Влияние сочетанного химического и электромагнитного загрязнения на биологические свойства почв

МИНОБРНАУКИ РОССИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное 
учреждение высшего профессионального образования 
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 
 
 
Мазанко М.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., 
Казеев К.Ш., Даденко Е.В. 
 
 
 
 

 
ВЛИЯНИЕ СОЧЕТАННОГО ХИМИЧЕСКОГО  

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ  

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ 

 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ростов-на-Дону  
2013 

УДК 57.044; 631.4; 504.05 
ББК 40.3 
    М 13 
 
 
Рецензенты: 
доктор биологических наук, профессор Т.М. Минкина; 
доктор педагогических наук Т.В. Вардуни 
 
 
Мазанко М.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., Казеев К.Ш., Даденко Е.В. 
Влияние 
сочетанного 
химического 
и 
электромагнитного 
загрязнения 
на 
биологические свойства почв: монография.  Ростов-на-Дону: Издательство 
Южного федерального университета, 2013. - 168 с. 
ISBN 978-5-9275-1183-9 
 
Установлены закономерности воздействия сочетанного загрязнения на 
биологические свойства почв юга России, такие как обилие различных 
экологических групп почвенных бактерий и микромицетов, почвенная микробная 
биомасса, ферментативная активность, фитотоксичность почв. 
Исследованы изменения свойств почв в зависимости от природы 
загрязняющих веществ (свинец, нефть), их концентрации в почве, уровня и 
частоты воздействия электромагнитных. Определен вклад каждого из факторов в 
изменение биологических свойств почвы. 
Книга адресована специалистам в области экологии, природопользования, 
охраны окружающей среды, почвоведения, а также студентам и аспирантам.  
Табл. 10, рис. 32, библ. 369.  
           
         Публикуется в авторской редакции. 
 
Исследования выполнены при финансовой поддержке Южного федерального 
 университета (213.01-24/2013-85, 213.01-24/2013-44), Министерства образования  
и науки Российской Федерации (5.5160.2011, 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269). 
 
Монография опубликована за счет средств  Программы развития Южного  
федерального университета (213.01-24/2013-44). 
 
 
ISBN 978-5-9275-1183-9                                                                     УДК 57.044; 631.4; 504.05 
ББК 40.3 
 
 
 Мазанко М.С., Колесников С.И., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Даденко Е.В., 2013 
 Южный федеральный университет, 2013
 

СОДЕРЖАНИЕ 

 
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................ 5 
ГЛАВА 
1. 
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ 
ПОСЛЕДСТВИЯ 
ЗАГРЯЗНЕНИЯ 
ПОЧВ 
ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ, НЕФТЬЮ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ, 
А ТАКЖЕ ИХ СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
ПОЧВЫ ................................................................................................................................................... 6 
1.1. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами ..................... 6 
1.1.1. Тяжелые металлы почве ........................................................................................................ 6 
1.1.2. Влияние тяжелых металлов на живые организмы и свойства почвы ....... 11 
1.2. Экологические последствия загрязнения почв нефтью ..................................... 17 
1.2.1. Нефть в почве ................................................................................................................. 17 
1.2.2. Влияние загрязнения нефтью на свойства почвы и живые организмы .... 23 
1.3. Экологические последствия электромагнитного воздействия на почву ..... 29 
1.3.1. Электромагнитные излучения в природной среде. .......................................... 29 
1.3.2. Механизмы биологического действия электромагнитного излучения.  
Влияние электромагнитных полей неионизирующей природы на свойства почв .... 31 
1.4. Экологические последствия сочетанного загрязнения ...................................... 37 
1.4.1. Сочетанное действие ионов различных тяжёлых металлов ......................... 37 
1.4.2. 
Сочетанное 
действие 
тяжёлых 
металлов 
и 
других 
факторов 
окружающей среды ........................................................................................................................... 40 
1.4.3. Сочетанное действие тяжёлых металлов и электромагнитных полей ...... 42 
1.4.4. Сочетанное действие электромагнитных полей разной интенсивности .. 44 
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ..................................................................... 46 
2.1. Черноземы обыкновенные ............................................................................................ 46 
2.2 Бурые лесные почвы ........................................................................................................ 49 
2.3. Серопески............................................................................................................................ 52 
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ....................................... 54 
3.1. Методика модельных исследований ......................................................................... 54 
3.2. Описание установок, использованных в эксперименте ..................................... 57 
3.3 Методы определения биологических свойств почвы .......................................... 59 
3.4 Статистическая обработка результатов .................................................................... 59 
ГЛАВА 
4. 
ОЦЕНКА 
ВЛИЯНИЯ 
СОЧЕТАННОГО 
ЗАГРЯЗНЕНИЯ 
СВИНЦОМ, 
НЕФТЬЮ 
И 
СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЕМ 
НА 
БИОЛОГИЧЕСКИЕ 
СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ................................................................. 61 

