Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

INFLUENCE OF LOW-FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD ON THE YIELD OF WILD LINGONBERRY (VACCINIUM VITIS-IDAEA L.) IN TAIGA OF ARKHANGELSK REGION

Smirnov A.I. 1 Orlov F.S. 1 Belyaev V.V. 2 Boytsova T.A. 2 Aksenov P.A. 3 Neverov N.А. 2
1 A limited liability company under the laws of Russian Federation «Raznoservis»
2 Federal Center for Integrated Arctic Research after N.P. Laverova RAS
3 Mytischi Branch of Bauman Moscow State Technical University
The presented work shows the results of a joint research of the Federal Research Center for the Integrated Study of the Arctic named after N.P. Laverov RAS, and Moscow State Technical University named after N.E. Bauman and LLC «Raznoservis» (Moscow), which was carried out in 2017 on permanent test plots laid in lingonberry -Pine forest during 2014-2015 in Ustyansky district of Arkhangelsk region on the territory of Velsko-Ustyansky tectonic node and beyond. The aim of the research was to study the effect of low-frequency electromagnetic field (EMF) on the yield of wild-growing lingonberries (Vaccinium vitis-idaea L.). The objects of research were lingonberry shrubs in experimental and control sites in the phenophase of abundant flowering. The processing of EMF test sites was carried out with «Rost-Aktiv» low-frequency generator using «POSEP» technology (presowing treatment of seeds with electromagnetic field). The results of the study indicate a positive effect of low-frequency EMF on yields of lingonberries, and in different versions of the experiment, which differs in position of the trial plots in relation to the boundaries of the tectonic node. It was also noted that in addition to increasing yield, low-frequency electromagnetic treatment also affects the quality characteristics of lingonberry fruits, so in the experimental samples there was a significant increase in content of ascorbic acid up to 200 % in relation to the control. Also, in fruits of lingonberry, depending on position of the experimental registration sites in relation to the center of the tectonic node, a decrease in content of ash elements was registered. A significant drop in moisture content and an increase in ash content in fruits of lingonberry growing on the territory of the given tectonic node were revealed. It has been reliably established that treatment with low-frequency electromagnetic fields can change biochemical characteristics of lingonberry fruits in the direction of improving their consumer properties. In this regard, we hope that our study will have theoretical and applied value for forestry.
low-frequency electromagnetic field
POSEP technology
lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.)
crop yield
ascorbic acid
1. Смирнов А.И., Орлов Ф.С. Способ предпосевной обработки семян и устройство для его осуществления // Патент России № 2591969. Патентообладатель ООО «Разносервис». 2014.
2. Rubtsova E.I., Hnykina A.G. Influence of pulsed electric field on the energy of soybean seed germination // Mechanization and electrification of agriculture. 2009. № 12. P. 26–27 (in Russian).
3. Starukhin R.S., Belitsin I.V., Khomutov O.I. The method of presowing treatment of seeds using an elliptical electromagnetic field // Polzunovskiy vestnik. 2009. № 4. P. 97–103 (in Russian).
4. Smirnov A.I. Influence of a low-frequency electromagnetic field on seed germination and growth of common pine seedlings in nurseries of a mixed forest zone: dis... kand. s.-kh. nauk. Mytishchi, 2016. 102 р. (in Russian).
5. Kutinov Yu.G., Chistova Z.B. A complex model of the processes of intergeospheric interaction in the tectonic nodes of the North of the Russian Plate // Electronic scientific publication Almanac Space and Time. 2012. T. 1. Issue. 1. [Electronic resource]. URL: http://www.j-spacetime.com/actual %20content/t1v1/1109.php (date of access: 20.02.2020) (in Russian).
6. Gofarov M.Yu., Kutinov Yu.G., Bolotov I.N. Landscapes of the White Sea-Kuloy plateau: tectonics, underlying rocks, relief and vegetation. Yekaterinburg: UrO RAN, 2006. 167 p. (in Russian).
7. Kutinov Yu.G., Chistova Z. B. Fault-block tectonics and its role in the evolution of the lithosphere // Lithosphere and hydrosphere of the European North of Russia. Geoecological problems / Pod red. F.N. Yudakhina. Yekaterinburg: UrO RAN, 2001. P. 68–113 (in Russian).
8. Kutinov Yu.G., Chistova Z.B. Geoecological zoning of the Northern territories of the earth for the organization of a monitoring system. // Electronic scientific publication Almanac Space and Time, 2011, No. 4 (6). P. 185–195. [Electronic resource]. URL: https://space-time.ru/space-time/article/view/2226-7271provr_st4-6.2011.86 (date of access: 20.02.2020) (in Russian).
9. Kutinov Yu.G., Chistova Z.B., Burlakov P.S. The influence of tectonic disturbances (degassing, induced currents, variations of the geomagnetic field) of the north of the Russian Plate on the environment (by the example of the Arkhangelsk region). // Vestnik KRAUNTS. Seriya Nauki o Zemle. 2009. № 2(14). P. 77–89 (in Russian).
10. Belyaev V.V., Kutinov Yu.G., Chistova Z.B., Khmara K.A. Influence of tectonic faults junctions on precipitation features in forest ecosystems // Vestnik Pomorskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Yestestvennyye i tochnyye nauki. 2009. № 2. P. 45–50 (in Russian).
11. Syvorotkin V.L. Deep degassing of the Earth and global catastrophes. M.: OOO «Geoinformtsentr», 2002. 250 p. (in Russian).
12. Staritsyn V.V. The influence of individual geoecological factors on the populations of blueberries (Vaccinium myrtillus L.) and lingonberries (Vaccinium vitis-idaea L.) on the territory of the Plesetsk tectonic node // Lomonosova dostoynyye potomki: Materialy X yezhegodnoy regional’noy molodezhnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Arkhangel’sk: OAO «Severodvinskaya tipografiya», 2012. P. 400–402 (in Russian).
13. Belyaev V.V., Durynin S.N. About thetectonic outgrowth influence on the population of some medicinal plants in Arkhangelsk region // Vestnik KRASGAU. 2015. № 5. Р. 131–135 (in Russian).
14. Staritsyn V.V. Assessment of the influence of geoecological conditions (using tectonic nodes as an example) on the state of forest berries resources in the Arkhangelsk Region: dis. ... kand. s.-kh. nauk. Arkhangelsk, 2013. 168 р. (in Russian).
15. Staritsyn V.V., Belyaev V.V. Resources of the main types of berries in the most common conditions of location // Vestnik Arkhangel’skogo oblastnogo otdeleniya PANI. Vyp. 2. Arkhangel’sk, 2010. P. 11–15 (in Russian).
16. ГОСТ 16483.7-71 Древесина. Методы определения влажности. 1973. 4 с.
17. ГОСТ Р 56881-2016 Биомасса. Определение зольности стандартным методом. 2017. 8 с.
18. Voskresenskaya O.L., Alyabysheva E.A., Polovnikova M.G. A large workshop on bioecology: Textbook. Ch. 1. Yoshkar-Ola: MarGU, 2006. 107 p. (in Russian).
19. Staritsyn V.V., Belyaev V.V. Productivity and Vitamin C Content in Blueberry (Vaccinium vitis-idaeae L.) and Cowberry (Vaccinium myrtillus L.) in the Plesetsk Tectonic Centre // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2015. № 1 (343). P. 78–84 (in Russian).

