Изучение длительного влияния электромагнитного излучения

На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле Земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда под влиянием мощного корпускулярного потока магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик. Этот явление, получившее название магнитных бурь, неблагоприятно отражается на состоянии всех экосистем, включая и организм человека. В этот период отмечается ухудшение состояние больных, страдающих сердечно-сосудистыми, нервно-соматическими и другими заболеваниями.

Современная техника с каждым годом все больше насыщает окружающую нас среду мощными электромагнитными полями, интенсивность которых в тысячу и миллионы раз превосходит интенсивность магнитного поля Земли. Каково действие этих полей на живую природу и, в частности, на человека. Положительное оно или отрицательное, полезное или вредное? Эти вопросами занимаются и физики, и медики, и в этом достигнуты определенные результаты. Установлено, что если изолировать от геомагнитного поля живые организмы, то их рост и развитие нарушаются.

Объектом изучения воздействия низкочастотного излучения мы выбрали растения. Восприимчивость живых организмов к изменению электромагнитных полей Земли связана с физико- химическими особенностями протоплазмы живых клеток и, в первую очередь, с необычными свойствами воды, входящей в ее состав. Ученые считают, что благодаря природным электрическим полям происходит непрерывная «автоподстройка» работы клеток и организмов растений в целом на нужный режим работы. А что будет, если живой организм попадет в зону действия длительного искусственного электромагнитного излучения? Мощными источниками низкочастотного излучения для нас являются линии высоковольтных передач. Если эти линии проходят за пределами населенных пунктов, то особого беспокойства они не вызывают. Но одна из таких линий в городе Благовещенске, проведена вблизи жилых домов. Это вызвало обеспокоенность людей. Ситуацию разрешили уверениями, что на расстоянии 20 метров электромагнитное излучение уже полностью исчезает. Мы решили проверить это высказывание.

Тема: «Изучение длительного влияния электромагнитного излучения высоковольтной линии электропередач на кострец безостый (Dromopsis inermis Holub L) и пырей ползучий(Agropyrum repens L)».

Цель: изучить влияние низкочастотного электромагнитного излучения на морфологические особенности и длительность фенофаз растений кострец безостый и пырей ползучий.

Задачи:

• сделать анализ морфологических признаков наземной части растений в зависимости от расположения источника излучения;

• сравнить мощность корневых систем растений в зависимости от расположения источника излучения;

• сравнить длительность фенофаз растений в зависимости от расположения источника излучения.

Основная часть

I. Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннам. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания. Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников.

В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны -21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи). Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов. На территории России общая протяженность только ЛЭП-500 кВ превышает 20000 км (помимо ЛЭП-150, ЛЭП-300, ЛЭП-750). Линии электропередачи и некоторые другие энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни раз выше среднего уровня естественных полей. Напряженность поля под ЛЭП может достигать десятков тысяч В/м. Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в пяти метрах от продольной оси трассы: для ЛЭП-330 кВ — 3,5 – 5,0 кВ/м, для ЛЭП-500 кВ — 7,6 – 8 кВ/м,   для ЛЭП-750 кВ — 10,0 – 15,0 кВ/м. Ученые говорят, что отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Ученые предупреждают, что неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м.

Законом РФ об охране окружающей природной среды (1991 г. ) предусмотрены меры по предупреждению и устранению вредных физических воздействий, включая и электромагнитные поля.

Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн, заметно повышается заболевание катарактой глаз. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, то есть с уменьшением длины волн.

Материалы и методы

• Семейство Злаков.

Материалом для опыта послужило растения из Семейства Злаки – Gramineae.

Семейство Злаков объединяет от 7500 до 10 тыс. ( около 700 родов). Род костер – Bromus. Число видов около 100, распространенных главным образом в умеренных областях северного полушария; встречается в южной Америке и горных районах тропических стран. На территории России 44 вида – многолетних и однолетних растений. Ценные кормовые травы, некоторые объект культуры в полевом травосеянии.

