Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние электромагнитных полей воздушных линий электропередач на почвы лесных насаждений

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Влияние электромагнитных полей воздушных линий электропередач на почвы лесных насаждений"

На правах рукописи

Щербаков Иван Валерьевич

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НА ПОЧВЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

£□13

005058714

Екатеринбург - 2013

005058714

Работа выполнена на кафедре лесоводства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Залесов Сергей Вениаминович.

Официальные оппоненты: Бабушкина Люция Георгиевна, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», кафедра ботаники и защиты леса, профессор;

Ермакова Мария Викторовна, кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБУ науки «Ботанический сад» УрО РАН, лаборатория популяцион-ной биологии древесных растений и динамики леса, старший научный сотрудник.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», г. Барнаул.

Защита состоится «29» мая 2013 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, ауд. 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Автореферат разослан «19» апреля 2013 г.

Ученый секретарь ЛДсЛ^- Магасумова Альфия Гаптрауфовна

диссертационного совета '

Введение

Актуальность темы. В современной биосфере главной средой обитания биоты, как по числу видов, так и по биомассе является почва, которая играет ключевую роль в процессах трансформации всех наземных экосистем. Поэтому утрата или необратимая деградация почвы могут рассматриваться как гибель данной экосистемы.

Способность почвы к самоочищению от различных загрязнений, являющаяся интегральным показателем функционирования всей почвенной биоты и обусловлена активностью почвенных ферментов. Главные достоинства методов определения биологической активности почв заключаются в том, что они не требуют разрушения объектов исследования - изучаемых экосистем. Ферментативная и микробиологическая активность почв функционально связаны с процессами адаптации экосистем к различного рода загрязнениям, дают неспецифический отклик на разные факторы, существенно превышающие природный фон.

Изучению проблемы загрязнения биосферы при поступлении в природные среды многочисленных загрязняющих веществ промышленного происхождения, посвящены работы как отечественных, так и зарубежных авторов (S.Chopin, Garres, 1982; Воробейчик и др., 1994; Скибенко, 2000; Скибенко и др., 2006; Бабушкина и др., 2008 и др.), Однако среди множества производственных антропогенных 'факторов, оказывающих влияние на биологические объекты, мало изученными являются электромагнитные поля (ЭМП), особенно воздействия последних на почвы.

Несмотря на то, что в настоящее время проблеме влияния электромагнитного поля на живые организмы придается большое значение и установлено, что сильное электромагнитное излучение от искусственных источников способно оказать губительное воздействие на человека, растения, животных, до сих пор неизвестно к каким последствиям могут привести функциональные нарушения природных экосистем (Давыдов, 1984) вызванные электромагнитным воздействием.

Таким образом, не до конца остаются выяснены показатели биологической активности почв в насаждениях различных типов леса, а также вопросы воздействия физических факторов, в том числе электромагнитных полей, на почвенные экосистемы.

Степень разработанности темы исследования. Диссертация является

законченным научным исследованием.

Цель исследований. Целью настоящей работы является изучение ферментативной активности лесной подстилки и верхних горизонтов почвы лесных насаждений для установления возможности тестирования степени воздействия электромагнитных полей линий электропередач, а также лесорастительных свойств лесных почв на различных элементах рельефа.

Основные задачи исследования сводились к следующему:

1. Изучить биологическую активность лесной подстилки и верхних горизонтов почвы насаждений национального парка «Смоленское Поозерье» произрастающих на различных элементах рельефа.

2. Определить пределы колебаний суммарной активности каталазы лесной подстилки и верхних горизонтов почвы и установить возможность использования этого показателя в качестве эталонной «нормо-меры» при определении степени воздействия электромагнитных полей и других видов

техногенного загрязнения.

3. Оценить перспективность метода определения каталазной активности при изучении электромагнитного воздействия на почвенную экосистему с применением схемы определения уровня адаптации почвенных экосистем к различного рода антропогенным воздействиям.

4. Определить общие закономерности развития адаптации по характеру ответной реакции почвенных экосистем к негативному влиянию различных антропогенных факторов.

Научная новизна. Впервые, на основании изучения биологической активности почв выявлены зависимости почвенных характеристик от уровня воздействия на них электромагнитного поля линий электропередач (ЛЭП), а также общие закономерности ответной реакции почвенной биоты на электромагнитные загрязнения, определена степень воздействия электромагнитных полей промышленной частоты на почвенные экосистемы.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в определении пределов колебаний показателей соотношений биологической активности в верхнем горизонте почвенного профиля и суммарной активности каталазы в подгоризонтах 01, 02, А1 в эталонных почвах лесных биогеоценозов, принятых за «норму-меру» для дальнейшего использования при изучении электромагнитного влияния и других видов антропогенного воздействия на почвенную экосистему.

Основные результаты исследований могут быть использованы для оценки лесорастительных свойств почв и для определения степени нарушения лесных почв при воздействии электромагнитных полей промышленной частоты на почвенные экосистемы (по активности каталазы в почвенном профиле и по соотношению активности фермента в верхнем горизонте А1 и суммарной активности каталазы в подгоризонтах 01, 02, А1), а также для выявления фазы и стадии стресса в лесных почвах зоны электромагнитного загрязнения, свидетельствующих об обратимости или о необратимости физиологических процессов почвообразования.

Результаты работы, представлены в форме практических рекомендаций, которые используются в учебном процессе по региональной экологии и экологии для студентов лесо- и сельскохозяйственных вузов, а также при подготовке дипломных работ.

Методология и методы исследования. В основу исследования положен метод пробных площадей. Диагностика типов леса выполнена с учетом ме- . тодических рекомендаций В.Н. Сукачева и C.B. Зонна (1961), а на участках, лишенных древесной растительности с использованием украинской типологии (Погребняк, 1963; Мелехов, 1980; Луганский и др., 2010). Оценка почв производилась методом ферментативного анализа. Образцы лесной подстилки и верхних горизонтов почвы отбирались на трансектах из разрезов и прикопок, заложенных методом «конверта». Образцы отбирались из

горизонтов 01, 02 и А1.

В процессе проведения исследований во всех образцах почвы определяли полевую влажность, рН - потенциометрически (ЭВ-74), содержание тяжелых металлов и галогенидионов - потенциометрически (Мульти-сенсарный анализатор, МСА-8). Активность фермента каталазы в подстилках и почвах определялась согласно общепринятому методу (Звягинцев, 1980) и методики Л.Г. Бабушкиной и др. (2008).