Использование низкочастотного ЭМП в лесном хозяйстве России является мало изученным, но перспективным направлением. Так, в результате проведенных исследований в лабораториях и в лесных питомниках, авторами статьи была разработана простая и экологически безопасная технология предпосевной обработки семян и сеянцев электромагнитным полем (ПОСЭП) [1] и создан прибор «Рост-Актив» – генератор низкочастотного ЭМП.

Изначально технология ПОСЭП применялась для повышения урожайности различных сельскохозяйственных культур [1–3], но в процессе анализа полученных положительных результатов было отмечено, что обработка семян низкочастотным ЭМП оказывает влияние и на качественные характеристики выращиваемой сельхозпродукции. Так исследования показали, что обработка пшеницы ЭМП повышала основной показатель ее качества – клейковину, а при обработке картофеля и сахарной свеклы значительно повышалось содержание крахмала и сахара. С 2012 г. авторами технологии ПОСЭП ведутся исследовательские работы в лесном хозяйстве, результаты которых позволяют говорить об эффективности обработки семян и сеянцев низкочастотным ЭМП по технологии ПОСЭП [4].

Леса России необычайно богаты не только качественной древесиной, но и различными видами недревесных ресурсов, рациональное использование которых может способствовать росту экономического потенциала лесного хозяйства. И здесь особое место занимают пищевые ягодные растения, которые пользуются большим спросом, как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

В связи с этим, учитывая положительный опыт применения технологии ПОСЭП в сельском хозяйстве, возникает предположение, что и дикорастущие ягодные кустарнички, обработанные низкочастотным ЭМП, могут увеличить урожайность и улучшить ряд биохимических характеристик плодов в зависимости от воздействия тектонических узлов.

