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).
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).
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].
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.