Измерение уровня магнитной составляющей напряженности магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) выполнялось в соответствии с п. 4 СанПин 2.2.4.723 «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях», при помощи измерителя переменного магнитного поля.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Информационный тест лесорастительных свойств почв и степени их техногенного загрязнения, основанный на определении активности каталазы в лесной подстилке и верхних горизонтах почвы.

2. Количественные показатели воздействия электромагнитного поля воздушных линий электропередач на почвенные экосистемы.

3. Целесообразность применения модели развития стресса в почвенных экосистемах при антропогенном воздействии на них, для экологического прогнозирования, на основе определения пределов толерантности экосистем к электромагнитному влиянию и для разработки нормативов предельно допустимых нагрузок (ПДН). ^

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов и выводов базируется на большом объеме экспериментальных материалов собранных в различных регионах с применением апробированных научно-обоснованных методик и обработанных современными математико-статистическими методами. Автором определена проблема и намечено направление исследований, составлена программа и методика работ, выполнены все работы по сбору, полевого материала, его камеральный обработке, анализу и обобщению результатов исследований, формулировке выводов, заключений и основных положений.

Основные результаты исследований доложены на УШ Международной научно-технический конференции «Формирование регионального лес-

ного кластера: социально-экономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2011), VII Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2011), итоговых научных конференциях Уральской государственной сельскохозяйственной академии (Екатеринбург, 2008, 2009), УП Научно-практический конференции посвященной памяти A.A. Дунина - Горкавича (Ханты-Мансийск, 2012). Основное содержание диссертации изложено в 8 печатных работах, в т.ч. 4, в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Основное содержание диссертации изложено на 142 страницах машинописного текста, содержит 25 таблицы, 27 рисунков и 5 приложений. Библиография включает 156 наименований, в том числе 18 иностранных.

Глава 1. Состояние ферментативной активности почв в зонах антропогенного воздействия

Антропогенное воздействие на лесные экосистемы очень многогранно, поэтому изучение степени воздействия с целью принятия мер по минимизации отрицательных последствий и сохранения устойчивости насаждений является одной из важнейших задач современности. Особенно важно иметь объективные данные о влиянии различных видов антропогенного воздействия на почву. Известно (Гапанок и др., 1983; Бабушкина, Луганский, 1990; Бабушкина, 1991; Шебалова и др., 1991; Бабушкина и др., 1992, 2008; Шебалова, 1993; Луганский, 1993; Шебалова, Бабушкина, 1999; Шебалова, Залесов, 2007, 2008), что длительное аэротехногенное загрязнение лесной подстилки и почвы нарушает существующее в природе равновесие и превращается в ведущий экологический фактор, определяющий направление и развитие микробных сообществ. Последнее обусловлено не только накоплением аэротехногенных поллютантов в почве и их негативным воздействием на эдафические условия существования почвенной биоты, но также и интенсивностью реабилитационных почвенно-биологических процессов, инициируемых микрооргагнизмами, простейшими, эпифитной микрофлорой, попадающей вместе с опадом в лесные подстилки, корнями растений, микромицетами, насекомыми, их личинками и другими недоби-онтами. .

Почва, как уникальная, полиферментная система, обладает запасом биологических возможностей, реализация которых характеризуется уровнем ферментативной активности (Дояренко, 1966; Мс. Loren at all, 1974). В работе подробно проанализирована отечественная и зарубежная литература о влиянии природных и антропогенных факторов на ферментативную активность почвы (Drobüik, Seifert, 1955, Durand, 1965; Berger-Handefeldt,

1965; Славина, 1968; Корнев, 1968; Смольянинов, 1968; Васюк 1968; Лазарев, 1968; Burns, 1972, 1875; Kiss at all, 1975, 1977; Skiyms 1976; Щербакова 1983; Левин и др., 1989; Воробейчик и др., 1994; Бабушкина и др., 2008) Выполненный анализ показал, что независимо от характера загрязнения почв, изменения активности некоторых ферментов в них имеют сходство динамики и направленности этого процесса, что позволяет предположить о неспецифичности таких изменений, а почвенные ферменты, особенно чувствительные к любым антропогенным воздействиям, следует применять в качестве неспецифических биоиндикаторов загрязнения. В качестве наиболее информативного индикатора адаптации почвенных экосистем ряд ученых (Бабушкина и др., 2008) предлагают использовать относительный показатель - коэффициент каталазной активности почвы (КК11), который может быть использован в качестве экспресс метода для оценки состояния лесорастительных свойств почв.

Поскольку влияние ЭМП является одним из производственных антропогенных факторов, в заключение литературного обзора была высказана гипотеза о возможности применения показателей активности фермента каталазы для биоиндикации при изучении влияния ЭМП на почвенные экосистемы.

Глава 2. Характеристика природных условий района исследований. Объекты и методы исследований

Исследования ферментативной активности лесных почв проводились на территориях национального парка «Смоленское Поозерье», организованного в 1992 г. в северо-западной части Смоленской области; природно-исторического парка «Измайлово», расположенного на востоке г. Москвы и в лесном массиве, а также на поле, расположенных в 5 км от станции Полдневая (Полевское лесничество Свердловской области).

В работе приводится характеристика природных условий всех указанных районов исследований. Особое внимание уделено описанию почв.

Исследования на территории НП «Смоленское Поозерье» проводи. лись в середине вегетационного периода 2008 г. Пробные площада (ПП) закладывались с учетом требований Инструкции ... (1995) и ОС1 56.6U.Sj. Диагностика типов леса выполнена с учетом методических рекомендации В H Сукачева и C.B. Зонна (1961). Для определения типа леса на участках, лишенных древесной растительности, была использована эдафическая сетка (Погребняк, 1963; Мелехов, 1980; Луганский и др., 2010). Отбор проб почвы и подстилки осуществлялся на территории трансект, расположенных в направлении с севера на юго-запад от озера Баклановое. Пробы отбирались методом «конверт», по пять образцов для каждой из тринадцати выделенных пробных площадей.

На территории природно-исторического парка «Измайлово» была изучена ферментативная активность почв, подверженных в различной степени воздействию электромагнитных полей промышленной частоты. В процессе исследований было выбрано три участка по семь ПП на каждом. Участки располагались на расстоянии 1,5 км друг от друга, а ПП в 0, 20, 40,60,80,100 и 200 м от воздушной линии электропередач.

