ЭКОЛОГИЯ ИМПАКТНЫХ РЕГИОНОВ: МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПУБЛИКАЦИЯХ Воробейчик Е.Л.1, Козлов М.В.2 1 Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург, Россия. ev@ipae. uran.ru 2 Лаборатория экологии Университета Турку, Финляндия
ECOLOGY OF IMPACT REGIONS: METHODOLOGY OF RESEARCH, TYPICAL ERRORS, AND PRESENTATION OF RESULTS IN PUBLICATIONS Vorobeichik E.L., Kozlov M.V. Под импактным регионом мы понимаем комплекс экосистем, расположенных вокруг точечного источника выбросов и подверженных воздействию атмосферного загрязнения от этого источника.
Основная специфика такого региона заключается в градиентной природе формирующего его фактора: территория вблизи источника представляет специфическую пространственную структуру, состоящую из участков с разным уровнем загрязнения и разной степенью трансформации экосистем. Импактный регион - удобный модельный объект для решения многих фундаментальных и прикладных проблем экологии, связанных с изучением сильных внешних воздействий на биоту. При проведении работ по импактной экологии очень важно четко понимать специфику пассивных экспериментов и связанных с ней особенностей планирования работ и статистического анализа данных. В нашей статье (Экология, 2012, № 2, с. 83-91) подробно рассмотрены типичные методологические ошибки при изучении импактных регионов и предложены пути их преодоления, обсуждены принципы размещения исследуемых участков в пределах импактного региона, проблемы выбора экспериментальных и измеряемых единиц. В импактной экологии давно назрела необходимость количественного обобщения результатов многих независимых исследований, что можно эффективно реализовать с помощью мета-анализа - относительно нового статистического подхода, разработанного как для поиска общих закономерностей в совокупности опубликованных данных, так и для выявления причин, обусловливающих различия между результатами. К сожалению, очень многие публикации, посвященные воздействию промышленного загрязнения на наземную биоту, нельзя использовать для мета-анализа из-за серьезных погрешностей в изложении результатов. Нами предложен вариант протокола для описания результатов подобных исследований, включающий обязательные и желательные характеристики источника выбросов, импактного региона, объектов исследования и схем сбора материала (Экология, 2012, № 4, с. 243-251). Несоблюдение элементарных требований к представлению результатов в публикациях (например, нет сведений об объеме выборки и мере изменчивости) приводит к исключению ценной информации из научного оборота. ФРАКТАЛЬНО-ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ ПОРТРЕТ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА КАК БИОИНДИКАТОР ВИДА ПОЧВЕННЫХ ДЕСТРУКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ Воробьев Н.И.1, Свиридова О.В.1, Патыка Н.В.1, Думова В.А.1, Мазиров М.А.2, Круглов Ю.В.1 1 ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии, Санкт-Петербург, Пушкин, Россия. Nikolai_Vorobyov@yahoo.com 2 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева, Москва, Россия FRACTAL-TAXONOMIC PORTRAIT OF MICROBIAL COMMUNITY AS BIOINDICATOR OF A TYPE OF SOIL DESTRUCTIVE PROCESSES Vorobyov N.I., Sviridova O.V., Patyka N.V., Dumova V.A., Mazirov M.A., Kruglov Yu.V. Поступающие в почву органические и минеральные вещества регулярно инициируют образование в микробном сообществе генетически детерминированных биосетей, которые настраиваются на трансформацию исходных субстратов в необходимые для растений и микроорганизмов формы веществ. При этом число и структура образовавшихся биосетей, а также таксономическое положение микроорганизмов в узлах биосетей, неявно указывают на видовой и химический состав преобразуемых субстратных комплексов, а также и на экологическую ситуацию в агроценозе. Для получения информации о процессах в почве была осуществлена попытка преобразования исходных частотно-таксономических TRFLP-данных микробных сообществ во фрактально-таксономические портреты (ФТП). Получаемые по предлагаемой методике ФТП позволяют анализировать изменения в структуре образовавшихся биосетей и в их таксономическом составе. Для построения ФТП проводился статистический анализ тонкой структуры распределения плотности вероятности биометрических данных и фрактальный анализ уровня дискретизации/кластеризации биометрического пространства микробного сообщества. Каждая биосеть образуется под управлением