4 день, % | 5 день, % |
| 30±1.4 | 48±1.4 | 91±1.5 | 20±1.6 | 31±1.4 | 74±1.5 |
| 32±1.5 | 52±1.5 | 89±1.4 | 16±1.5 | 28±1.6 | 80±1.4 |
| 31±1.2 | 58±1.4 | 85±1.5 | 22±1.4 | 32±1.5 | 72±1.7 |
| 34±1.4 | 55±1.3 | 90±1.6 | 19±1.3 | 36±1.6 | 68±1.3 |
| 33±1.5 | 60±1.6 | 93±1.3 | 18±1.7 | 34±1.4 | 61±1.2 |
| вн.з. = 6,6; Сн.з. = 3,3; mн.з. = 1,5 | вг. = 4,2; Сг. = 3,6; mг = 1,6 | ||||
| p<0.01; md = 2,1; tst= 4%. | |||||
Этот эксперимент показал, что есть влияние геоаномалии на метаболизм сухих семян. Однако, как быстро происходят изменения в семенах под действием геофизических полей, можно было показать с помощью плазмографии.
Для этого был поставлен второй эксперимент с семенами сои (Glycine hispida) сорт "Ходсон", которая является удобным объектом для плазмографической регистрации. В ходе эксперимента 10 семян сои помещались в бюксы, которые устанавливались в бетонных ячейках в зоне действия геоаномалии и нейтральной зоне. Были получены пламографические снимки семян до помещения их в геоаномалию, подсчитано число стримеров и дана оценка интенсивности свечения в баллах: 1 – слабое свечение; 3 – среднее свечение; 5 – интенсивное свечение. После экспозиции в течение часа вновь было проведено плазмографическое тестирование, которое показало, что изменения незначительные. 3 проба была взята через 24 часа экспозиции в геоаномалии и было получено достоверное уменьшение интенсивности свечения и количества стримеров. Данные показаны в таблице 5.
Таблица 5 - Интенсивность свечения в баллах и количество стримеров в плазмографической картине сухих семян сои (Glycine hispida) сорт "Ходсон" в контроле (нейтральная зона) и опыте (геоаномалии с положительным знаком).
| Количество стримеров | Свечение в баллах | ||||
| Повтор. | контроль | Опыт | № | контроль | Опыт |
| 1 | 24 (2,4) | 10 (1) | 1 | 5 | 1 |
| 2 | 38 (3,8) | 12 (1,2) | 2 | 4 | 2 |
| 3 | 22 (2,2) | 11 (1,1) | 3 | 4 | 1 |
| 4 | 47 (4,7) | 14 (1,4) | 4 | 5 | 2 |
| 5 | 36 (3,6) | 8 (0,8) | 5 | 5 | 1 |
| 6 | 32 (3,2) | 13 (1,3) | 6 | 5 | 2 |
| 7 | 39 (3,9) | 10 (1) | 7 | 4 | 2 |
| nx | 7 | 7 | nx | 7 | 7 |
| Мx | 23,8 | 7,8 | Мx | 32 | 11 |
| Sy2 = 23,1 gx2 = 18,39 Sx2 = 18,39 gz2 = 0,67 Sz2 = 4,71 F = 27,4 nx2 = 0,80 nz2 = 0,20 F > F05 | Sy2 = 35 gx2 = 31,4 Sx2 = 31,4 gz2 = 5,1 Sz2 = 3,6 F = 6,15 nx2 = 0,90 nz2 = 0,10 F > F05 | ||||
Таблица 6 - Всхожесть семян сои (Glycine hispida) сорт "Ходсон" в процентном соотношении на пятый день
| Контроль, %. 5 день | Геоаномалия, %. 5 день |
| М±m, n=20 | М±m, n=20 |
| 1 | 2 |
| 91±0,6 | 85±1,2 |
| 92±0,7 | 82±1,3 |
| 90±0,5 | 84±1,1 |
| 89±0,8 | 81±1,3 |
| 93±0,5 | 79±1,3 |
| 91±0,7 | 85±1,2 |
| 90±0,7 | 80±1,3 |
| вн.з. = 1,7; Сн.з. = 1,92; mн.з. = 0,7; | вг. = 1,8; Сг. = 3,3; mг = 1,2; |
| p<0.01; md = 1,5; tst - 5,2%. | |
Были проведены эксперименты всхожести семян сои после их инкубации в геоаномалии по сравнению с нейтральной зоной. Проращивание проводилось на 5 день после нахождения во влажной среде. Данные приведены в табл. 6.
Следовательно, результат статистической обработки показывает, что кроме первичных биофизических изменений, происходят достоверные физиологические изменения, которые выражаются в подавлении всхожести семян в геоаномалии с положительным знаком зарядов. Плазмография показала, что в основе первичного биофизического эффекта геоаномалий на растительные ткани лежит изменение зарядовой структуры живого объекта и их плотности. Что изменяет ЭДС (электродвижущая сила) внутреннего электрического поля (биоэлектретный эффект).