Влияние ЭМИ на почву сельхозугодий изучалось под ЛЭП с напряжением двух из них по 500 кВ и одной 220 кВ. Пробы почвы отбирались непосредственно под ЛЭП и на расстоянии 30 и 60 м от нее на двенадцати ПП. В качестве контроля были использованы образцы почвы, взятой на расстоянии 100 м от ЛЭП, где естественный фон магнитного поля составлял 0,04 мкТл.

Пробные площади в лесном массиве ст. Полдневая были заложены на расстоянии 0, 20, 100 и 200 м от ЛЭП-500, при этом контролем служили образцы почвы, отобранные на 111111 в 5 км от ЛЭП-500.

Всего в процессе исследований было проведено 2260 биологических, биохимических и физико-химических измерений параметров почвы. Полученные экспериментальные данные обработаны общепринятыми статистическими методами (Плеханова, 1970, Лаюга, 1990).

Глава 3. Ферментативная активность лесной подстилки и почвы в национальном парке «Смоленское Поозерье»

Изучение ферментативной активности лесной подстилки и почвы в НП «Смоленское Поозёрье» производилось на ПП, заложенных в сосновых насаждениях, произрастающих на различных элементах рельефа (табл. 1).

Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев ПП на территории

НП «Смоленское Поозерье» (фрагмент)

№ ПП Состав древостоя Средние Полнота Запас м3/га Сласс бонитета Тип условий местопроизрастания Тип леса Местоположение

возраст, лет высота, м диаметр, см абсол. м2/га относ.

1 2 3 4 5 6 7 8 У 10 11 12

34 6С ЗЕ 1Б 100 110 100 27,0 25,0 26,0 26,3 28,0 22,5 26,0 21,70 11,04 2,93 35,67 0,8 263 120 32 415 I Сэ С.лп. Нижняя часть склона

10 6 9С 1Б 110 105 21,0 21,5 21,0 23,5 22,0 25,20 2,94 28,14 0,7 243 29 272 III А, С.бр. Вершина холма

58 7С ЗБ 95 95 22,5 21,5 22,2 22,0 21,0 23,13 8,11 31,24 0,8 225 81" 306 1П А2 С. чер.бр Восточный склон

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 6С 100 23,0 24,0 22,90 239 Плато

0 2Е 105 22,0 20,5 7,63 •70

2Б 100 21,5 21,0 6,08 60

22,5 0,9 369 II в2 С.ртр.

92 ЮС 110 22,0 22,0 28,91 0,7 291 III А] С.бр. Южный

склон

10 8С 115 22,5 23,5 23,74 248 Западный

3 2Б 110 22,0 21,5 4,83 52 склон

22,4 28,57 0,7 300 III а2 С. бр.чер

76 5С 100 24,5 26,0 19,85 215 Ложбина

ЗЕ 105 22,0 21,5 11,45 120

2Б 100 24,0 26,0 6,43 66

23,7 37,73 0,9 401 П Сз С. лог

10 6С 100 24,0 26,0 20,83 226 Север-

2 4Е 110 23,0 22,0 13,93 141 ный

23,6 34,76 0,08 367 II Сз С. чер. склон

Исследования показали очень высокий уровень каталазной активности, соответствующий интенсивному процессу трансформации органического вещества опада поступающего на поверхность почвы. Суммарная активность каталазы в почвенном профиле исследованных участков значительно превосходит этот показатель, определённый в других условиях. Так, средняя суммарная активность фермента каталазы почвенного профиля в почвах НП «Смоленское Поозёрье» более чем на 40% превышает таковую на территории с условно-удовлетвортельной экологической ситуацией в Свердловской области и в б раз превосходит значение данного показателя на техногенной территории (1111111км) в районе СУМЗа.

Впервые экспериментально установлена зависимость биологической активности лесных почв от рельефа: самая высокая суммарная активность каталазы в почвенном профиле транссекты НП «Смоленское Поозёрье» обнаружена на нижней части склона (сосняк липняковый), а самая низкая — на склонах холмов (сосняк черничный) (рис.1).

Необходимо отметить, что предложенный для определения почвообразовательного процесса показатель коэффициент каталазы почвы (ККП) в данных условиях значительно варьирует (от 10 до 27,5%), что ограничивает применение последнего для заключения о физиологическом состоянии почвенной экосистемы. Вместе с тем, вызванное неоднородностью ландшафта, различие влияния абиотических и биотических факторов на почвенную биоту позволило сгруппировать показатели суммарной активности фермента и ККП в соответствии с особенностями рельефа. Полученные данные (табл. 2) свидетельствуют о наибольшей нестабильности

всех показателей почв на склонах холмов, по сравнению с таковыми на их вершинах и в нижней части. В меньшей степени суммарная активность ка-талазы и ККП изменялись на относительно ровной поверхности. При анализе полученных данных прослеживается чёткое влияние рельефа местности на суммарную активность каталазы почвенного профиля: она наиболее высока в низинах, несколько снижена на вершинах холмов и на равнинных участках и более чем на 37% - на склонах холмов.

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

156,5

152,5

104,8

ЦОД

17,3

НЩ

кЦ

в

11,0

Щ ЯР

Активность каталазы в почвенном профиле, см302/ 1 г. абс.сух. почвы за 2 мин

■ ККП,%

О

Е сг

3 V©

|| £ й- IВ

к § й § ^ а

с о 5 £

Рельеф местности

Рис. 1. Суммарная активность каталазы в почвенном профиле трансекты НП «Смоленское поозерье» и ККП

Очевидно, что и другие параметры почв: показатели рН, влажность, а также перекись разрушающая активность абиотического компонента почвы, свидетельствующего о присутствии в почвах металлов с переменной валентностью, также обусловлены процессами связанными с рельефом.

Проведённый по результатам физико - химических исследований сравнительный анализ показателей загрязнения почв НП «Смоленское Поозёрье» с литературными данными (Воробейчик и др., 1993) показал различия концентраций меди и свинца в подгоризонтах подстилки и верхнем горизонте почвы. Содержание указанных металлов в почвах импактной зоны Среднеуральского медеплавильного завода в десятки и сотни раз превышает показатели загрязнения почв на территории НП «Смоленское Поозерье».