• Пырей ползучий (Agropyrum repens L)

Многолетнее растение семейства злаковых, корневищное, стебли прямые, облиственность средняя, колосья одиночные, в узлах ость острая. Листья ланцетные. Основной способ размножения – корневищами, наибольшая их масса в слое 7-10 см, семенами размножение носит вторичную роль. Сорняк, способный быстро образовывать дернину. Засоряет посевы всех культур. Корневищные многолетники имеют подземные стебли. Вес корневищ на гектаре доходит до 7 т, длина их достигает 1300км, а вегетационных почек насчитывает свыше 40 млн. штук. У него прямой стебель высотой в 10-12см. , сероватые плоские листья. Главная ось колоса длиной 10-18см. , а колоски размером 1,3 – 2, 8 мм.

• Кострец безостый – Dromopsis inermis ( Leys) Holub (костер безостый).

Кострец безостый (костер) – не рыхлокустовой злак. Он образует не мочковатые тонкие корни, а ползущие корневища, представляющие собой подземные стебли, распространяющиеся в почве на глубине 10-12см от поверхности и укореняющиеся в узлах, из которых на поверхность почвы выходят стебли. Корневища обычно бывают гораздо более толстые, чем корни рыхлокустовых злаков, отходящие от корневищ тонкие корни малочислены и слабо распространены вглубь. Многолетний корневищный верховой злак озимо – ярового типа развития высотой 80. 150 см. Корневая система мощная, корни достигают глубины 2м и более. Образует большое количество удлиненных, хорошо облиственных побегов. Соцветия- большая раскидистая метелка; колоски безостые. Хорошо поедается всеми видами скота. Держится в травостое более десяти лет.

• Методика исследований.

Летом 2006 года мы приняли участие в полевой исследовательской экспедиции в рамках работы экологической смены в пришкольном лагере « Улыбка». Полевая экспедиция предусматривала проведение пятнадцатикилометрового велосипедного маршрута, целью которого было добраться до объекта исследований, провести визуальные наблюдения, взять образцы на лабораторные анализы и собрать гербарный материал.

Для реализации поставленных задач мы выбрали поле, которое два года назад было засеяно травой кострец под сенокос. Поле заражено пыреем ползучим. Выбранный участок располагался возле высоковольтной линии электропередач.

В своих исследованиях на сенокосе мы воспользовались так называемым микрополевым опытом. Исследование было однофакторным. Центр эксперимента находился под высоковольтной линией электропередачи. Единицей (шаг) варьирования изучаемого фактора взято расстояние в 15 метров. Так как сведения об изучаемом явлении отсутствуют, то выбор шага был сделан произвольно.

Для изучения луговой растительности на участках воспользовались определением только одного количественного признака - высотой растений. Мы использовали непрерывную количественную изменчивость, выраженную мерой длины- сантиметрами.

Для определения морфологического состава растений мы воспользовались каталогами Р. Д. Чепелева «Сорная растительность Приамурья» и М. И. Тарковского «Многолетние травы в полевых севооборотах». После создания гербария, материал был представлен ученым ВНИИ сои к. с-х. н. Слободяннику Николаю Семеновичу и старшему научному сотруднику Чепелеву Петру Романовичу для подтверждения правильности определения растений.

У злаковых растений фазы цветения и колошения трудно различимы. Для определения фазы растения на учетных делянках мы воспользовались высушенной измельченной массой. Со всех делянок были срезаны образцы для измельчения сырой зеленой массы. Зеленная масса была измельчена на травяной мельнице в Зональной агрохимлаборатории Амурской области, а затем высушена. Ее мы использовали для создания коллекции.

Изучая качественные признаки растений, мы остановились только на окраске стеблей и листьев.

Была проведена визуальная оценка состояния посевов костреца на выбранных участках в баллах, а также визуальная оценка корневых систем растений.

Первая учетная делянка для исследований была разбита не посредственно под высоковольтной линией, соединяющей Волковскую и Тамбовскую подстанции. Остальные - на расстоянии 15м, 30м, 45м, а контрольная делянка на 150м. Расстояние определялось по поверхности земли.

Схема расположение учетных делянок.

№1 №2 №3 №4 №5

Учетная делянка №1 - 0м. ;

Учетная делянка №2 - 15м. ;

Учетная делянка №3 – 30м. ;

Учетная делянка №4 – 45м.

Учетная делянка №5 – 150м. контроль.

Размеры учетных делянок 1 кв. м.

Учетную делянку разбивали на 4 равные площадки, площадь каждой 0,25 кв. м.