4.1 Влияние на ферментативную активность ................................................................. 65 
4.2. Влияние на почвенную микрофлору ......................................................................... 67 
4.3 Влияние на фитотоксические свойства почвы ....................................................... 76 
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОЧЕТАННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ 
И ПЕРЕМЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ........................................................................................... 79 
5.1 Влияние на ферментативную активность ................................................................. 84 
5.2 Влияние на почвенную микрофлору .......................................................................... 87 
5.3 Влияние на фитотоксические свойства почвы ....................................................... 98 
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ СОЧЕТАННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СВИНЦОМ И 
ПЕРЕМЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО, БУРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И СЕРОПЕСКОВ101 
6.1 Влияние на ферментативную активность ............................................................... 110 
6.2 Влияние на почвенную микрофлору ........................................................................ 114 
4.3 Влияние на фитотоксические свойства почвы ..................................................... 128 
ВЫВОДЫ .................................................................................................................................. 134 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................... 135

ВВЕДЕНИЕ 

Загрязнение почв в настоящее время становится одной из наиболее острых 

экологических проблем. 

Тяжелые металлы, накапливающиеся в почве, способны привести к измене
нию как биологических, так и физических почвенных свойств. К тому же, связы
ваясь с почвенными компонентами, они способны надолго оставаться в почве. Ис
следованию их влияния на почву посвящено значительное количество работ (Звя
гинцев, 1987; Левин и др., 1989; Ильин В.Б., 1991; Колесников и др., 2000, 2002, 

2006). 

Нефтяное загрязнение так же отрицательно влияет на почвенные свойства, 

снижает численность микроорганизмов и активность ферментов, нарушает струк
туру и аэрацию почвы. Влияние нефти на почвенные свойства является одним из 

приоритетных направлений исследований (Пиковский, 1993; Трофимов и др., 

2000; Киреева и др., 1998, 2002; Назаров и др., 2010; Колесников, 2006). 

Электромагнитные поля оказывают воздействие на все уровни организации 

жизни, их действие связано с работой многих механизмов, в основе которых ле
жит процесс поглощения и преобразования энергии излучения. В связи с тем, что 

количество источников электромагнитных полей постоянно возрастает, вопросы 

электромагнитного загрязнения становятся всё более актуальными (Олешко и др., 

1980; Бинги, 2002, 2006; Григорьев и др., 2003; Денисова и др., 2009, 2011). 

Несмотря на то, что в литературе существует большое количество работ, по
священных вышеперечисленным загрязнителям, работ, посвященных их сочетан
ному влиянию на биологические объекты, значительно меньше (Жвирбилис, 1999; 

Somasundaran, Ajmal, 2010; Qixing, 1999; Heijerick at al., 2002; Сердюченко и др., 

2009; Карагайчева, 2009, 2010; 2012). А исследований, посвященных влиянию со
четанного загрязнения на почвенные свойства, практически нет (Вызовская, 2007; 

Паникова и др., 2010). 

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ 

ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ, НЕФТЬЮ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ     

ПОЛЯМИ, А ТАКЖЕ ИХ СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ                                   

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ 

1.1. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами 

1.1.1. Тяжелые металлы почве 

К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов перио
дической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50
ти атомных единиц массы (а. е. м.) (Орлов и др., 1991; Ильин, 2000;  Агроэкологи
ческая характеристика…2002). 

Определению ТМ соответствует большое количество химических элемен
тов. Но чаще всего ТМ всего рассматривается не с химической, а с природоохран
ной и медицинской точек зрения (Duffus, 2003). Соединения этих элементов не яв
ляются химическими веществами, которые можно поставить в один ряд, а потому 

следует сузить рамки веществ, называемых «тяжелыми металлами». По мнению 

Н.Ф. Реймерса (1990) от тяжелых необходимо отличать благородные и редкие ме
таллы, и потому к ТМ относятся только Pb, Cu, Cd, Ni, Zn, Co, Sb, Sn, Hg, Bi. 

К тяжелым металлам так же могут относить и неметаллические элементы, 

например, As, Se, и даже элементы, масса которых ниже 50 а. е. м., такие, как F, Be 

и др. 

Некоторые из ТМ являются микроэлементами, которые необходимы для 

нормального функционирования живых организмов, которые входят в состав 

ферментов, и потому являются биорегуляторами многих биологических процес
сов. При этом если ТМ находятся в избытке, они могут оказывать токсическое 

действие на живые организмы (Кадацкий, 2001; Бирагова, 2003; Knasmüller, 1998, 

Рустембекова, Барабошкина, 2006). 