Таблица 2. Средние значения суммарной активности каталазы в зависимости от расположения ПП

№ ПП Активность каталазы, см'Ог/г. абс. сух. почвы за 2 мин. ККП,% Х±т Средняя влажность ПОЧВЫ, %' Х±т* Средний показатель рн Х±ш Н2О2 разрушающая активность абиотич. компоненты Местоположения

34, 142,78 166,4±4,98 25,4±7,98 61,7±6,45 6,0±0,49 2,02±0,521 Нижняя часть склона

50, 130,70 155,7±17,28 20Д±0,1 59,0±6,49 6,5±0,50 2,2±0,33 Ровная поверхность

58,92,103, 102 104,8±33,89 17,1±0,63 55,3±6,14 б,1±0,44 2,б±0,79 Склоны холмов

106, 82, 54 152,2±26,44 11,0±1,54 50,0±0,25 6,0±0,24 1,9±0,43 Вершины холмов

*Показатель средней влажности рассчитывался по значениям в под-горизонте 02, имеющем наибольшую стабильность параметров

Таким образом, физико-химические исследования почвы и подстилки на территории транссекты НП «Смоленское Поозерье» подтвердили гипотезу о возможности причислить их к категории эталонных, особенно при сравнении с почвами техногенных территорий.

Глава 4. Активность фермента каталазы в почвенном профиле при различном уровне напряжённости электромагнитных полей линий

электропередачи

Определение ферментативной активности почв и лесной подстилки на территории Измайловского лесопарка проводили ранней весной (начало апреля) в условиях, не достигавших оптимальных значений температуры почвы, что является основной причиной относительно невысоких значений показателей ферментативной активности (табл. 3). Однако, даже при сниженных значениях биологической активности в лесных подстилках и почвах, заметны различия в них при разном уровне электромагнитного воздействия на почвенные экосистемы.

Согласно представленным данным, каталазная активность изменялась в довольно широких пределах в верхнем подгоризонте подстилки (01) и в верхнем горизонте почвы (А1), от 2,2 до 11см3021г/2 МИн и от 0,9 до 6,7 см3021г/2 миш соответственно. Однако, в подгоризонте 02, в котором

Таблица 3. Каталазная активность в почвенном профиле Измайловского

■ парка при различных уровнях электромагнитного воздействия

Расстояние от ВЛ, м Уровень э/м воздействия, мкТл АК* гор.01 АК гор.02 АК rop.Al Суммарная АК ККП, % ИК**

Участок 1

0 0,61 2,2 2,0 1,4 5,6 25,2 0,81

20 0,1 5,8 3,9 1,8 11,6 15,9 1,6

40 0,03 6,6 4,3 2,7 13,6 19,9 1,8

60 0,01 4,2 4,0 4,2 12,3 33,9 1,73

80 0,04 2,8 2,6 2,8 8,2 34,0 1Д4

100 0,03 2,9 2,3 1,4 6,6 21,3 0,93

200 0,03 3,7 2,0 1,4 7,1 20,0 1,0

Участок 2

0 0,9 2,2 2,0 1,4 5,6 25,2 0,94

20 0,13 5,8 3,0 1,6 10,5 15,6 1,8

40 0,02 6,2 4,0 2,3 12,5 18,5 2,22

60 0,01 6,1 3,6 ЗД 12,9 24,1 2,15

80 0 6,0 2,1 1,2 9,4 13,0 1,62

100 0 4,4 1,7 0,9 7Д 13,3 1,22 ■

200 0 3,0 1,6 1,2 5,8 20,70 ' 1,0

Участок 3

0 0,21 4,7 2,0 3,0 9,7 30,0 0,57

20 0,19 7,9 6,2 6,7 20,9 32,2 1,22

40 0,01 9,1 5,3 2,9 17,3 16,8 1,01

60 0 11,0 8,0 4,4 23,5 18,7 1,37

80 0 6,9 5,6 5,4 17,9 30,4 1,05

100 0 5,8 4,5 3,5 13,8 25,4 0,81

200 0 - 10,6 зд • 3,4 17,1 20,0 1,0

♦Активность каталазы, см3 Ог un мин.

** Индекс каталазной активности - отношение показателя суммарной активности в почвенном профиле к показателю суммарной активности в почвенном профиле на контроле (200 м от линии электропередач)

стабильнее чем в подгоризонте 01, сохранялась влажность, активность фермента поддерживалась на относительно высоком уровне и колебалась в более узких пределах (от 2 до 8,0 см3021г/2 мин)- Наименьшая каталазная активность выявлена на участке №2 на всех ПП при сравнении её показателей на различных расстояниях от источника электромагнитного загрязнения. Последнее, очевидно, обусловлено разным уровнем общей антропогенной нагрузки (в том числе рекреационной) на почвы парка. Изменения активности фермента во всех трёх уровнях почвенного профиля на каждом из обследованных участков (рис. 2) могут служить подтверждением выявленной ранее зависимости: усиление биологической активности при силь-

ном стрессовом воздействии на экосистему (Бабушкина и др., 2008). Согласно полученным результатам в наибольшей степени это воздействие выявляется на расстояниях от 0 до 60 м от оси линий электропередачи (рис. 2).

<? I

I а

J5 О

S О § £

5 н

<U о

ЕГ" —

Н о

о а к

ta

—о— 01 (1,5км)

—о» 02(1,5 км)

Al (1,5 км)

—-¿г — 01 (3,0 км)

02 (3,0 км)

Al (3,0 км)

01 (4,5 км)

02 (4,5 км)

— Ж— Al (4,5 км)

200

50 100 150

Расстояние до ЛЭП, м

Рис. 2. Активность фермента каталазы в почвенном профиле на различном удалении от источников ЭМ-загрязнения на участках №1, 2, 3.

Определение суммарной активности фермента каталазы в почвенном профиле Измайловского лесопарка и ККП позволило выявить изменения этих показателей при разной степени электромагнитного воздействия. При этом подтвердилась закономерность, обнаруженная в почвах сосновых насаждений Урала, заключающаяся в том, что активность фермента каталазы в верхнем горизонте почвы составляет одну пятую общей суммарной активности горизонтов почвенного профиля (ККП=20,0%) при нормальных условиях функционирования почвенной-экосистемы. Общие тенденции изменения этого показателя сохраняются в условиях электромагнитного загрязнения почв Измайловского лесопарка (табл. 4).

Оценку полученных данных проводили в соответствии со схемой определения стадии адаптации почвенной экосистемы к антропогенному влиянию (Бабушкина и др., 2008). Результаты проведённого анализа позволяют считать, что, как и при других видах загрязнения, в почвенных экосистемах развивается ответная реакция на влияние ЭМП, проявляющаяся изменением биологической активности в подгоризонтах подстилки и верхнем горизонте почвы, соответствующая разным стадиям стресса.

