Влияние сочетанного химического и электромагнитного загрязнения на биологические свойства почв. Монография

41

При исследовании адсорбции гербицида атразина в подземные воды был показан синергический эффект кадмия и карбофоса. Медь же, наоборот, вызывала антагонистический эффект. При сочетанном воздействии карбофоса и кадмия синергетический эффект усиливался, так же усиливался антагонистический эффект меди при добавлении её вместе с карбофосом (Qian, 2011).

Помимо влияния сочетанных загрязнений тяжелых металлов или тяжелых металлов и других загрязнителей химической природы, много внимания уделяется и влиянию изменения рН, жесткости, количества растворенного органического углерода и т.д.

Хейджерик с соавторами (2002) разработал модели, которые позволили объяснить наблюдаемый эффект изменения влияния цинка зависимости от значения кислотности и количества растворённого органического углерода. Увеличение рН и/или количества растворенного органического углерода снижало токсичность цинка. Самая низкая токсичность Zn наблюдалось в тестах выступал с умеренной жёсткостью среды (от 200 до 300 мг/л CaCO3). Более низкая или высокая жёсткость среды давала в результате более слабый эффект (Heijerick at al., 2002).

В исследованиях, проведенных на личинках американской устрицы Crassostrea virginica был показан эффект усиления токсичности меди с увеличением температуры и солёности воды (MacInnes, Calabrese 1979).

Также изучалось сочетанное действие температуры, рН и тяжелых металлов (медь и цинк) на деятельность казеиновых и гемоглобиновых протеиназ кишечни-

ка в окуня (Perca fluviatilis), плотвы (Rutilus rutilus), ерша (Gymnocephalus cernuus), карпа (Cyprinus carpio), и кильки (Clupeonella cultriventris). После понижения тем-

пературы до 0°C в присутствии тяжелых металлов (медь и цинк) в концентрации 10 мг/л, активность казеиновых и гемоглобиновых протеиназ снизилась у всех изученных рыб. Любое изменение значения рН приводило к менее выраженным изменениям в ферментативной активности у разных видов. Совместное действие этих факторов изменяло активность ферментов в большей степени, чем у их отдельных воздействий. (Кузьмина, Ушакова, 2007).

42

1.4.3. Сочетанное действие тяжёлых металлов и электромагнитных полей

Не менее важной задачей является изучение сочетанного загрязнения тяжелыми металлами и ЭМИ, особенно с учетом увеличения количества ЭМИ в окружающей среде в последние годы.

Ю.В. Артамоновой (Карагайчевой) с соавторами (2009) изучалось комбинированное действие ЭМИ 65 ГГц (ППЭ 120 мкВт/см2) с ацетатом свинца на выносливость и массу белых беспородных мышей.

Перед началом эксперимента животные были взвешены, протестированы и разделены 4 группы по 6 особей в каждой. Животным 1-ой группы перорально вводили 0,18-0,22 мл (в зависимости от массы животного) дистиллированной воды. Введение раствора проводили через зонд в пищевод. Животные 2-ой группы подвергались воздействию ЭМИ КВЧ и затем им вводили аналогичный объем дистиллированной воды. Животным 3-ей группы вводили раствор ацетата свинца в дозе 0,24 мг/кг или 2,4 мг/кг через зонд. Животные 4-ой подвергалась воздействию ЭМИ КВЧ и затем им вводили аналогичный объем раствора ацетата свинца в дозе 0,24 мг/кг и 2,4 мг/кг. Для определения общей физической выносливости использовали модифицированную стандартную методику вынужденного плавания животных через 24 ч после воздействия.