В почву тяжелые металлы могут поступать из природных и техногенных ис
точников. Из природных источников ТМ поступают в почву в процессе выветри
вания горнах пород, эрозии и вулканической деятельности. К примеру, свинец со

держится в мантии, базальтах и гранитах, и, потому ТМ могут поступать в почву 

уже при формировании почвенного покрова из материнской породы (Ковда, 1985, 

Ильин, 1991; Богдановский, 1994; Белоголова, 2009; Степанок, 1998). Тем же пу
тём ТМ  способны перемещаться в осадочные горные породы, так что в зависимости 

от гранулометрического состава концентрация металлов может серьёзно различать
ся. Так, в песчаных и супесчаных породах содержится низкая концентрация ТМ, а 

в суглинистых и глинистых — повышенное (Ковда, 1985; Ильин, 1991, 2002). 

Источников техногенного загрязнения намного больше, многие области че
ловеческой деятельности, такие области, как добыча и переработка полезных ис
копаемых, влияние автотранспорта, сжигание топлива, сельского хозяйства и др. 

способны вносить значительный вклад в загрязнение окружающей среды (Ильин, 

1991; Орлов и др., 1991; Прохорова, 1998; Луканин, 2001; Бирагова, 2003; Больша
ков, 1993; Байдина, 1995). Например, свинец может поступать в почву из таких 

источников, как карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, электро
станции, сжигающие уголь, предприятия цветной и черной металлургии, мусоро
сжигающие заводы, автотранспорт, металлообрабатывающие предприятия (Ильин, 

1991, Дмитриев, 1989, Прохорова, 1998, Обухов, 1988; Луканин, 2001, Воробьев, 

2003). 

В сельскохозяйственные земли тяжелые металлы способны попадать при 

применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, использовании 

сточных вод, известковании (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Торшин и др., 1990; 

Минееев, 1981, 2009; Потатуева, 2002, Кураков и д.р., 2006). 

Следует отметить урбаноземы, которые,  значительно больше, чем осталь
ной почвенный покров, подвергаются антропогенному прессу, а потому в них на
много выше содержание тяжелых металлов, а так же шире спектр. На данный мо
мент их исследованию уделяется значительное внимание (Приваленко, 1993; Ла
рина и др., 1996; Ладонина и др., 1999; Ильин и др., 2000, 2002; Кадацкий и др., 

2001; Хамитова, Степанова, 2004; Соколов, Черников, 1999). 

В почву тяжелые металлы попадают в различных формах: оксиды, раство
римые и нерастворимые соли (сульфиды, сульфаты, арсениты и др.). В составе 

выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии, 

которые являются основным источником загрязнения тяжелыми металлами, 70
90% металлов находится в форме оксидов (Горбатов, 1983; Цаплина, 1994; Пота
туева, 2001, 2002, Байдина, 1995). 

Если соединение металла растворимо, оно сразу включаются во все типы 

биологических круговоротов и процессов биологической миграции, загрязняя сна
чала подземные, а затем поверхностные воды, воздух, накапливаясь в живых орга
низмах, в том числе и организме человека. При этом 30-50% тяжелых металлов, 

имеющих техногенное происхождение, находятся в мобильных формах, что по
зволяет им быстро включаться в миграционные процессы (Торшин и др., 1990; 

Соколов, Черников, 1999; Перязева, 2001; Жовинский, 2002; Висотенко, 2006). 

Основная часть тяжелых металлов, попавших в почву, закрепляются в гуму
совых горизонтах. В завистимости от геохимической обстановки и уровня техно
генного воздействия тяжелые металлы могут иметь разную степень подвижности, 

ведь основным механизмом, который контролирует уровень концентрации тяже
лых металлов в почвенных растворах, являются различные адсорбционные про
цессы (Горбатов, 1988; Ладонин и др., 1994; Отаров, Устемирова, 2009; Отаров, 

Вырахманова, 2009; Байдина, 1995; Тютюнник, 1992). 

Тяжелые металлы способны удерживаться в составе почвенных коллоидов 

на поверхности твёрдых почвенных частиц. Оксиды и гидроксиды железа играют 

большую роль в связывании тяжелых металлов. Способность металла адсорбиро
ваться зависит от его способности образовывать координационную связь с кисло
родом или гидроксильной группой. Лучшей способностью обладает свинец, затем 

цинк и кадмий. Так же тяжелые металлы способны связываться с органическими 

соединениями почв, при этом они легче образуют комплексы с гуминовой кисло
той, чем с фульвокислотами. Лучше связывают тяжелые металлы почвы с тяже
лым гранулометрическим составом, так как в состав кристаллических решёток 

глинистых материалов могут входить тяжелые металлы. (Глазовская, 1988; Кул
матов, 1988; Ильин, 1991; Орлов и др., 1991; Добровольский, 1997; Водяницкий, 

Добровольский, 1998; Мотузова, 1999; Травникова и др., 2000; Brummer et al., 

1983; Piutti, 2002; Дмитриев, Фрумин, 2004; Белоусов, 2006; Goldberg, Johnston, 

2001; Sherman, Randall, 2003; Minceau, 1995; Minceau et al., 2000; Minning et al., 

1998; Morin et al., 1999; Минкина, 2004). 