генетических инструкций (А-планов), тексты которых считываются из метагенома микробного сообщества. При этом каждый А- план включает в себя подробное описание последовательности и схемы биохимических реакций для всех микроорганизмов биосети, и применительно к конкретным внешним условиям. Чем больше число А-планов используется в микробном сообществе, тем шире спектр преобразований осуществляется микроорганизмами, тем выше преобразовательный потенциал данного сообщества и интенсивнее протекают восстановительные процессы в этих почвах. Современные молекулярные методы позволяют получать обширную частотнотаксономическую информацию о микробных сообществах почв. По этим данным удается строить достоверные ФТП, объединяющие культивируемые и некультивируемые формы микроорганизмов в широком диапазоне их титров. По предлагаемой методике были построены ФТП микробных сообществ из образцов почв многолетнего опыта РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Варианты опыта отличались растительными культурами севооборота и уровнем известкования почв. В результате было установлено, что севооборот и известкование оказывают заметное влияние на сетевую организацию почвенного микробного сообщества, вызывая значимые изменения в структуре биосетей и в их таксономическом составе. ВЛИЯНИЕ ПРИБОРА, ГЕНЕРИРУЮЩЕГО СВЕТОДИОДНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, НА ВОДНЫХ РАЧКОВ DAPHNIA MAGNA Воробьева О. В. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. olvorobieva@rambler. ru EFFECTS OF THE DEVICE GENERATING LIGHT-EMITTING DIODE RADIATION, ON DAPHNIA MAGNA Vorobyeva O. V. Биотестирование, являясь методом контроля химического загрязнения, одновременно может найти применение при оценке вредоносного действия физических факторов, в частности - электромагнитного излучения. Одними из возможных источников такого излучения являются лазеры и светоизлучающие диоды. Не смотря на широкое применение лазерных и светодиодных приборов в медицине, в некоторых случаях воздействие облучения не только не приводит к позитивному эффекту, но и вызывает угнетение жизненно важных функций организма. Так, было установлено, что однократное облучение рачков Daphnia magna светодиодной матрицей (Тмакс = 650 нм) оказывало негативное воздействие на их потомство.
Поскольку при облучении организм подвергается не только действию света, но и действию электромагнитного поля (ЭМП), порождаемого прибором, целью настоящей работы стало выявление эффекта каждого из этих компонентов излучения прибора на выживаемость, плодовитость и качество потомства Daphnia magna. Особи в возрасте до 24 ч, выращенные в стандартных условиях, однократно облучали прибором СДМ-01, генерирующим светодиодное излучение с длиной волны 650 нм и интенсивностью 0.04 мВт/см с экспозицией 0.1 с и 300 с. Контролем служили рачки из того же помета, не подвергшиеся воздействию прибора. Для выявления действия ЭМП прибора использовали рачков, помещенных под облучатель, но изолированных от действия света. Наблюдения велись за исходно облученным поколением (Р) и за тремя последующими поколениями (Fj - F3), облучение которых не проводилось. Облучение при помощи светодиодной матрицы и действие ЭМП прибора не оказало влияние на выживаемость и наступление половозрелости дафний. Хотя статистически достоверных отличий от контроля по плодовитости также выявлено не было, воздействие ЭМП снижало суммарную плодовитость дафний в исходном и первом поколении (на 37 и 33 %, соответственно), увеличивало ее во втором поколении (на 45 %) и практически не изменяло в третьем. Плодовитость при облучении светодиодом с меньшей экспозицией (0.1с) практически не отличалась от плодовитости в контроле, тогда как действие облучения с большей экспозицией (300 с) давало увеличение плодовитости по отношению к контролю (на 30 и 39 %, соответственно). При этом плодовитость при действии ЭМП в исходном и первом поколении была существенно ниже плодовитости при облучении с экспозицией 300 с, и только ко второму поколению достигала ее уровня. Во всех исследованных поколениях, подвергшихся действию прибора, среди рожденной молоди встречались морфологически аномальные и быстро погибающие особи. Такие особи не встречались в контрольных выборках. Поскольку аномалии встречались и при световой изоляции, вероятно, их можно рассматривать как проявление воздействия ЭМП прибора. Вероятно, ЭМП, создаваемое прибором, оказывает негативное влияние на организмы (снижает плодовитость и приводит к рождению аномального и быстро погибающего потомства). Облучение красным светом, вероятно, способно оказывать частичное протекторное действие. При меньшей экспозиции суммарная плодовитость самок оказывается восстановленной до контрольного уровня, при большей - способна его превзойти. При этом протекторное действие оказывается недостаточно сильным для предотвращения рождения аномальных и быстро погибающих особей. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 10-02-00672). МЕТОД ФИТОТЕСТА ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ АГРОЦЕНОЗА Воронина Л.П. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия. Luydavoron@yandex.ru BIOASSAY (PHYTO) FOR THE ENVIRONMENTAL ASSESSMENT AGROCENOSIS Voronina L.P. Для характеристики экологического состояния агроценоза прибегают к комплексу методов, устанавливающих уровень его загрязнения. Методический подход комплексной характеристики состоит, прежде всего, из токсикологической и санитарной оценки каждого химического вещества или соединения, используемого для повышения и сохранения урожая и экологической оценки их воздействия на почвенную компоненту и качество сельскохозяйственной продукции. Индивидуальная характеристика применяемых веществ не соответствует совокупному их воздействию в полевых условиях. Ранее установлено, что совместное их поступление сопровождается процессами миграции, транслокации, мобилизации, иммобилизации и др. Это приводит к изменению химического состояния веществ, изменению их количественного состава и образованию метаболитов в почве и растениях, зачастую превышающих токсическое действие индивидуальных веществ. В связи с этим, кроме конкретного определения действия и последействия используемых химических средств, целесообразно использовать методы биотестирования, и в частности, фитотестирование для экологической оценки агроценоза. Наши методические работы по фитотестированию позволили модифицировать и определить наиболее перспективный метод. Этим методом (фитотетирование на тесткультуре - редис, тест-показатель - учет изменения роста корневой системы) получены результаты по индивидуальным характеристикам агрохимических веществ и по их комплексному применению в агроценозе. В лабораторных экспериментах установлены зависимости «доза - эффект» для следующих агрохимических соединений (по д.в.): основных минеральных удобрений (NPK), макро и микроэлементов (Si, Zn, Cu), элементов эссенциале (Se), биологически активных веществ (БАВ) (гуматы, фитогормоны). Получены характеристики по токсическим уровням некоторых средств защиты растений (ХСЗР) и тяжелых металлов (Cd). Результаты исследования подтверждают протекторное действие БАВ в комплексе с ХСЗР. Причем, это установлено как в лабораторных экспериментах, так и по некоторым позициям (24-эпибрассинолид+2,4-ДА; ГуматNa+прометрин, линурон и др., ХСЗР+Эль; и др.) в полевых опытах. Способность БАВ снижать токсическое действие ТМ подтверждается в серии полевых экспериментов в овощном агроценозе. Использование фитотестирования в полевых опытах в ходе вегетации позволяет определить динамику по суммарной токсичности. Варьирование данной характеристики обусловлено физико-химическими и биологическими процессами и сопровождается изменениями в структурно-микробном сообществе. Многолетние исследования выполнены в (5-польном) севообороте для следующих культур: ячмень, пшеница, сахарная свекла в центральном чернозёмном районе; картофель на легкосуглинистых дерново-подзолистых почвах (Коренёво, Московская обл.); овощной агроценоз на среднесуглинистых дерново-подзолистых почвах, обогащённых осадками сточных вод (Люберцы, Московская обл.). Установленные динамичные изменения по суммарной токсичности свидетельствуют, что использование фитотестирования позволяет вести экспрессный контроль, который должен быть использован для экспертной оценки и восстановления экологического состояния агроценоза в ходе вегетации. Необходимо и далее развивать (унифицировать и автоматизировать) методическую часть. Практическое её применение обеспечит выращивание сельскохозяйственной продукции высокого качества.
Еще по теме ЭКОЛОГИЯ ИМПАКТНЫХ РЕГИОНОВ: МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПУБЛИКАЦИЯХ Воробейчик Е.Л.1, Козлов М.В.2 1 Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург, Россия. ev@ipae. uran.ru 2 Лаборатория экологии Университета Турку, Финляндия: