CC BY
54
Действие электромагнитного поля ЛЭП на ростовые показатели и содержание фотосинтетических пигментов в листьях озимой пшеницы
Е.А. Новичкова, аспирантка, Самарский ГУ
Ключевые слова: фотосинтетические пигменты, листья, культура, электромагнитные поля, ростовые, факторы, среда.
Интенсивное использование электрической энергии в современном информационном обществе привело к тому, что в последней трети XX в. возник и сформировался новый фактор загрязнения окружающей среды — электромагнитный. В настоящее время мировой общественностью признано, что электромагнитное поле (ЭМП) искусственного происхождения является важным экологическим фактором с высокой биологической активностью. Проблема биологического действия и гигиенического нормирования электромагнитных полей приобрела в последние годы особую актуальность. Термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды» официально введен в 1995 г. ВОЗ, включившей эту проблему в перечень приоритетных для человечества [1].
Электромагнитные поля оказывают достаточно выраженное влияние на морфологические, физиологические, биохимические и биофизические характеристики многих растений [2], влияют на рост, развитие и размножение растительных объектов. Особенно актуальна эта проблема в отношении сельскохозяйственных культур, ус-
тойчивость которых к факторам окружающей среды, а следовательно, и урожайность может во многом определяться действием ЭМП линий электропередачи (ЛЭП), пересекающих поля и сельхозугодья.
Целью нашего исследования является изучение влияния электромагнитных полей ЛЭП с напряженностью 110 кВ на рост и развитие озимой пшеницы сорта «Светоч», проведено в Богатов-ском районе Самарской области. В качестве параметров биоиндикации электромагнитного воздействия исследовались морфометрические показатели и концентрация фотосинтетических пигментов в листьях пшеницы на разных стадиях вегетации в зависимости от ее местоположения относительно источника воздействия. Исследуемые площади были удалены от источника излучения соответственно на 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180, 195 и 210 метров. Контрольные экземпляры брали на участке 1 км от ЛЭП-110 кВ. Экологические условия одной линии в месте проведения эксперимента были идентичные.
В качестве морфометрических показателей изучали общую высоту и сухую массу растений, для чего с каждого исследуемого участка отбирали по 10 образцов. Для определения количества пигментов отбирали по 5 образцов листьев с 5 растений того же участка. Биохимические ана-
лизы концентрации хлорофиллов а и b, а также каротиноидов в листьях проводили по Хольму-Веттштейну [3]. Для оценки состава почвы в районе проведения эксперимента производили ее химический анализ на всех исследуемых площадях [4]. Определяли гумусность, влажность, рН, механический состав и структуру почвенных образцов, концентрацию ионов Cl-, SO42-, Ca2+ полуколичественным методом.
Полученные в эксперименте цифровые данные подвергали статистической обработке с использованием специализированных компьютерных приложений Excel. Различия исследуемых показателей считались статистически значимыми при р<0,05.
Результаты исследования. Сравниваемые между собой растения находились практически в одинаковых условиях. Рельеф местности был ровным, освещенность, температура, влажность были одинаковыми. Состав почвы на всех исследуемых площадях по таким показателям, как гумусность, влажность, концентрация ионов Cl-, SO42-, Ca2+, рН, существенно не отличался (табл. 1).
1. Анализ почвенных образцов, взятых на разном удалении от источника излучения
AL, м Влажность, % pH Гумус, % Ионы
Cl- 2- 4 О S Ca2+
0 25,б3 7,05 б, 19 + — +
15 25,7S 7,10 б,08 + - +
30 2б,00 7,15 б,29 + - +
45 25,35 7,25 б,14 + - +
б0 25,51 7,30 б,10 + - +
75 2б,22 7,15 б,19 + - +
90 25,92 7,20 б,17 + - +
105 25,74 7,35 б,21 + - +
120 25,25 7,20 б,07 + - +
135 25,8б 7,05 б,13 + - +
150 25,70 7,00 б,14 + - +
1б5 25,44 7,05 б,0б + - +
1S0 25,00 7,10 б,08 + - +
195 25,3S 7,30 б,19 + - +
210 25,41 7,20 б,17 + - +
1000 25,5б 7,15 б,09 + - +
Примечание: ДL — расстояние от ЛЭП-110 кВ; «+» — ионы присутствуют (с точностью 1—0,1 мг/100 мл водной вытяжки); «-» — ионы отсутствуют
Почвенные образцы со всех исследуемых точек имели кубовидную комковато-зернистую структуру, по механическому составу — тяжелосуглинистые, из новообразований содержали лишь растительные остатки. Все исследуемые почвенные образцы имели слабощелочную среду (область рН = 7,0—7,5), не содержали ионы SO42-, но анализ показал наличие ионов Са2+ и С1- (табл. 1) [3, 4]. Следовательно, различия в морфологии и фотосинтетической активности озимой пшеницы на разном удалении от ЛЭП не обусловлены составом почвы.