Вместе с тем, в последнее время активно исследуются процессы межгеосферного взаимодействия, как одного из актуальных направлений комплексного изучения окружающей среды [5]. В результате этих исследований установлено, что именно тектонические разломы являются наиболее активным структурообразующим элементом геологической среды, а при увеличении числа пересекающихся разломов степень раздробленности, глубинности и проницаемости тектонического узла возрастает [6, 7]. Также тектонические узлы характеризуются аномальными параметрами окружающей среды [8], непосредственно над тектоническими узлами отмечается постоянный «дефицит» атмосферного давления (до 25 mb) [9, 10]. Что касается частоты выпадения осадков, то их количество в центре и на периферии тектонических узлов, существенно различаются, так в центре тектонических узлов осадки выпадали значительно реже, а их объем до 26 % меньше, чем на периферии. В результате такого распределения осадков гидросеть повторяет контуры тектонического узла, снежный покров на периферии устанавливается раньше и большей глубины, а стаивание происходит позже, чем на фоновых территориях. Данные получены при панхроматической съемке со спутника Монитор-Э. По периферии узлов отмечается глубинная дегазация и повышенная частота гроз, именно на этих участках зафиксировано повышенное количество лесных пожаров [10, 11].

Таким образом, в районах тектонических узлов все эти факторы влияют на свойства многих, если не всех, компонентов биогеоценозов.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились на постоянных пробных площадях (ППП), заложенных в 2014–2016 гг. в основных типах леса, в том числе и в сосняках брусничных, на территории Вельско-Устьянского тектонического узла и за его пределами (рис. 1).

smir1.tif

Рис. 1. Карта-схема расположения пробных площадей. Обозначения: 1 – местоположения ППП в сосняке брусничнике; 2 – изолинии плотности тектонических нарушений (Вельско-Устьянский узел)

При проведении исследований использовались общепринятые методики ботанических и почвенных описаний, мониторинга и учетов урожайности ягод, отбор [12]. Детальное описание их подробно изложено в наших предыдущих работах [13–15]. Из данных табл. 1 видно, что насаждения на ППП имеют практические одинаковые таксационные показатели и различаются только расположением по отношению к тектоническому узлу (центр, узла и вне узла – контроль). Характеристика насаждений на пробных площадях представлена в табл. 1.

Таблица 1

Таксационные показатели насаждений на постоянных пробных площадях (Устьянский район)

3

Средние

Полнота

Состав

Возраст, лет

Бонитет

Запас, м3/га

Высота, м

Диаметр, см

Центр

18

18

0,7

8С2Б

80

III

220

Контроль

18

16-18

0,7

8С2Б

70

III

210

В июле 2017 г. в Устьянском районе Архангельской области, включая территорию Вельско-Устьянского тектонического узла в сосняке брусничнике, на указанных выше пробных площадях впервые проведена обработка кустарничков дикорастущей брусники в фенофазе обильного цветения низкочастотным ЭМП генератором «Рост-Актив» по технологии ПОСЭП. Воздействие осуществлялось ЭМП с частотой 16 Гц с возрастающим значением индукции магнитного поля от 0,4 до 2,0 мТл, время экспозиции 11 минут [4] (рис. 2).

smir2.tif

Рис. 2. Обработка дикорастущей брусники низкочастотным ЭМП

Методикой исследования определялось, что пробная площадь брусничника разделяется на две части, одну часть обрабатывают низкочастотным ЭМП по технологии ПОСЭП – это опыт, а вторая часть остается в качестве контроля. Это же правило соблюдалось на пробной площади в центре узла и на пробной площади за его пределами. Заложенные пробные площади имеют координатную привязку (GPS «Garmin Oregon 450») (табл. 2).

Таблица 2

Географические координаты постоянных пробных площадей (ППП)

п/п

Координаты ППП

Положение ППП относительно Вельско-Устьянского

тектонического узла

1

N 61 ° 13' 239''; E 042 ° 49' 568''

Территория тектонического узла (центр)

2

N 61 ° 07' 555''; Е 043 ° 30' 661''

Контроль (за границами территории узла)

В конце вегетационного сезона 2017 г. был проведен учет урожайности брусники. Методика определения урожайности брусники сводилась к сбору плодов на 20 учетных площадках, каждая размером 0,5×0,5 м., которые через равные расстояния закладывались по диагоналям обработанной и не обработанной части пробной площади (рис. 3). Собранные плоды с каждой площадки взвешивали и рассчитывали среднюю урожайность брусники в кг/га. Содержание влаги в ягодах определяли гравиметрическим методом [16], содержание минеральных веществ – после сухого озоления (500 °С) согласно методики [17]. Содержание аскорбиновой кислоты определяли спектральным методом на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония) с использованием 2,6-дихлорфенолиндофенола (краска Тильманса) согласно [18].

smir3.tif

Рис. 3. Учет урожайности брусники

Результаты исследования и их обсуждение

Урожайность брусники на ППП в зависимости от положения относительно Вельско-Устьянского тектонического узла в контроле и после обработки НЧ ЭМП в 2017 г. представлена в табл. 3.