Таблица 4. Колебания средних величин параметров почвенных экосистем при различных показателях магнитной индукции _^_

Уровень загрязнения /расстояние, м Уровень воздействия, мкТл Суммарная АК, размах колебаний, средние величины, см3©: 1г/2мин ККП (%); доверительные интервалы ИК Фаза, стадия стресса

Очень сильный, подВЛ 0,27-0,9 5,6-9,7 25,2-30 0,57-0,94 1-я фаза 3 стадии

Сильный, 20 0,1-0,19 10,5-20,9 15,6-32,2 1,22-1,8; 2-я фаза 2 стадии

Средний, 40 0,01-0,03 12,5-17,3 16,8-19,9 1,8-2,22 1-я фаза 2 стадии

Средний, 60 0-0,01 12,3-23,5 18,7-33,9 1,37-2,15 2-я фаза 1 стадии

Слабый, 80 0,-0,04 8,2-17,9 13,0-34,0 1,05-1,62 1-яфаза, 1 стадия

Очень слабый, 100 0-0,03 6,6-13,8 13,3-25,4 0,81-1,22 Начальная стадия

Отсутствует, 200 0-0,03 5,8-17,1 20-20,7 1,0 Нет стресса

Глава 5. ферментативная активность почв под линиями электропередачи на открытой местности

Данные о величине магнитной индукции в местах отбора проб (табл. 5) указывают на резкое снижение последней по мере удаления от источников ЭМП, и на расстояниях 30 и 60 м от них создаётся ровный электромагнитный фон 0,9-1,0 мкТл и 0,5-0,6 мкТл соответственно.

В процессе работы рассматривался ещё один аспект влияния ЭМИ на почвенную экосистему - воздействие на её плодородие, оценку которого проводили по активности каталазы в растительном материале травы собранной в местах отбора образцов почвы.

Для определения степени влияния ЛЭП на почвенные экосистемы, нами обосновано применение коэффициента каталазы почвы-растения (АКПР) и суммарной активности каталазы почвы - растения как экспресс-метода, позволяющего выявить степень напряжённости адаптации почвенных экосистем и растительных сообществ;- произрастающих на них, к электромагнитному излучению различной интенсивности (табл. 5; рис. 3).

Исследования по определению активности фермента каталазы в верхнем горизонте почвы на ровной земной поверхности, при различном уровне напряжённости электромагнитных полей линий электропередачи

выявили значительное снижение последней (от 32 до 70,4%) по мере приближения к источнику электромагнитного загрязнения. При этом относительно низкие значения (от 3,5 до 6,4 см3021г/2мин) показателей каталазной активности обусловлены ранним периодом проведения исследований.

Результаты исследований показали, что наземные биоценозы и почвенные экосистемы подвергаются влиянию постоянно действующего фактора - ЭМП, роль которого для функционирования почвенной биоты и растительных сообществ неоднозначна. Биологические системы имеют достаточно высокий уровень гомеостаза, обеспечивающего развития адаптации к хроническому электромагнитному загрязнению. Вместе с тем, постепенное снижение суммарной активности каталазы (почва+ растительная ткань) до 23,6% по мере приближения к источнику загрязнения (рис. 3) указывает на возможные негативные последствия в будущем при продолжающемся воздействии электромагнитного излучения.

Таблица 5. Динамика напряжённости адаптационных процессов в почвах на различном удалении от ЛЭП*

Рассто- Показатели Активность Активность ка- Суммарная АКРП,

яние магнитной каталазы в каталазы в активность численное

от ЛЭП индукции, мкТл почве (см30,1г/?„™) растений (СМ302 1ГЛ мин} каталазы (см3021+1г/2+1„т, ) значение

Участок № 1 8,6 3,7±0,15 15,6±0,75, .. .....19,3±0,92 4,2

30,0/1 1,0 5,0±0,14 11,6±0,56 16,б±0,74 2,8

60,0/1 0,6 4,8±0,17 15,0±0,73 19,8±0,94 3,13

100,0/1 0,04 6,4±0,21 22,8±1Д4 29,2±1,33 3,56

Участок №2 4,7 3,2±0,18 20,9±1,11 24,1± 1,22 6,53

30,0/2 0,9 4,8±0,13 20,9±1,16 26,7±1,14 4,2

60,0/2 0,5 7,3±0,17 . 19,9x0,93 ... .,..., ,27,2±1,26 2,72

.100,0/2 0,04 6,4±0Д1 22,8±1,14 29,2± 1,33 3,56

Участок №3 10,4 3,9±0,16 19,7±1,11 23,6±1,12 5,1

30,0/3 1,0 4,4±0,17 23,7±1,26 28,1±1,34 5,4

60,0/3 0,6 4,0±0,17 28,1±0,93 30,9±1,56 7,1

100,0/3 0,04 6,4±0,21 22,8±1,14 29,2± 1,33 3,56

*Расположение участков: перпендикулярно центру провисания проводов (участок №1), на различном удалении от опор ВЛ ЛЭП (участок №2), на удалении от ЛЭП при наличие дополнительного источника ЭМП (участок № 3).

30,00 25,00 20,00

§15,00 >

10,00 5,00 0,00

. -

АГ-

---- —

1 ' ■ " : ! . ...1

метры

-земля 1 параллель • земля 2 параллель -земля 3 параллель

-трава 1 параллель -трава 2 параллель трава 3 параллель

Рис. 3. Сводный график АК в почве и растительности на удалении от ЛЭП

Общие выводы

1 Интегративный характер показателей ферментативной активности почв лесных биогеоценозов, обусловленный аккумуляцией почвенными структурами ферментов, выделяемых всеми компонентами экосистемы (опавшими листьями, другими растительными остатками, корнями деревьев грибами, микроорганизмами и различными геобионтами и т.д.), дает основание применять метод ферментативного анализа почв для определения уровня функционального состояния последних при различного рода антропогенных воздействиях - таких как химическое, а также физическое

загрязнения. г

2 Данные, полученные при изучении почв на территории Ш1 «Смоленское Поозерье», позволяют считать, что лесные подстилки и почвы национального парка обладают высокой биологической активностью, нейтральной, либо близкой к нейтральной реакции рН, следовательно, почвообразовательный процесс в этих почвенных экосистемах протекает в условиях нормального функционирования почвенной биоты, обеспечивающей своей жизнедеятельностью плодородие почв. Это даёт основание рассматривать почвы НП «Смоленское Поозёрье» как эталонные почвы территории России.

