УДК 504.062

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТОДОВ УДАЛЕНИЯ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ОРГАНИЗМОВ В ЭКСКУРСИОННЫХ ПЕЩЕРАХ

С.Е. Мазина, А.В. Северин, В.Е. Божевольнов

Efficiency enhancement of ecologicalY safe methods for removal of photosynthetic organisms in excursion caves

S.E. Mazina¹, A.V. Severin², V.E. Bozhevolnov³

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

1-мнс, 2-нс, 3-внс

E-mail: [e-mail], 939-32-07

На примере экспериментального исследования двух экскурсионных пещер (Новоафонской (Абхазия) и Воронцовской (Краснодарский край) рассмотрены методологические подходы поиска эффективных способов удаления фотосинтезирующих организмов в условиях подземной среды. Изучен состав фототрофных сообществ, заселяющих различные типы субстратов указанных пещер и инициирующих процессы биологического разрушения минеральных образований. Разработан и оптимизирован экологически безопасный метод очистки натечных образований, позволяющий добиться хороших результатов при удалении фототрофных организмов, предотвращении их повторного роста и реабилитации кальцитовых поверхностей. Данный способ можно рекомендовать для карстовых пещер со сходным биотопом и структурой фотосинтезирующих сообществ.

The methodological approaches to finding effective ways of removing the photosynthetic organisms in a subsurface environment has been discussed on example an experimental studies of two excursion caves Novoafonskaiy (Abkhazia) and Vorontsovskaiy (Krasnodar). The photoautotrophycal communities inhabit different types of substrates listed caves and initiate a process of biological destruction of mineral formations were investigated. An optimized and environmentally safe method for cleaning speleothems to achieve good results when you remove phototrophic organisms, preventing their re-growth and recovery calcite surfaces. This method can be recommended for limestone caves with similar biotopes and structure of the photosynthetic communities.

Ключевые слова: экскурсионные пещеры, гидроксиапатит, «ламповая флора», подземная экосистема, фототрофы, кальцит.

Введение

Пещеры – уникальные памятники природы. Оборудование легкодоступных пещер в экскурсионных целях является одним из способов охраны, предотвращающих их разрушение [3]. В то же время эксплуатация пещер приводит к существенным изменениям подземной экосистемы. Общие проблемы – это нарушение микроклимата пещер, загрязнение водных потоков и подземных полостей, эвтрофикация и изменение видового состава организмов [11]. Оборудование экскурсионных пещер обычно включает организацию искусственного освещения, которое способствует росту фотосинтезирующих организмов («ламповой флоры»). Они являются основной причиной накопления органического вещества и развития гетеротрофов, а также стимулируют разрушение минеральных образований пещер [10]. Проблемам уничтожения «ламповой флоры» посвящено множество работ: разрабатывались методы механического и химического удаления [9, 10], изменение спектра искусственного освещения [10]. Эти методы дают неплохие результаты, но требуют периодического применения средств очистки и не решают проблему повторного зарастания [12].

Поскольку пещеры характеризуются различными условиями обитания и видовым составом, применение стандартных способов очистки не всегда эффективно и экологически безопасно. В связи с этим проблема поиска способов надежного удаления фотосинтезирующих организмов представляется достаточно сложной и трудно решаемой без разработки соответствующей методологии [13], а именно, анализа конкретного пещерного экотопа и выявления характерного состава сообществ фотосинтезирующих организмов. Критерием выбора самого метода должно быть сочетание его экологической безопасности, высокой эффективности и обеспечения пролонгированного эффекта (предотвращения дальнейшего развития флоры).

Целью данной работы являлась разработка методологии эффективных способов удаления фотосинтезирующих организмов в условиях подземной среды на примере экспериментального исследования двух экскурсионных пещер.

Объекты и методы исследования

Опытными площадками являлись две экскурсионные пещеры: Новоафонская пещера и Воронцовская. Исследования проводились в период с 2006 по 2008 годы. Новоафонская пещера расположена в Абхазии в городе Новый Афон. Пещера оборудована в 1975 году, эксплуатируется постоянно с небольшим перерывом на 1993-1999 годы. Пещера посещается в течение всего года. Пещера заложена в нижнемеловых толстослоистых известняках [8]. На экскурсионном маршруте длиной 1500 метров установлено более 50 ламп мощностью 1 кВт каждая. Воронцовские пещеры (оборудованы летом 2000 г.) находятся на территории Краснодарского края, недалеко от города Хоста. Воронцовская система пещер заложена в верхнемеловых сильно закарстованных известняках [2]. На сквозном участке длиной 300 метров между двумя гротами Прометей и Пантеон установлено 20 ламп мощностью 60-80 Вт. Активное посещение пещеры происходит в летние месяцы.

Для оценки микроклиматических характеристик пещер, определяли температуру и влажность воздуха. Измерения осуществляли вдоль экскурсионного маршрута на высоте 1 метра от пола ртутными и электронными термометрами-гигрометрами с точностью 0.1С, 1%. Исследовали также основные физико-химические характеристики субстратов (состав, температура, влажность, рН) по общепринятым в почвоведении методикам [1]. Пробы грунта отбирали вблизи мест развития фотосинтезирующих организмов.

Обработку тестовых площадок (1515 см) с различными сообществами фотоавтотрофных организмов проводили с использованием известных химических реагентов [9, 10] и с применением нового препарата – гидроксиапатита (ГАП, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂). ГАП представляет собой водную суспензию (0,1-5% по массе) нанокристаллических пластин ГАП с размерами 100301 нм (длина – ширина - толщина) и обладает высокой адгезионной и проникающей способностью [5].

образцы субстратов с фотосинтезирующими организмами отбирали до и после обработки, пробы помещали в стерильные емкости, хранили при температуре 9^оС. Лабораторный анализ проб включал исследования с использованием оптических микроскопов Leica DMLS (Германия) и Биолам МБС-9 (Россия). Жизнеспособность клеток оценивали по соотношению живых и отмерших клеток, подсчитанных с помощью люминесцентного микроскопа ЛЮМАМ И3 (Россия).

В пещере скорость зарастания обработанных площадок оценивали по площади проективного покрытия (отношение площади проекций надземных частей растений, ко всей учетной площади, выраженное в процентах) фотоавтотрофных организмов. Поверхность образцов изучали с использованием сканирующего электронного микроскопа S-405А (Hitachi, Япония, ускоряющее напряжение 15 кВ). Образцы для микроскопии высушивали в вакууме в установке сушки в критической точке (HSP-2, Hitachi) в атмосфере СО₂ (промежуточной жидкостью был ацетон), затем помещали на столики и напыляли слой сплава Pt-Pd, толщиной 15 нм (ионно-напылительная установка IB-3 EIKO).