Вестник КГУ. Естественные науки_30 2013

ВЕСТНИК
КУРГАНСКОГО
№ 3 (30)
ГОСУДАРСТВЕННОГО
2013
УНИВЕРСИТЕТА
СЕРИЯ
«ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ»
Выпуск 6
Редакционная коллегия:
д-р хим. наук, проф., заслуженный работник высшей школы О.И. Бухтояров,
д-р техн. наук, проф. Б.С. Воронцов,
д-р геогр. наук, доц. О.Г. Завьялова,
д-р биол. наук, доц. О.В. Козлов,
д-р биол. наук, доц. Н.И. Науменко
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
1
УДК [34+1+33+80](08)
В 38
Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки».
Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2013. Вып.6. 134 с.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ТУ 45-00016 от
3 декабря 2008 года.
В сборнике собраны статьи ученых, материалы специалистов из научных учреждений
Кургана, Тюмени, Новосибирска и Екатеринбурга. Особое внимание уделяется рассмотрению различных аспектов взаимодействия человеческого общества и природы на примере
региона.
Сборник предназначен для специалистов в области экологии, природопользования и
охраны природной среды, химии, физики, географии, студентов вузов, обучающихся по специальностям «Химия», «Биология», «География», «Экология», «Гидробиология», работников учреждений общего и профессионального образования.
Учредитель журнала: федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Курганский
государственный университет»
Гл. редактор:
Бухтояров О.И. - д-р хим. наук, профессор, заслуженный
работник высшей школы РФ, член-корреспондент Академии
инженерных наук России
Ред. коллегия:
Б.С. Воронцов - д-р техн. наук, профессор
О.Г. Завьялова - д-р геогр. наук, доцент
О.В. Козлов - д-р биол. наук, доцент
Н.И. Науменко - д-р биол. наук, доцент
Телефон/факс:
Электронная почта:
Адрес редакции:
640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25, к. 404, б
8(3522) 43-38-36
vestnik@kgsu.ru
Отв. редактор:
Директор РИЦ КГУ:
Бухтояров О.И.
Агафонова Т.В.
Изготовление
оригинал-макета
и корректура:
РИЦ КГУ
ISSN 2222-3371
2
 Курганский
государственный
университет, 2013
 Авторы, 2013
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
СОДЕРЖАНИЕ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Мочалов А.С.
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ БИОМОРФ (ЖИЗНЕННЫХ ФОРМ) ПАПОРОТНИКОВ ........................ 7
Мочалов А.С.
ПТЕРИДОФЛОРА КАК ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ .............................................................................................. 10
Феоктистов Д.С.
ПРОБЛЕМЫ ГИБРИДИЗАЦИИ ХВОЩЕЙ ПОДРОДА HIPPOCHAETE НА ПРИМЕРЕ ГИБРИДА
EQUISETUM х MOOREI NEWMAN ............................................................................................................... 14
Кузьмин И.В., Козловцева О.С., Токарь О.Е.
РАСТЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ КРАСНОЙ КНИГИ В ИШИМСКОМ И АБАТСКОМ РАЙОНАХ
ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ.. ............................................................................................................................ 15
Прояева Л.В.
ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ДОШКОЛЬНИКОВ ......................................................... 21
Прусова Н.Г., Маслова О.А.
ВОЗБУДИТЕЛЬ РЖАВЧИНЫ ИРИСА (PUCCINIA IRIDIS (WINT)) РОДА ИРИС (IRIS) ................................ 25
Прусова Н.Г., Шпаковатая Е.А.
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ГРУППЫ ГЛИКОЗИДОВ НА СПОСОБНОСТЬ К ПРОРАСТАНИЮ СПОР
ВОЗБУДИТЕЛЯ ЛИНЕЙНОЙ РЖАВЧИНЫ
(PUCCINIA GRAMINIS PERS. F. SECALIS ERIKSS. ET HENN.) .................................................................. 27
Лунева С.Н., Романенко С.А., Шихалева Н.Г.