3. Результаты исследования подстилки и почвы на территории НП «Смоленское Поозерье» показали, что активность фермента каталазы в них изменялась в широких пределах в зависимости от рельефа местности и типа леса. При среднем значении ККП в подгоризонтах лесной подстилки и верхнем горизонте почвы - 18%, в условиях сосняков липнякового и лога он равен 25,4%, сосняков черничного и чернично-брусничного - 17,1%, сосняков разнотравного и кисличного - 20,1%, сосняка брусничного - 11%. Данные о суммарной активности каталазы и ККП наиболее стабильны в сосняках разнотравном и кисличном.

4. Средняя суммарная активность фермента каталазы почвенного профиля в почвах НП «Смоленское Поозёрье» более чем на 40% превышает таковую на территории с условно-удовлетвортельной экологической ситуацией в Свердловской области и в 6 раз превосходит значение данного показателя в почве техногенной зоны в районе СУМЗа (Средне-Уральского медеплавильного завода). Значение этого показателя в полной мере соответствует различиям в степени загрязнения почв тяжёлыми металлами и позволяет рекомендовать определение суммарной активности фермента каталазы почвенного профиля лесных биогеоценозов при изучении влияния других видов загрязнений.

5. Почвенные экосистемы территорий, расположенных в зоне влияния электромагнитных полей от ЛЭП, подвергаются ощутимому влиянию последних. По мере приближения к источнику электромагнитного загрязнения закономерно снижается активность каталазы в верхнем горизонте почвы и возрастает коэффициент каталазной активности почвы (ККП), что свидетельствует о высокой информативности данных показателей как биоиндикаторов уровня биологической активности почвы при электромагнитном загрязнении.

6. При проведении экологического мониторинга в зонах электромагнитного загрязнения целесообразно проводить выделение стадии и фаз развивающегося в почвенных экосистемах стресса, как достаточно простой, информативный и наиболее объективный экспрессный метод для оценки и прогнозирования наземных экосистем.

7. Применение методов определения активности почвенных ферментов с использованием данных, параллельно проводимого исследования ферментативной активности растительности, на одних и тех же пробных площадках с учётом предложенного нами коэффициента АКРП (активность каталазы растение - почва) на территориях не занятых древесной растительностью, может быть достаточно эффективным при проведении экологического мониторинга в зонах влияния объектов энергетики.

8. Изучение состояния биологической активности лесной подстилки и почвы в зонах загрязнения ЭМП методами ферментативного анализа показывает перспективность комплексных исследований, особенно с учётом

представлений об адаптации почвенных экосистем к загрязнениям. При этом выделение стадии и фаз стресса развивающегося в любой экосистеме в ответ на антропогенное воздействие может способствовать определению пределов толерантности природных экосистем к различного рода загрязнениям и последующему обоснованию нормативов ПДН (предельно допустимой нагрузки), применяемых в природопользовании.

Практические рекомендации

В целях улучшения экологической ситуации в зонах влияния ЭМП необходимо выявлять пределы толерантности почвенных экосистем к данному виду физического воздействия. При резко сниженных значениях биологической активности почв следует проводить агротехнические и мелиоративные мероприятия с высевом трав устойчивых к электромагнитному загрязнению. Поскольку на территориях, где проложены подземные кабели, электромагнитное поле практически не обнаруживается, есть основание полагать, что перспективы их применения в будущем снимут проблему электромагнитного загрязнения биосферы.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

1. Коваленко, A.A. Активность каталазы в почвенном профиле лесных биогеоценозов при различном уровне напряженности электромагнитных полей от ЛЭП-500. / JI.A. Коваленко, В.В. Скибенко, И.В. Щербаков // Экология и жизнь: сб. статей XIX Междунар. науч.- практ. конф. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2010. С. 303-306, . .....

2. Коваленко, Л.А. Активность каталазы почв лесных биогеоценозов в различных климатических зонах на территории РФ / Л.А. Коваленко, И.В. Щербаков, Л.А. Герасина // Экология и жизнь: сб. статей XIX Междунар. науч. - практ. конф. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2010. С. 306-309.

3. Коваленко, Л.А. Влияние электромагнитного излучения промышленной частоты на почвенные экосистемы лесных биогеоценозов / Л.А.Коваленко, И.В. Щербаков //Аграрный вестник Урала, 2011. №1 (80). С. 43-43.

4. Неверова, О.П. Суммарная каталазная активность почв и ККП в национальном парке «Смоленское Поозерье» / О.П. Неверова, И.В. Щербаков // Аграрный вестник Урала, 2011. №2 (81). С. 66-68.

5. Щербаков, И.В. Влияние рельефа на активность каталазы в под-горизонтах лесной подстилки и в верхнем горизонте почвы / И.В. Щербаков// Формирование регионального лесного кластера: социально-экономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса: матер. VIII Междунар. науч.-техн. конф. - Екатеринбург: Урал, гос. лесотехн. ун-т. 2011. С. 68-70.

6. Щербаков, И.В. Каталазная активность в почвенном профиле при разных уровнях электромагнитного воздействия / И.В. Щербаков, C.B. Залесов // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. VII Всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн.

ун-т, 2011. 4.2. С. 180-182.

7. Щербаков И.В. Активность каталазы в подгоризонтах лесной подстилки и верхнем горизонте почвы. / И.В. Щербаков // Аграрный вестник Урала, 2011. № 6 (85). С. 49-51.

8. Щербаков, И.В. Активность фермента каталазы в пахотном слое почвы в зоне электромагнитных полей линий электропередач / И.В. Щербаков, C.B. Залесов// Аграрный вестник Урала, 2013. № 4 (110). С. 37 - 40.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. УГЛТУ, ученому секретарю диссертационного совета Мага-сумовой А.Г. Факс: (343)262-96-38; e-mail: dissovet. usfeu@mail.ru.

Подписано в печать 15.04.2013 г. Объем 1 п.л. Заказ № ?? Тираж 100 экз.