С первой площадки был взят материал для создания гербария. Со второй площадки произвели срезку зеленой массы. Зеленая масса в дальнейшем была измельчена и высушена. С третьей площадки были взяты образцы для изучения корневой системы растений. На четвертой площадке мы провели визуальное изучение видового состава и морфологических особенностей растений.

Основные растения в образцах - пырей ползучий и кострец безостый. Морфологические особенности растений с учетных делянок были занесены в таблицы.

V. Анализ результатов

Изучение признаков наземной части растения костер безостый показало, что на первой делянке высота растений достигала 20см - 55 см, на второй- 70% растений имели 60 – 65 см, на третьей- 70% растений имели высоту 60-70 см, на четвертой 60-75 см. , а на контрольной делянкевысота растений достигала - 65-75см. Число растений на делянке от 10 до 15. Растения отличаются по внешнему виду.

Соцветие – метелка на делянке №1 имело самые маленькие размеры, малораскидистое, а в образцах с делянок №4 и№5 оно кустистое.

Мощность развития листьев и кустистость растений на первых трех площадок значительно меньше, чем на остальных.

Визуальные наблюдения показали, что растения на первых трех учетных делянок имели более желтоватый оттенок в сравнении с контролем.

Высушенная масса в образцах с учетных делянок №1,2,3 грубая, виден созревший уплотненный стержень. Это свидетельствует о том, что растения находились в стадии колошения. Измельченные образцы с делянок №4,5 мягкие, нет остей стеблей. Значит, растения были в фазе цветения.

Анализы, проведенные в зональной агрохимлаборатории, показали, что содержание нитратов в образцах не превышало допустимой нормы, а содержание каротина в образцах с первой, второй и третьей делянок выше, чем на контрольной делянке, а на четвертой делянке соответствует контрольному образцу. Это тоже связано с тем, что большая часть растений с делянок №1,2, 3 находилась в стадии колошения.

Часть растений с делянок было выкопано для исследования корневой системы.

Растениях с делянки №1 имели только тонкие корни, но малочисленные и слабо распространенные вглубь. Корневая система растений делянки №2 кроме тонких корней имела ползущие корневища. Корневая система в образцах с учетных делянок № 3,4 имела как тонкие корни, так и корневища. По сравнению с контрольным образцом корневая система менее развита, особенно хорошо это просматривалось на корневищах.

На делянках №2 №3 помимо костреца безостого был еще и пырей ползучий. Мы взяли растения для гербария. Во взятых образцах видим, что растения пырея отличаются по росту, толщине ствола, толщине корневищ. Тонкие корни также отличаются, в образцах расположенных ближе к высоковольтной линии они более тонкие и короткие. В образце с делянки №3 корневая система более развита.

Сильно отличается и колос растений с разных делянок.

Анализируя полученные результаты, мы можем отметить, что по мере удаления от источника низкочастотного излучения наблюдаются изменения в наземной и подземной части растений.

Низкорослые растения, произрастающие возле высоковольтной линии, по мере удаления от высоковольтной линии заменяются высокими. Увеличивается мощность развития листьев и кустистость растений.

Заметно изменяется корневая система растений, она становится развитой, мощной. Изменяются корневища, происходит их утолщение и более интенсивное развитие. Изучение морфологических особенностей наземной части, корня и измельченной массы позволяет сделать выводы о воздействии низкочастотного излучения на растения, произрастающие вблизи высоковольтной линии электропередач. Хотя растения лишены нейрогуморальных систем, присущих высшим животным, но чувствительность к внешним воздействиям и механизму биохимических процессов обмена веществ и энергии близки к ним. Действие электромагнитного излучения высоковольтной линии электропередач начинает убывать с расстояния 30 м от нее, и на расстоянии 45 метров практически все морфологические признаки растений соответствую параметрам контрольных растений. Эти наши наблюдения ни как не соответствуют безопасному расстоянию в 20 метров, о котором уверяли жителей г. Благовещенска.

Выводы:

1. Низкочастотное электромагнитное излучение угнетает развитие наземной части и корневой системы злаковых растений;

2. Низкочастотное электромагнитное излучение укорачивает продолжительность фенофаз костреца безостого, поэтому электромагнитное излучение возможно использовать для уменьшения вегетационных периодов злаковых растений;

3. Низкочастотное электромагнитное излучение оказывает сильное влияние на растения в радиусе до 30 метров от источника излучения, поэтому высоковольтные линии электропередач не должны проходить в близи живых домов.