Таблица 3

Урожайность брусники на ППП в зависимости от положения относительно тектонического узла в контроле и после обработки НЧ ЭМП в 2017 г.

Вариант опыта

Территория тектонического узла (центр), кг/га

Контроль (за границами территории узла), кг/га

1

Контроль

2 ± 0,08

26 ± 1,1

2

Обработка ЭМП

11 ± 0,6

35 ± 1,4

% к контролю

550

135

Tфакт. (tst при 0,001 = 3,85)

14,8

5,1

В результате, подтвердились, прежде всего, предыдущие данные о существенном различии в урожайности брусники между центром и периферией тектонического узла [19].

Предварительно, можно говорить о разном влиянии низкочастотного ЭМП на урожайность брусники произрастающей на территории тектонического узла и за его пределами. На всех участках, обработанных низкочастотным ЭМП урожайность брусники значительно увеличилась. Так, в центре узла при воздействии и без него урожайность различается в 5 раз, а на контроле, за территорией узла, на 35 % (табл. 3). Различия средних показателей опытов достоверны при Р < 0,001.

На этих же объектах в сентябре 2017 г. были отобраны образцы плодов брусники для последующих химических анализов на содержание витаминов и минеральных элементов.

Проведенные исследования показали увеличение зольности ягод от центра узла к контролю в 1,7–1,8 раза, это возможно обусловлено литохимическими особенностями осадочных пород, слагающих верхнюю часть разреза тектонического узла и аэрогенным переносом веществ с них в составе пылевых частиц на поверхность ягод брусники. Обработка низкочастотным ЭМП снижает содержание зольных элементов в опыте за границами тектонического узла (табл. 4). Данный факт также связан с увеличением урожайности, преимущественно за счёт увеличения размеров плодов брусники. Содержание влаги в плодах брусники на 13-15 % выше в контроле, чем в центре узла, возможно, эту зависимость можно объяснить значительным различием в количестве осадков, особенно в засушливые годы. Обработка ЭМП за границами территории узла повышает концентрацию аскорбиновой кислоты на 5 %. В центре узла концентрация повышается в 1,6 раза, а при дополнительной обработке низкочастотным ЭМП содержание аскорбиновой кислоты в ягодах превышает 200 % относительно контроля. Наблюдаемое увеличение содержания аскорбиновой кислоты в плодах брусники при воздействии низкочастотного ЭМП указывает на его стимулирующее действие, влияющее на скорость метаболических процессов растений и накопление биологически активных метаболитов.

Таблица 4

Средние показатели влажности, зольности и содержания аскорбиновой кислоты плодов брусники (tst (при a = 0,05) = 2,05)

Вариант опыта

Влажность, %

Зольность, %

Содержание аскорбиновой кислоты в 100 г, мг

1

Контроль (за границами территории узла)

87,5 ± 0,12

0,93 ± 0,01

309,0 ± 0,37

2

Обработка ЭМП (за границами территории узла)

87,6 ± 0,11

0,73 ± 0,01

326,9 ± 3,51

% к контролю

100,1

78,5

105,8

tрасчетное

0,6

14,1

5,1

3

Территория тектонического узла

76,2 ± 0,12

1,64 ± 0,01

486,7 ± 3,96

% к контролю

87,1

176,3

157,5

tрасчетное

66,5

50,2

44,7

4

Обработка ЭМП в центре тектонического узла

75,0 ± 0,15

1,69 ± 0,06

627,9 ± 6,75

% к контролю

85,7

181,7

203,2

tрасчетное

65,1

12,5

47,2

Заключение

Таким образом, влияние низкочастотного ЭМП повышает урожайность ягод брусники и может изменять биохимические характеристики плодов в сторону улучшения их потребительских свойств. Урожайность брусники, произрастающей в зоне тектонических узлов значительно ниже, при этом плоды имеют более высокую зольность и пониженное содержание влаги в сравнение с контрольными участками. Технологию ПОСЭП можно рассматривать как способ повышения продуктивности и качества недревесных ресурсов леса.

Для лесного хозяйства, использование низкочастотного ЭМП является принципиально новым и перспективным направлением, которое может способствовать развитию и повышению экономической эффективности лесного хозяйства РФ.

Исследования проведены в ходе выполнения государственного задания ФГБУН ФИЦКИА РАН № гос. регистрации АААА-А18-118012390305-7.