620100 г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет». Отдел оперативной полиграфии.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Щербаков, Иван Валерьевич, Екатеринбург

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

. На правах/рукопйс/

04201^59911

ЩЕРБАКОВ ИВАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НА ПОЧВЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Специальность 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Залесов Сергей Вениаминович доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Екатеринбург - 2013

Содержание

Введение.............................................................................4

Глава 1. Состояние ферментативной активности почв в зонах антропогенного воздействия..........................................................9

1.1. Влияние техногенного загрязнения и отходов промышленного животноводства на почвенные экосистемы.........................................10

1.2. Почвенные ферменты...................................................13

1.3. Применение ферментативного анализа при изучении почв техногенных территорий .............................................................20

1.4. Состояние биологической активности почвы в зонах загрязнения отходами животноводства............................................22

1.5. Развитие адаптации почвенных экосистем к аэротехногенным поллютантам и отходам животноводства...................................25

1.6. Электромагнитное поле................................................26

1.6.1. Основные понятия и термины.........................................27

1.6.2. Основные источники электромагнитного поля....................31

1.6.3. Линии электропередач..................................................31

1.6.4. Допустимые уровни напряженности электрического поля ....34

Глава 2. Характеристика природных условий районов

исследований. Объекты и методы исследований.................................37

2.1. Местоположение пробных площадей.................................37

2.2. Методы исследования.....................................................42

2.2.1. Отбор проб почвы.......................................................42

2.2.2. Измерения уровней электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц)..........................................................................43

2.2.3. Определение рН вытяжки из почвы.................................45

2.2.4. Определение активности каталазы в почвенном профиле......45

2.2.5. Применение экспресс метода в оценке состояния почвенных экосистем................................................................................46

2.2.6. Мультисенсорный анализатор.......................................48

Глава 3. Ферментативная активность лесной подстилки и

почвы в Национальном парке «Смоленское Поозерье»........................51

3.1. Ферментативный анализ почв техногенных территорий.........52

3.2. Активность фермента каталазы в лесной подстилке и почве Национального парка «Смоленское Поозерье».................................54

3.3. Физико-химические исследования почвы и подстилки Национального парка «Смоленское Поозерье»..................................60

3.4. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах разных зон техногенной нагрузки..................................................64

3.5. Влияние рельефа на показатели суммарной активности

1

каталазы и ККП в почвенном профиле............................................65

Выводы............................................................................67

Глава 4. Активность фермента каталазы в почвенном профиле при различном уровне напряженности электромагнитных полей линий электропередачи........................................................................70

4.1. Результаты расчетов электрических полей линий электропередачи.........................................................................70

4.2. Основы расчета магнитных полей.......................................72

4.3. Каталазная активность в почвенном профиле Измайловского парка при различных уровнях электромагнитного воздействия...............76

4.4. Влияние комплекса абиотических факторов на активность каталазы в почвенном профиле территории лесопарка..........................82

4.5. Средние параметры почвенных экосистем, при разных показателях уровня электромагнитного загрязнения и расстояния от ВЛ .. .86

4.6. Катализная активность в почвенном профиле на территории Полевского лесхоза Свердловской области.........................................88

Выводы..............................................................................91

Глава 5. Ферментативная активность почв под линиями электропередачи на открытой местности...........................................93

5.1. Активность фермента каталазы в пахотных почвах при различном уровне напряженности электромагнитных полей линий электропередачи.........................................................................94

5.2. Ферментативная активность растительности.........................96

5.3. Применение схемы развития адаптации биологических систем

к почвенным экосистемам при электромагнитном загрязнении...............98

Выводы.............................................................................104

Общие выводы....................................................................106

Библиографический список....................................................109

Приложение: 1. Сокращения, использованные в тексте диссертации 125 Приложение 2. Характеристика природных условий изучаемых территорий...............................................................................127

2.1. Национальный парк «Смоленское Поозерье»........................127

2.2. Природно-исторический парк «Измайлово»..........................129

Приложение 3. Таксационная характеристика древостоев ПП на

территории НП «Смоленское Поозерье»..........................................133

Приложение 4. Результаты исследований образцов почвы и

подстилки НП «Смоленское Поозерье»..........................................134

Приложение 5. Результаты исследований почв Измайловского парка........................................................................................136

Введение

Актуальность темы. В современной биосфере главной средой обитания биоты, как по числу видов, так и по биомассе является почва, которая играет ключевую роль в процессах трансформации всех наземных экосистем. Поэтому утрата или необратимая деградация почвы могут рассматриваться как гибель данной экосистемы.

Способность почвы к самоочищению от различных загрязнений, являющаяся интегральным показателем функционирования всей почвенной биоты и обусловлена активностью почвенных ферментов. Главные достоинства методов определения биологической активности почв заключаются в том, что они не требуют разрушения объектов исследования - изучаемых экосистем. Ферментативная и микробиологическая активность почв функционально связаны с процессами адаптации экосистем к различного рода загрязнениям, дают неспецифический отклик на разные факторы, существенно превышающие природный фон.

Изучению проблемы загрязнения биосферы при поступлении в природные среды многочисленных загрязняющих веществ промышленного происхождения, посвящены работы как отечественных, так и зарубежных авторов (S.Chopin, Garres, 1982; Воробейчик и др., 1994; Скибенко, 2000; Скибенко и др., 2006; Бабушкина и др., 2008 и др.). Однако среди множества производственных антропогенных факторов, оказывающих влияние на биологические объекты, мало изученными являются электромагнитные поля (ЭМП), особенно воздействия последних на почвы.

Несмотря на то, что в настоящее время проблеме влияния электромагнитного поля на живые организмы придается большое значение и установлено, что сильное электромагнитное излучение от искусственных источников способно оказать губительное воздействие на человека, растения, животных, до сих пор неизвестно к каким последствиям могут привести функциональ-

ные нарушения природных экосистем (Давыдов, 1984) вызванные электромагнитным воздействием.

Таким образом, не до конца остаются выяснены показатели биологической активности почв в насаждениях различных типов леса, а также вопросы воздействия физических факторов, в том числе электромагнитных полей, на почвенные экосистемы.

Степень разработанности темы исследования. Диссертация является законченным научным исследованием.

Цель исследований. Целью настоящей работы является изучение ферментативной активности лесной подстилки и верхних горизонтов почвы лесных насаждений для установления возможности тестирования степени воздействия электромагнитных полей линий электропередач, а также лесорасти-тельных свойств лесных почв на различных элементах рельефа.

Основные задачи исследования сводились к следующему:

1. Изучить биологическую активность лесной подстилки и верхних горизонтов почвы насаждений национального парка «Смоленское Поозерье» произрастающих на различных элементах рельефа.

2. Определить пределы колебаний суммарной активности каталазы лесной подстилки и верхних горизонтов почвы и установить возможность использования этого показателя в качестве эталонной «нормо-меры» при определении степени воздействия электромагнитных полей и других видов техногенного загрязнения.

3. Оценить перспективность метода определения каталазной активности при изучении электромагнитного воздействия на почвенную экосистему с применением схемы определения уровня адаптации почвенных экосистем к различного рода антропогенным воздействиям.