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОСТАВА ТКАНИ ЛАДОННОГО АПОНЕВРОЗА БОЛЬНЫХ С
КОНТРАКТУРОЙ ДЮПЮИТРЕНА ................................................................................................................ 29
Стогов М.В., Смирнов А.В., Еманов А.А., Киреева Е.А.
БЕЛКИ САРКОПЛАЗМЫ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ СОБАК В ХОДЕ ОПЕРАТИВНОГО
УДЛИНЕНИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ ...................................................................................................................... 31
Попова А.Х., Лунева С.Н.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХИРУРГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ЛЕЧЕНИЯ МИОМЫ МАТКИ .......................................................................................................................... 33
Попова А.Х.
КЛИНИКО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИТЕЛЬНИЦ ГОРОДА КУРГАНА,
СТРАДАЮЩИХ МИОМОЙ МАТКИ ................................................................................................................ 37
Федорова Т.А.
ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ ЛИСТА ЛИПЫ МЕЛКОЛИСТНОЙ (TILIA CORDATA MILL.)
КАК БИОИНДИКАЦИОННЫЙ ПАРАМЕТР ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СРЕДЫ ................................................. 41
Лунева С.Н., Канашкова Ю.И., Колчерина В.В.
ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧЕК ПОСЛЕ СКЕЛЕТНОЙ ТРАВМЫ ................... 43
ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ
Попов И.П., Попов Д.П., Кубарева С.Ю.
РЕАКТИВНОСТЬ ТЕРМОРПАРЫ ................................................................................................................. 47
Попов И.П.
КВАНТОВО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ ЭФФЕКТА КОМПТОНА КАК АЛЬТЕРНАТИВА
ТЕОРИИ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ............................................................................................................... 48
Суслов М.В., Тыщенко А.П.
МОДЕЛЬ АНОМАЛЬНОЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ ПЛЕНОК СЕЛЕНА, АКТИВИРОВАННЫХ РТУТЬЮ .. 49
Парахин А.С., Басимова О.М.
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ...................................................................................... 51
Бочегов В.И., Парахин А.С.
ПРЕДЕЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСИ ПРИ ЗОННОЙ ОЧИСТКЕ ................................................. 59
Парахин А.С., Крайнюченко Л.В.
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЁТКИ ................................................... 63
Воронцов Б.С.
УЧЕТ РАСТВОРИТЕЛЯ В МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ КРЕМНЕЗЕМОВ ................ 70
Переладов А.Б., Камкин И.П.
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С ЗАГОТОВКОЙ ................. 72
Попов И.П.
СВОБОДНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В КИНЕТИЧЕСКУЮ ................................................. 76
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
3
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Выхованец Е.П., Мосталыгина Л.В., Русаков Ю.С.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ЖИДКОСТЕЙ АВТОМОБИЛЯ ....................................................................................................................... 78
Мосталыгина Л.В., Худякова Е.Г., Двухватская К.П., Кискина Л.А., Елизарова С.Н., Костин А.В.
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ КАДМИЯ ПИЩЕВЫМИ ВОЛОКНАМИ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР
ЗАУРАЛЬЯ ..................................................................................................................................................... 80
Мосталыгина Л.В., Баймышева М.А., Двухватская К.П., Кискина Л.А., Елизарова С.Н., Костин А.В.
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ СВИНЦА НА ПИЩЕВОМ ВОЛОКНЕ ....................................................... 82
Шаров А.В.
ВЛИЯНИЕ МОЛЯРНОГО СООТНОШЕНИЯ ВОДЫ И ТЕТРАЭТОКСИСИЛАНА НА СОДЕРЖАНИЕ
ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В СИЛИКАГЕЛЯХ ...................................................................................... 85
Шаров А.В., Морозова Т.В.