На следующем этапе нашего эксперимента был проведен анализ морфометрических показателей озимой пшеницы на разном удалении от ЛЭП-110 кВ. При исследовании действия излучения ЛЭП на высоту и сухую массу растений были получены следующие результаты (табл. 2).
На стадии трех листьев непосредственно под источником электромагнитного поля наблюдалось достоверное уменьшение высоты озимой пшеницы на 23,9% по сравнению с контролем. Подобное снижение величины исследуемого параметра на 13,1; 14,4 и 9,9% имело место на расстоянии 105; 135 и 165 м от ЛЭП-110 кВ соответственно (табл. 2). Таким образом, максимальное действие ЭМП линии электропередачи на темпы роста изучаемой культуры в фазу трех листьев проявилось под ЛЭП, что связано с непосредственной близостью источника и силой его воздействия на растения. Далее действие электромагнитного поля проявилось в меньшем угнетении роста пшеницы в точках 105, 135 и 165 м.
Особенно интересные результаты были получены при исследовании высоты озимой пшеницы, растущей в зоне действия ЛЭП-110 кВ, на стадии начала трубкования. Видим, что на этой фазе вегетации волнообразная тенденция к угнетению роста растений не только сохранилась, но и проявилась сильнее. При этом наблюдалось достоверное снижение высоты пшеницы в трех областях: непосредственно под ЛЭП — на 17,4%; на отрезке 30—75 м — на 15,9—21,7% и на участке 135—165 м от источника — на 16,3—11,8% (табл. 2). Таким образом, под линией электропередачи пшеница в стадии начала трубкования значительно ниже по сравнению с контрольными растениями, как это имело место и на стадии трех листьев. Далее на отрезке 30—75 м степень угнетения роста пшеницы увеличилась, достигнув максимума в точке 75 м (почти 22%). После чего на участке 135—165 м степень угнетения высоты исследуемой культуры начала снижаться, постепенно приблизившись к контрольным значениям на расстоянии 180—210 м от ЛЭП-110 кВ (табл. 2). Важно отметить, что стадия начала труб-кования отличается интенсивностью метаболических процессов, связанных с образованием конусов нарастания второго порядка (колосовых бугорков), а следовательно, активацией процесса клеточного деления. Кроме того, известна способность ЭМП действовать, накапливаясь. Таким образом, усиление действия ЭМП линии электропередачи на озимую пшеницу на этом этапе вегетации можно объяснить активацией клеточного метаболизма и кумулятивным действием электромагнитного излучения.