В группе животных, подвергаемых только воздействию ЭМИ КВЧ, наблюдалось увеличение продолжительности плавания, на 40% относительно контрольных значений. При пероральном введении ацетата свинца в течение 10-ти суток в суточной дозе 0,24 мг/кг выносливость животных практически не изменялась, при комбинированном воздействии ацетата свинца и ЭМИ КВЧ она уменьшается на 22% относительно контрольной группы. Продолжение введения ацетата свинца в течение 5 суток в увеличенной дозе (2,4 мг/кг) приводило к значительному снижению, в среднем на 40%, выносливости животных, как при изолированном, так и при сочетанном воздействии с ЭМИ КВЧ. При пероральном введении ацетата свинца в течение 5-ти суток в суточной дозе 2,4 мг/кг выносливость животных уменьшалась в среднем на 36%, а при сочетании с ЭМИ КВЧ - на 45% по сравне-

43

нию с контрольной группой. Масса животных уменьшалась только при длительном накоплении свинца в организме.

В основе потенцирующего (усиливающего) действия КВЧ-излучения на токсический эффект свинца лежит развитие оксидативного стресса организма (Артамонова (Карагайчева) и др., 2009).

В дальнейших исследованиях Карагайчевой, проведенных по той же экспериментальной схеме, изучалось влияние ЭМИ КВЧ и ацетата свинца на активность креатинкиназы (КК), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и концентрации малонового диальдегида (МДА).

За 10 дней всех видов воздействий активность КК и ЛДГ в крови животных увеличивалась во всех группах. Увеличение активности указанных ферментов у животных контрольной группы мы связываем с эмоциональным стрессом (боль, страх), которые животные испытывают при пероральном введении воды. Свинец в выбранной дозе не влиял на активность КК.

Что касается эффектов комбинированного воздействия (свинец + ЭМИ; ЭМИ + свинец), наблюдалось значительное уменьшение активности КК по сравнению с контролем, ≈ на 40-50%. Вероятно это связано с корригирующим действием ЭМИ на нервную систему животных, испытывающих эмоциональный стресс. Косвенным подтверждением данного предположения является максимальное уменьшение активности КК при последовательном воздействии на животных сначала ЭМИ, а затем свинца.

Также было показано увеличение активности ЛДГ при изолированном воздействии ацетата свинца (≈60%). Т.е. в данном случае авторы регистрировали последствия не только эмоционального, но и химического стресса, вызванного действием свинца. При сочетанном воздействии в последовательности – свинец, ЭМИ

– наблюдалось значительное снижение активности ЛДГ относительно контроля, на 50%. Этот эффект невозможно объяснить только коррекцией психоэмоционального состояния животных. Видимо, ЭМИ КВЧ корригирует процессы, связанные с аэробным дыханием.

44

Результаты анализа МДА показали, что достоверных изменений данного параметра не наблюдалось ни в одной из исследуемых групп (Карагайчева и др., 2010).

Позже Ю.В. Артамонова (Карагайчева) опубликовала данные другого эксперимента, но результаты несколько отличаются от предыдущих:

1.Ацетат свинца в нелетальных дозах 0,24-24 мг/кг негативно влияет на выносливость и поведенческие реакции животных. Эффект воздействия прямо пропорционально зависит от дозы.

2.Ежедневное кратковременное (30 мин) воздействие на животных электромагнитными волнами с частотой 65 ГГц и плотностью потока энергии 120 мкВт/см2 повышает (~ 20%) их физическую выносливость.

3.При сочетанном воздействии с ацетатом свинца в дозах 0,24 – 24 мг/кг ЭМИ 65 ГГц уменьшает эффект воздействия токсиканта на животных: повышает их физическую выносливость, нормализует психоэмоциональные реакции и метаболические процессы.

4.Корригирующий (улучшающий, корректирующий) эффект ЭМИ 65 ГГц низкой интенсивности связан с антистрессовым воздействием на нервную систему животных (Артамонова (Карагайчева), 2012).

Как видно из результатов двух экспериментов, сочетанное воздействие ЭМП

иацетата свинца вызвало два противоположных эффекта: потенцирующий и корригирующий. Можно сделать вывод, что вопрос о сочетанном влиянии ЭМП и тяжелых металлов на животных остается открытым. Необходимы повторы экспериментов, для установления единых закономерностей влияния этих факторов.

1.4.4.Сочетанное действие электромагнитных полей разной интенсивности

При совместном воздействии различных ЭМП могут возникать эффекты

усиления. Сочетанное электромагнитное воздействие, включавшее низкоинтенсивное ЭМИ КВЧ и СНЧ ПеМП малой индукции (1 мТл), применяется при заболеваниях опорно-двигательного аппарата и невритах. ЭМИ КВЧ модулируют в диапазоне 42,1−42,3 ГГц сигналами низких биологически значимых частот 1,7–

45

3,4–7,8–15,6 Гц, оказавшихся эффективными для развития антистрессорных адаптационных реакций организма (АР). Результаты исследований свидетельствуют о возможности повышения эффективности сложномодулированных электромагнитных излучений миллиметрового диапазона путем их сочетания с действием сверхнизкочастотных переменных магнитных полей, а также о связи такого повышения эффективности с активизацией антистрессорных механизмов по сравнению с отдельным воздействием каждого из излучений (Гаркави и др., 2005).

Объектом ещё одного исследования была субхондральная кость (СХК) экспериментально травмированного наружного мыщелка бедра коленного сустава кролика. Животные I группы (контрольной) не подвергались лазерному облучению в послеоперационном периоде. Животные II группы в послеоперационном периоде получили 18 сеансов комбинированного воздействия синим и красным НИЛИ на 10 точек, по 1 минуте каждого цвета на каждую точку. Животные III группы в послеоперационном периоде получили 18 сеансов сочетанного воздействия красного НИЛИ (длина волны 632,8 нм, плотность мощности 100 мВт/см2) и постоянного магнитного поля одновременно. В течение каждого сеанса облучали те же 10 точек на коже в области раны и печени по 2 минуты на каждую точку.

Комбинированное лазерное и сочетанное магнито-лазерное воздействие оказывали благотворное влияние на процессы регенерации субхондральной кости, способствуют раннему заживлению повреждённого участка субхондральной пластинки и суставного хряща. Наиболее выраженный эффект наблюдался после сочетанного магнито-лазерного воздействия (Сердюченко и др., 2009).

46

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Черноземы обыкновенные

Черноземы занимают менее 7% территории России. Однако на этих территориях находится 50% пашни страны и здесь выращивается 2/3 сельскохозяйственной продукции (Антропогенная эволюция черноземов, 2000). В Южном федеральном округе черноземы составляют главный ресурс сельскохозяйственного производства. Они встречаются во всех регионах округа, кроме Астраханской области. Главнейшие обладатели черноземного фонда – Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская и Волгоградская области, Адыгея, КабардиноБалкария, Карачаево-Черкесия (Вальков и др., 2008).

Формирование чернозёмов происходит под действием следующих почвообразовательных процессов: дерновый процесс, минерализация органических остатков и гумуса, образование и накопление гумусовых веществ, оглинивание почвенной массы, выщелачивание и миграция простых солей. В связи с тем, что эти процессы имеют свою специфику в зависимости от разных географических и биоклиматических условиях, черноземы представлены тремя фациями: восточноевропейской, южно-европейской и горной (предгорной) (Вальков и др., 2002).

В качестве объекта исследований был использован чернозем обыкновенной южно-европейской фации среднемощный малогумусный на желто-бурых европейских суглинках. Отбор почвы проводили на территории эталонного участка «Персиановская степь», расположенном на территории учхоза «Донское» Октябрьского района Ростовской области приблизительно в 4 км к востоку от пос. Персиановский. По растительности «Персиановская степь» относится к сухому варианту приазовских степей. Основная роль принадлежит дерновинным плотнокустовым злакам, так же встречаются кустарники и кустарнички.

Черноземы обыкновенные карбонатные южно-европейской фации занимают обширные равнины Азово-Кубанской низменности в пределах Краснодарского

47

края и южной части Ростовской области с количеством выпадающих осадков 400500 мм (Казеев и др., 2010).

Карбонатный профиль чернозема начинается с поверхности. В нижней части горизонта А обнаруживается карбонатный мицелий, который свидетельствует о увеличении количества СаСО3 до горизонта ССа. В горизонте ССа наблюдается четкое иллювиальное накопление СаСО3. Среди черноземов преобладают сверхмощные и малогумусные виды. Мощность чернозема прямо пропорциональна климатическим условиям, а именно увеличению количества осадков. В сухих районах Ростовской области распространены менее мощные черноземы (Казеев и др., 2004).

Генетический профиль чернозема состоит из следующих горизонтов (по Валькову и др., 2008):

А 0-55 см (Апах 0-25; А 25-55) – гумусово-аккумклятивный по фульватногуматному типу. Карбонатен.

АВ 55-145 см – переходный гумусово-аккумулятивный, карбонатный.

ССа 145-220 см – иллювиально-деструктивный карбонатный с обилием новообразований СаСО3 типа белоглазки и прожилок.

С 220 см – материнская порода, тяжелый лессовидный суглинок. Мощность гумусового профиля (А + АВ) составляет порядка 145 см, мощ-

ность же почвенного профиля в целом – около 220 см.

Почвообразующие породы чернозема представлены преимущественно карбонатными лёссовидными глинами и суглинками мощность которых составляет от 6 до 50 м, имеющих флювиогляциальное, аллювиальное и аллювиальноделювиальное происхождение. Содержание СаСО3 в них колеблется в широких пределах от 4 до 16%.

Гранулометрический состав в основном тяжелосуглинистый и легкоглинистый. В нём преобладают фракции крупной пыли (30-54%) и ила (35-41%), содержание же песка незначительно. В целом эти породы имеют высокую порозность (42-52 %), хорошую влагоемкость и водопроницаемость (Вальков и др., 2002).

48

Валовой состав лёссовидных глин и суглинков имеет высокое содержание кремнезема (56-68 %), значительное количество алюминия (13-16%), железа (4,4- 6,7%), магния (1,6-2,7%), калия (1,6-2,0 %) и фосфора (0,10-0,16 %) (Блажний и др., 1985).

Климатическими особенностями чернозема обыкновенного южноевропейской фации являются: годовая температура 10Со, продолжительность промерзания до 20 см – 1-2 месяца, ГТК – 0,7-0,8, 450-550 мм осадков.

Для черноземов обыкновенных можно выделить почвообразовательные процессы, обладающие следующей спецификой (по Валькову и др., 2008):

1.Образование и накопление фульватно-гуматного, насыщенного кальцием гумуса (Сгк : Сфк = 1,5-2,0) в горизонтах А+АВ+В.

2.Миграция карбонатов в почвенном профиле, выделение миграционных новообразований CaCO3 (прожилки, мицелий, паутинка), образование карбонатного иллювиального горизонта. Выщелачивание легкорастворимых солей за пределы почвенных горизонтов.

3.Оглинивание почвенной толщи с максимумом в переходном горизонте АВ, с накоплением гидрослюд, монтмориллонита, каолинита, галлуазита.

Содержание гумуса в нём составляет 3,6-4,2%, запасы гумуса около 300-500 т/га, так же можно отметить высокую потенциальную обеспеченность азотом, фосфором и калием при богатстве зольными элементами. Коэффициент оглинивания составляет 1,05-1,10,кислотность 7,7-8,3. (Вальков, 1977).

Тяжелый гранулометрический состав обеспечивает высокую поглотительную способность черноземов. Роль органических веществ в почвенном поглощающем комплексе несколько ниже. Обычно доля гумуса в емкости почвенного поглощающего комплекса составляет около 25%. Емкость обмена в верхних почвенных горизонтах составляет 40-45 мг-экв/100 г. Кальций обеспечивает около 8090% суммы поглощенных оснований (Казеев, 2004).