4. Определить общие закономерности развития адаптации по характеру ответной реакции почвенных экосистем к негативному влиянию различных антропогенных факторов.

Научная новизна. Впервые, на основании изучения биологической активности почв выявлены зависимости почвенных характеристик от уровня воздействия на них электромагнитного поля линий электропередач (ЛЭП), а также общие закономерности ответной реакции почвенной биоты на электромагнитные загрязнения, определена степень воздействия электромагнитных полей промышленной частоты на почвенные экосистемы.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в определении пределов колебаний показателей соотношений биологической активности в вёрхнем горизонте почвенного профиля и суммарной активности каталазы в подгоризонтах 01, 02, А1 в эталонных почвах лесных биогеоценозов, принятых за «норму-меру» для дальнейшего использования при изучении электромагнитного влияния и других видов антропогенного воздействия на почвенную экосистему.

Основные результаты исследований могут быть использованы для оценки лесорастительных свойств почв и для определения степени нарушения лесных почв при воздействии электромагнитных полей промышленной частоты на почвенные экосистемы (по активности каталазы в почвенном профиле и по соотношению активности фермента в верхнем горизонте А1 и суммарной активности каталазы в подгоризонтах 01, 02, Al), а также для выявления фазы и стадии стресса в лесных почвах зоны электромагнитного загрязнения, свидетельствующих об обратимости или о необратимости физиологических процессов почвообразования.

Результаты работы, представлены в форме практических рекомендаций, которые используются в учебном процессе по региональной экологии и экологии для студентов лесо- и сельскохозяйственных вузов, а также при подготовке дипломных работ.

Методология и методы исследования. В основу исследования положен метод пробных площадей. Диагностика типов леса выполнена с учетом методических рекомендаций В.Н. Сукачева и C.B. Зонна (1961), а на участках, лишенных древесной растительности с использованием украинской типоло-

гии (Погребняк, 1963; Мелехов, 1980; Луганский и др., 2010). Оценка почв производилась методом ферментативного анализа. Образцы лесной подстилки и верхних горизонтов почвы отбирались на трансектах из разрезов и прикопок, заложенных методом «конверта». Образцы отбирались из горизонтов 01, 02 и А1.

В процессе проведения исследований во всех образцах почвы определяли полевую влажность, рН - потенциометрически (ЭВ-74), содержание тяжелых металлов и галогенидионов - потенциометрически (Мультисенсарный анализатор, МСА-8). Активность фермента каталазы в подстилках и почвах определялась согласно общепринятому методу (Звягинцев, 1980) и методики Л.Г. Бабушкиной и др. (2008).

Измерение уровня магнитной составляющей напряженности магнитного поля промышленной частоты (50 Гц) выполнялось в соответствии с п. 4 СанПин 2.2.4.723 «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях», при помощи измерителя переменного магнитного поля.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Информационный тест лесорастительных свойств почв и степени их техногенного загрязнения, основанный на определении активности каталазы в лесной подстилке и верхних горизонтах почвы.

2. Количественные показатели воздействия электромагнитного поля воздушных линий электропередач на почвенные экосистемы.

3. Целесообразность применения модели развития стресса в почвенных экосистемах при антропогенном воздействии на них, для экологического прогнозирования, на основе определения пределов толерантности экосистем к электромагнитному влиянию и для разработки нормативов предельно допустимых нагрузок (ПДН).

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов и выводов базируется на большом объеме экспериментальных материалов собранных в различных регионах с применением

апробированных научно-обоснованных методик и обработанных современными математико-статистическими методами. Автором определена проблема и намечено направление исследований, составлена программа и методика работ, выполнены все работы по сбору полевого материала, его камеральный обработке, анализу и обобщению результатов исследований, формулировке выводов, заключений и основных положений.

Основные результаты исследований доложены на VIII Международной научно-технический конференции «Формирование регионального лесного кластера: социально-экономические и экологические проблемы и перспективы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2011), VII Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2011), итоговых научных конференциях Уральской государственной сельскохозяйственной академии (Екатеринбург, 2008, 2009), VII Научно-практический конференции посвященной памяти A.A. Дунина - Горкавича (Ханты-Мансийск, 2012). Основное содержание диссертации изложено в 8 печатных работах, в том числе четырех, в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Основное содержание диссертации изложено на 142 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц, 27 рисунков и 5 приложений. Библиография включает 156 наименований, в том числе 18 иностранных.

Глава 1. Состояние ферментативной активности почв в зонах антропогенного воздействия

Изменение физических, химических или биологических характеристик важнейших природных сред (почвы, воды, атмосферного воздуха), вследствие антропогенного влияния на них, обуславливающее ухудшение состояния биосферы, может привести к нарушению дальнейшего развития человеческого общества. «Загрязнение окружающей среды - поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду» (Федеральный закон «Об охране окружающей среды», 2002).

Вся биота существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции организмы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий. Если естественное поле Земли необходимо для живого мира, то сильное электромагнитное излучение от искусственных источников способно оказать губительное воздействие на человека, растения, животных и привести к значительным функциональным нарушениям природных экосистем (Давыдов, 1984). Поскольку основным компонентом последних является почва, целесообразно изучить влияние электромагнитного поля (ЭМП) (прил. 1) и на почвенные экосистемы.

Почва возникла и сформировалась в сложном взаимодействии космических и земных факторов. Развитие почвенного покрова Земли продолжается и в современный период. В этом процессе неразрывно выступают становление и разрушение почвы. Повсюду, где есть зеленые растения, происходит ее накопление. Одновременно под влиянием кинетической энергии воды и ветра она разрушается. Когда интенсивность накопления превышает интенсивность разрушения, происходит увеличение почвенного слоя, если же разрушение более интенсивно, то мощность его уменьшается. Под влиянием диалектического единства этих противоположных процессов формируется

почва. Многие аспекты сезонной динамики почв и их взаимодействия с живыми организмами, и гидросферой еще изучаются. Поэтому крайне необходимы локальный, региональный и комплексный мониторинга, изучение и оценка тенденций изменения свойств почв и экосистем.

1.1. Влияние техногенного загрязнения и отходов промышленного животноводства на почвенные экосистемы

В настоящее время масштаб случайных воздействий незапланированных заранее деятельностью человека достигает глобальных размеров. Примером тому является техногенная трансформация природных экосистем, которая наблюдается во многих промышленных районах и проявляется в значительной деградации лесных фитоценозов, кардинально меняющих свой облик. Посколь