Что касается стадии конца трубкования, то здесь так же имело место волнообразное угнетение роста пшеницы, но уже в меньшей степени (табл. 2). В непосредственной близости источни-
2. Изменение высоты и сухой массы озимой пшеницы на разных стадиях развития в зоне ЛЭП-110 кВ
АЬ, м Ст. трех листьев Ст. начала трубкования Ст. конца трубкования
Ь, см т, мг Ь, см т, мг Ь,см т, мг
0 11,12±0,47* 89,4±11,64* 20,02±1,09* 201,0±15,38* 37,28±2,22* 0,56±0,04*
15 15,03±0,66 172,0±29,56 22,04±1,01 207,0±16,81* 39,64±0,92* 0,67±0,15
30 13,67±0,45 110,8±14,96 20,38±0,41* 288,2±13,37 38,36±2,88 0,71±0,18
45 14,49±0,63 136,5±12,27 19,58±0,73* 290,8±16,62 39,48±2,11 0,55±0,11
60 14,94±0,38 126,6±22,89 19,30±0,53* 266,8±24,1 34,62±1,66* 0,71±0,12
75 13,99±0,58 148,6±31,21 18,98±0,93* 260,6±53,37 35,84±2,43* 0,74±0,08
90 14,12±0,43 185,8±20,93 21,53±0,78 291,8±42,93 37,84±2,34* 0,63±0,10
105 12,69±0,37* 142,8±19,09 21,94±1,01 246,8±26,27 45,20±2,56 0,64±0,11
120 15,33±0,44 116,6±22,84 22,26±0,66 322,2±34,74 40,62±2,07 0,73±0,12
135 12,50±0,52* 155,2±12,18 20,30±0,71* 265,6±29,90 41,00±1,08 0,68±0,11
150 15,75±0,77 172,2±28,02 20,10±0,66* 215,4±43,59 41,40±3,27 0,80±0,22
165 13,16±0,35* 125,6±12,97 21,38±0,73* 279,6±20,91 42,28±1,63 0,97±0,10
180 13,98±0,49 133,8±21,54 21,13±1,14 214,6±39,03 41,04±1,38 0,65±0,09
195 14,12±0,73 147,4±16,78 22,71±0,96 217,6±21,81 41,74±1,49 0,73±0,10
210 14,34±0,37 148,4±26,84 24,66±0,89 236,6±23,90 40,08±2,19 0,58±0,07
1000 14,61±0,35 136,6±14,38 24,24±1,09 264,6±7,27 43,64±0,75 0,74±0,11
Примечание: ДL — расстояние от источника излучения; h от контроля достоверно для р<0,05
ка излучения (0—15 м) высота растений была снижена на 14,6—9,2% по сравнению с контролем, а на отрезке 60—90 м зафиксировано снижение исследуемого показателя на 20,7—13,3% соответственно (максимум в точке 60 м). Уменьшение степени угнетения ростовых процессов на данной стадии развития может быть связано с компенсаторными возможностями самого растения.
Таким образом, действие ЭМП линии электропередачи с напряжением 110 кВ на высоту озимой пшеницы во многом определяется стадией вегетации растения, его устойчивостью к стрессовым факторам. В то же время общей тенденцией является волнообразное угнетение роста культуры с достоверным отличием от контроля непосредственно под источником излучения, а также на расстоянии 60—75 м от ЛЭП на стадии вегетации, характеризующейся активацией клеточного метаболизма.
Кроме того, из табл. 2 хорошо видно, что на всех изученных стадиях вегетации озимой пшеницы в зоне действия ЛЭП-110 кВ имела место тенденция к уменьшению сухой массы культуры, растущей в непосредственной близости от источника ЭМП, что еще раз подчеркивает угнетающее действие линии электропередачи в этой зоне.
Результаты исследования концентрации пигментов в тканях озимой пшеницы на стадии начала трубкования представлены в табл. 3.
Исследование содержания фотосинтетических пигментов проводили на данной стадии вегетации, так как она оказалась наиболее показательной в плане воздействия электромагнитного поля ЛЭП на рост растений.
Во всех исследованных образцах были обнаружены хлорофилл а, Ь и каротиноиды, причем уровень каротиноидов превышал количество хло-
— высота растения; т — сухая масса пшеницы; * — отличие
рофилла обоих типов, из которых преобладал хлорофилл а (табл. 3). Изменение концентрации всех пигментов фотосинтеза под действием ЛЭП имело сходную зависимость.
Видим, что максимальное колебание концентрации было характерно для каротиноидов (9 из 16 изученных точек), тогда как уровень хлорофилла а менялся меньше остальных пигментов (3 точки из 16). Кроме того, для изменения содержания всех трех пигментов в листьях озимой пшеницы было характерно как превышение контрольных значений, так и снижение по сравнению с контролем, т.е. имела место волнообразная зависимость.
По результатам исследования выявлены следующие изменения концентрации фотосинтети-ческих пигментов в листьях озимой пшеницы на стадии начала трубкования в зоне действия ЛЭП-110 кВ. Вблизи источника ЭМП концентрация каротиноидов была существенно ниже контрольных значений, а на расстоянии 30 м от ЛЭП зафиксировано достоверное снижение уровня всех пигментов: хлорофилла а и хлорофилла Ь — в 2 раза, каротиноидов — на 30% (табл. 3). После чего на удалении 60 м от источника электромагнитного излучения наблюдалось резкое увеличение содержания анализируемых веществ по сравнению с контрольными значениями: хлорофилла а — в 2 раза, хлорофилла Ь и каротиноидов — в 1,5 раза. Подобная тенденция к росту уровня всех трех пигментов, причем в 2 раза, наблюдалась и при удалении на 90 м от линии электропередачи. В то же время для хлорофилла Ь и каротиноидов было характерно снижение концентрации в листьях озимой пшеницы в точках 75 и 120 м (табл. 3). Таким образом, в зоне действия ЛЭП-110 кВ уровень таких фотосинте-
3. Содержание фотос и нтети ч ес к и х пигментов в листьях озимой пшеницы на стадии начала трубкования в зоне действия ЛЭП-110 кВ
АЬ, м Хлорофилл а, Хлорофилл Ь, Каротиноиды,
мг/г сухого в-ва мг/г сухого в-ва мг/г сухого в-ва
0 0,82±0,04 0,87 ±0,08 1,31±0,06*
15 1,52±0,09 1,16±0,17* 2,05±0,14
30 0,54 ±0,05* 0,31 ±0,02* 1,30±0,03*
45 0,65±0,04 0,42±0,08 1,17±0,06*
60 2,54 ±0,14* 0,99±0,04* 2,76±0,02*
75 1,09 ±0,04 0,32±0,08* 1,71 ±0,01 *
90 2,46 ±0,09* 1,26±0,17* 2,50±0,05*
105 1,40±0,09 0,80±0,17 1,29±0,03*
120 0,80±0,04 0,35±0,08* 0,94±0,04*
135 1,17±0,04 0,49±0,08 1,08±0,01*
150 1,98±0,19 0,63±0,02 2,12±0,16
165 1,74±0,09 0,75±0,17 1,94±0,03
180 1,82±0,14 0,91 ±0,14 1,90±0,14
195 1,43 ±0,04 0,72±0,08 1,95±0,06
210 1,09±0,05 0,80±0,03 1,84±0,03
1000 1,21±0,28 0,68±0,07 1,86±0,05
Примечание: БЬ — расстояние от источника излучения; * — отличие от контроля достоверно для р<0,05.
тических пигментов, как хлорофилл Ь и кароти-ноиды, был подвержен большим колебаниям по сравнению с контрольными значениями, чем содержание хлорофилла а в листьях озимой пшеницы на стадии начала трубкования. Возможно, ЭМП ЛЭП подобным образом действует на фо-тосинтетический аппарат растительной клетки.
Результаты проведенных исследований подтверждают, что электромагнитное поле линий
электропередачи обладает выраженной биологической активностью, в частности, воздействует на ростовые показатели (высоту и сухую массу) и концентрацию фотосинтетических пигментов в растениях. А именно, приводит к резкому снижению высоты обрабатываемой культуры и ее сухой массы, к нарушениям в пигментном обмене растительной клетки. Таким образом, на примере озимой пшеницы сорта «Светоч» нами доказана возможность использования растений в качестве индикаторов электромагнитного загрязнения окружающей среды. Результаты подобных научных изысканий могут найти применение в работе природоохранных организаций и учреждений агропромышленного комплекса при обосновании рекомендаций по рациональному размещению и эксплуатации электротехнических сооружений в условиях природных экосистем и сельскохозяйственных предприятий, а также при разработке соответствующей нормативной документации.
Литература
1. Григорьев, О.А. Проблема экологических нормативов в условиях электромагнитного загрязнения окружающей среды / О.А. Григорьев, А.В. Меркулов // Мат. 3-й межд. конф. «Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования», 17—24 сент. 2002 г. М., 2002. С. 25-27.
2. Сподобаев, Ю.М. Основы электромагнитной экологии / Ю.М. Сподобаев. М.: Радио и связь, 2000. 239 с.
3. Третьяков, Н.Н. Практикум по физиологии растений / Н.Н. Третьяков, Т.В. Карнаухова, Л.А. Паничкин и др. // М.: Агропромиздат, 1990. 271 с.
4. Кавеленова, Л.М. Науки о Земле. Практикум по курсу «Почвоведение с основами геологии»: учебное пособие / Л.М. Кавеленова, Н.В. Прохорова. Самара, 2001. 64 с.