Рост рН усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, 

никель, свинец, ртуть, цинк и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих 

(хром, молибден, ванадий и др.). Усиление окислительных условий увеличивает 

миграционную способность металлов, влияя на константы устойчивости металло
рганических комплексов (Касимов, 1983; Добровольский, Гришина, 1985; Шиш
кина, 2000; Кабата-Пендиас, 1989; Караванова, 2006). 

Сероземы демонстрируют наибольшую способность связывать тяжелые ме
таллы, следом за ними идут черноземы (Горбатов, Обухов, 1989; Бирагова, 2003; 

Wilke, Koch, 1998). 

Помимо хемосорбционных связей, тяжелые металлы могут образовывать и 

менее прочные, допускающие катионный обмен, связи, однако их содержание в 

почве невелико (Добровольский, 1997; Суслина, 2006). 

Если тяжелые металлы связаны в почве непрочно, они способны покидать её 

при выщелачивании, эрозии, дефляции, поглощении растениями. Но основная 

часть тяжелых металлов остаётся в почве (Горбатов, Обухов, 1989; Кабата
Пендиас, Пендиас, 1989). Почва является природным буфером, ведь она выступает 

в роли аккумулятора тяжелых металлов и может контролировать их поступление в 

другие среды (Ильин 1995, 1997; Добровольский, 1997). 

К нормированию содержания загрязняющих веществ в почве можно выде
лить два подхода. Можно нормировать конкретно содержание в почве данного за
грязняющего химического вещества, а можно – ту степень изменения свойств 

почвы, которое произошло в результате загрязнения (Матвеев и др., 2001; Пиков
ский, 2003). 

Для оценивания содержания тяжелых металлов в почве используются поня
тия среднее содержание (кларк), оптимальная норма содержания (норма содержа
ния), пределы колебаний, предельно допустимая концентрация (при избыточном 

содержании) и др. 

При нормировании содержания загрязняющих веществ почву рассматрива
ют и как естественное природное тело, и как объект сельскохозяйственного и 

промышленного производства, и как среду обитания живых организмов, и как не
отделимую часть экосистемы в целом (Ильин, 1986; Матвеев и др., 2001; Добро
вольский, Гришина, 1985; Звягинцев, 1980; Зырин и др., 1985; Гончарук, Сидорен
ко, 1986; Воробейчик и др., 1994; Помазкина и др., 1999; Колесников и др., 2000). 

Важным вопросом в нормировании почвы является выбор показателей, ко
торые можно использовать для раннего нормирования. Многие исследователи 

предлагают применять микробиологические показатели как индикаторы при ран
ней диагностике почв, т.к. они являются наиболее чувствительными (Гончарук, 

Сидоренко, 1986; Ильин, 1986; Гузев, Левин, 2001). Однако многие авторы. На
против, придерживаются мнения, что микроорганизмы являются слишком неста
бильной группой для использования их в качестве показателей нормирования почв 

(Колесников, 2000; Горленко, 2001). 

При нормировании почв в настоящее время пользуются понятием «предель
но допустимая концентрация» (ПДК). Это такая массовая доля загрязняющего 

почву химического вещества, которая при длительном воздействии на окружаю
щую среду (воду, воздух) не вызывает каких-либо патологических изменений в 

организмах человека и животных (Важенин, 1983). 

Существует большое количество критических отзывов по поводу допусти
мости использования понятия ПДК (Левин и др., 1989; Добровольский, Никитин, 

1990; Черных, Ладонин, 1995; Добровольский, 2000; Колесников и др., 2000, и 

др.). 

Некоторые из ПДК, применяющихся в России, сложно использовать при 

нормировании почв. Например, ПДК валового содержания свинца в почве — 32 

мг/кг почвы, а его среднее содержание в почве — 35 мг/кг почвы. ПДК мышьяка 

—2 мг/кг почвы, а кларк — 6 мг/кг. Такое же несоответствие проявляется при 

сравнении ПДК и содержания в почве подвижных форм меди. Так же ПДК вало
вого содержания марганца в почве намного ниже, чем верхняя пороговая граница