Введение к работе
Актуальность исследования. Загрязнение почв в настоящее время становится одной из наиболее острых экологических проблем.
Тяжелые металлы, накапливающиеся в почве, способны привести к изменению как биологических, так и физических почвенных свойств. К тому же, связываясь с почвенными компонентами, они способны надолго оставаться в почве. Исследованию их влияния на почву посвящено значительное количество работ (Звягинцев, 1987; Левин и др., 1989; Ильин В.Б., 1991; Колесников и др., 2000, 2002, 2006).
Нефтяное загрязнение так же отрицательно влияет на почвенные свойства, снижает численность микроорганизмов и активность ферментов, нарушает структуру и аэрацию почвы. Влияние нефти на почвенные свойства является одним из приоритетных направлений исследований (Пиковский, 1993; Трофимов и др., 2000; Киреева и др., 1998, 2002; Назаров и др., 2010; Колесников, 2006).
Электромагнитные поля оказывают воздействие на все уровни организации жизни, их действие связано с работой многих механизмов, в основе которых лежит процесс поглощения и преобразования энергии излучения. В связи с тем, что количество источников электромагнитных полей постоянно возрастает, вопросы электромагнитного загрязнения становятся всё более актуальными (Олешко и др., 1980; Бинги, 2002, 2006; Григорьев и др., 2003; Денисова и др., 2009, 2011).
Несмотря на то, что в литературе существует большое количество работ, посвященных вышеперечисленным загрязнителям, работ, посвященных их сочетанному влиянию на биологические объекты, значительно меньше (Жвирбилис, 1999; Somasundaran, Ajmal, 2010; Qixing, 1999; Heijerick at al., 2002; Сердюченко и др., 2009; Карагайчева, 2009, 2010; 2012). А исследований, посвященных влиянию сочетанного загрязнения на почвенные свойства, практически нет (Вызовская, 2007; Паникова и др., 2010).
Цель работы - установить закономерности изменения биологических свойств почв под влиянием сочетанного воздействия химическими загрязнителями и электромагнитными полями различной природы.
Задачи исследования:
1. Установить закономерности воздействия сочетанного загрязнения на биологические свойства почв юга России, такие как обилие различных экологических групп почвенных бактерий и микромицетов, почвенная микробная биомасса, ферментативная активность, фитотоксичность почв.
2. Исследовать изменения свойств почв в зависимости от природы загрязняющих веществ (свинец, нефть), их концентрации в почве, уровня и частоты воздействия электромагнитных полей (поля промышленной частоты 50 Гц и СВЧ-излучения).
3. Определить вклад каждого из факторов в изменение биологических свойств почвы.
4. Ранжировать показатели биологической активности по чувствительности к сочетанному воздействию.
5. Оценить устойчивость к сочетанному загрязнению различных почв юга России: черноземов обыкновенных карбонатных, бурых лесных почв, серопесков.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Сочетанное химическое и электромагнитное воздействие, как правило, вызывает снижение значений биологических показателей, однако в отдельных случаях наблюдается стимулирующий эффект.
2. В большинстве случаев химические и электромагнитные факторы действуют синергетически, однако в некоторых случаях проявлялся антагонистический эффект.
3. Эффект от сочетанного загрязнения зависит не только от воздействия факторов по отдельности, но и от их взаимодействия. Основной вклад вносило химическое загрязнение (40-84%), меньший вклад (15-38%) оказывало взаимодействие загрязняющих факторов, вклад электромагнитного воздействия был незначительным (10-28%) или статистически недостоверным.
4. Наиболее чувствительными к сочетанному загрязнению являются аммонифицирующие и амилолитические бактерии, почвенные микромицеты, фермент каталаза.
5. По степени устойчивости к сочетанному загрязнению почвы юга России образуют следующий ряд: черноземы обыкновенные = бурые лесные почвы > серопески.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование почв, подвергшихся сочетанному загрязнению нефтью и СВЧ-излучением, нефтью и переменным магнитным полем, свинцом и СВЧ-излучением, свинцом и переменным магнитным полем. Установлены закономерности влияния сочетанного загрязнения на различные биологические почвенные показатели. Изучены закономерности изменения биологических показателей в зависимости от дозы каждого из факторов. Проведено сопоставление изменения биологических свойств в зависимости от типа почвы. Дана оценка влияния взаимодействия загрязняющих факторов между собой на биологические свойства почв.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при мониторинге и диагностике состояния загрязненных почв, при оценке воздействия на окружающую среду, оценке риска природных и антропогенных катастроф, разработке нормативов влияния электромагнитного поля (ЭМИ) на почвы, разработке региональных нормативов содержания свинца и нефти в почвах, а также в других производственных и природоохранных мероприятиях. Результаты исследования используются в учебном процессе при преподавании экологии, почвоведения, природопользования и охраны окружающей среды, экологической экспертизы, экологического мониторинга и биоиндикации в Южном федеральном университете и могут быть использованы в учебном процессе в других ВУЗах.
Личный вклад автора. Тема, цель, задачи, объекты, методы и план исследования определены автором совместно с научным руководителем. Отбор почв для модельных экспериментов осуществлены в ходе проведения комплексных экспедиций. Лабораторные модельные опыты и анализы проведены лично автором или под его руководством. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично автором при направляющем и корректирующем участии научного руководителя. По результатам исследований автором или научным коллективом с участием автора опубликован ряд научных работ объемом 3,85 п.л. и долей участия автора – 85 %.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010), IV Международной Научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2011), научной конференции «Неделя науки-2011» (Ростов-на-Дону, 2011), научной конференции «Неделя науки-2012» (Ростов-на-Дону, 2012), XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2012» (Москва, 2012), Международной конференции «Биология – наука XXI века» (Москва, 2012), Всероссийской с международным участием научной конференции «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования» (Петрозаводск – Москва, 2012), Пятой Международной научно-практической конференции «Музей-заповедник: экология и культура» (Станица Вёшенская, 2012), научной конференции сотрудников, студентов и аспирантов кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета «Актуальные вопросы экологии и природопользования» (Ростов-на-Дону-2012), научной конференции «Неделя науки 2013» (Ростов-на-Дону, 2013), XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2013» (Москва, 2013).
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 26 публикациях, из них 5 работ в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 32 рисунка. Список использованной литературы включает 369 источников, в том числе 77 на иностранных языках.
Конкурсная поддержка исследования. Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственные контракты П169, П1298, П322, 16.740.11.0528, 14.740.11.1029, соглашения 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269, 5.5160.2011), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса России» на 2007-2013 годы (государственный контракт 14.515.11.0055), Президента РФ (грант НШ-5316.2010.4), в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета.
Благодарности. Автор глубоко признателен за помощь в работе своему научному руководителю, заведующему кафедрой экологии и природопользования ЮФУ, д.с.-х.н., профессору С.И. Колесникову, д.б.н., профессору Денисовой Т.В. и всем сотрудникам кафедры экологии и природопользования, а также сотрудникам кафедры микробиологии за содействие в организации экспериментов.
Похожие диссертации на Влияние сочетанного химического и электромагнитного загрязнения на биологические свойства почв