49

2.2 Бурые лесные почвы

Бурые лесные почвы покрывают площади высоких и средне-высоких гор на высоте 1200–1700 м на северных склонах Северного Кавказа (умеренно теплая северокавказская фация) и до 1400–1800 м на южных склонах Северного Кавказа (влажно-теплая западнозакавказская фация). Их нижняя граница проходит по высоте 500–700 м. В западных районах Кавказа бурые лесные почвы могут встречаться ещё ниже, где граничат с серыми лесными и лесостепными почвами, а в отдельных случаях могут граничить и с черноземами (Казеев и др., 2010).

В качестве объекта исследований были использованы бурые лесные почвы, отобранные на территории республики Адыгея, рядом с п. Никель. Почвы расположены под буково-грабовым лесом.

В целом бурые лесные почвы формируются под мертвопокровными буковыми, буково-грабовыми, пихтовыми и пихто-еловыми лесами, также они могут формироваться под дубовыми лесами с примесью граба, бука и дикорастущих плодовых растений.

Можно выделить следующие условия формирования бурых лесных почв разных типов: хвойная, хвойно-широколиственная и широколиственная растительность, иногда с травянистым покровом, значительный по объему азотнокальциевый биологический круговорот веществ, обязательно должно происходить глубокое промачивание почвенного профиля, должен присутствовать промывной водный режим, внутрипочвенный дренаж должен быть хорошо выражен, климат должен содержать длительный теплый период, который обеспечивает процессы активного оглинивания, а также интенсивный биологический круговорот (Вальков и др., 2002).

При буроземообразовании могут формироваться два типа профилей: без ясной дифференциации минеральной части по генетическим горизонтам (это бурые лесные слабоненасыщенные и кислые, имеющие горизонты А+АВt+Вt) и с четкими различиями в составе минеральной части по горизонтам (это бурые лесные

50

слабоненасыщенные и кислые оподзоленные, содержат горизонты А1+А1А2+АВt+Вt) (Вальков и др., 2008).

Бурые лесные почвы с недифференцированным профилем формируются под воздействием следующих почвообразовательных процессов (по Валь-

кову и др., 2008):

1.Выщелачивание легкорастворимых солей и карбонатов при промывном водном режиме. Генетический результат такого процесса – отсутствие в почвенном профиле горизонтов легкорастворимых солей и карбонатов, а также подкисление почвенной среды (рН всех подтипов буроземов ниже 6,5).

2.Гумусообразование и гумусонакопление, формирующие сравнительно мощный для лесных почв гумусовый горизонт. Обычно нижняя граница гумусового горизонта определяется содержанием гумуса около 1 % (горизонт А).

3.Оглинивание почвенного профиля с накоплением глинистых коллоидов в нижней части профиля, где образуется метаморфический горизонт Вt. В этом горизонте наблюдается повышенное содержание глинистых частиц. Верхняя часть этого слоя (горизонты АВt+Вt) граничит с гумусовыми горизонтами.

Строение профиля бурых лесных почв (по Валькову и др., 2008):

А0 – лесная подстилка мощностью от 0,5 до 5 см в зависимости от времени

года.

А0А1 – грубогумусный горизонт, темно-серого цвета, рыхлый. Его мощность

1–5 см.

А1 – гумусовый горизонт, темновато-бурый или серовато-бурый, рыхлокомковатый или комковато-зернистый, чаще суглинистый. Мощность 10–20 см.

А1Вt – гумусовый метаморфический (текстурный) горизонт. Мощность 20– 30 см.

Вt – метаморфический (текстурный) горизонт бурый или коричнево-бурый, тяжелосуглинистый, комковато-ореховый или зернисто-ореховатый, уплотненный. По граням структурных отдельностей тонкие органо-минеральные пленки. Мощность 20–30 см.

ВС – переходный к почвообразующей породе горизонт.