АНАЛИЗ ИОННЫХ РАВНОВЕСИЙ ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛГОРИТМА CLINP 2.1 ................................................................................................ 87
Бирюков М.Ф., Бирюкова Н.В., Костин А.В., Мосталыгина Л.В., Мосталыгин А.Г.,
Двухватская К.П., Кискина Л.А.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ................................................ 88
Накоскин А.Н., Дудин П.Л.
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОСТАВА КОСТНОЙ ТКАНИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ
ПАСПОРТНОГО ВОЗРАСТА ИНДИВИДУУМА ............................................................................................. 92
Ларионова Т.А., Лунева С.Н., Накоскин А.Н., Овчинников Е.Н.
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ И ПОКАЗАТЕЛИ ФОСФОРНО-КАЛЬЦИЕВОГО
ОБМЕНА У ЮНОШЕЙ ПРИЗЫВНОГО ВОЗРАСТА КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ ........................................... 95
Ваганова Л.А.
АКТИВИЗАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА КОСТНОЙ ТКАНИ АМИНОКИСЛОТНЫМИ
КОМПЛЕКСАМИ КАЛЬЦИЯ ......................................................................................................................... 98
Спиркина Е.С., Матвеева Е.Л.
БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СИНОВИАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ БОЛЬНЫХ С ОСТЕОАРТРОЗОМ
КОЛЕННОГО СУСТАВА РАЗЛИЧНОЙ ЭТИОЛОГИИ ................................................................................ 102
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
Завьялова О.Г., Менщикова Л.В.
СОЦИАЛЬНАЯ И ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СФЕРЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕЛЬСКОГО
НАСЕЛЕНИЯ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ ................................................................. 105
Яворская В.В.
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО И МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЙ
НАСЕЛЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ТИПОВ ГЕОДЕМОГРАФИЧЕСКОГО ПРОЦЕССОВ
В УКРАИНЕ И ЕЕ РЕГИОНАХ .................................................................................................................... 109
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
Малинников А.А., Порсев И.Н., Евсеев В.В.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ ПРОТРАВИТЕЛЕЙ СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ....................... 114
Евсеев В.В
ЖЕЛТАЯ ПЯТНИСТОСТЬ ЗЛАКОВ В ЛЕСОСТЕПИ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ .............................................. 117
Плотников А.М., Евсеев В.В.
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ
ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ .................................................................................... 120
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
Медведев А.А.
ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К МАШИННОЙ ГЕНЕРАЦИИ ЗАДАНИЙ
ПОИСКОВО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ХАРАКТЕРА ...................................................................................... 124
4
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
CONTENTS
BIOLOGICAL SCIENCE
Mochalov A.S.
REVIEW OF MODERN SYSTEMS OF BIOMORPHES (LIFE FORMS) OF FERNS ........................................ 7
Mochalov A.S.
PTERIDOFLORA AS AN OBJECT OF STUDY ............................................................................................... 10
Feoktistov D.S.
HYBRIDIZATION PROBLEMS OF HORSETAILS OFTHE SUBGENUS
HIPPOCHAETE BY THE EXAMPLE OF THE HYBRID EQUISETUM × MOOREI NEWMAN ....................... 14
Kuzmin I.V., Kozlovtseva O.S., Tokar O.E. PROTECTED PLANTS IN ISHIM AND ABATSK DISTRICTS OF THE TYUMEN
REGION. COMMUNICATION 1. ...................................................................................................................... 15
Proyaeva L.V.
PHYSICAL DEVELOPMENT PERFORMANCE OF PRESCHOOL CHILDREN .............................................. 21
Prusova N.G., Maslova O.A.
EXCITANT OF IRIS RUST (PUCCINIA IRIDIS (WINT)) GENUS IRIS (IRIS) ...................................................... 25
Prusova N.G., Shpakovataya E.A.
CHARACTERISTICS OFTHE GLYCOSIDES GROUP INFLUENCE ON SPORE GERMINATION
ABILITY OF STEM RUST PATHOGEN (PUCCINIA GRAMINIS PERS. F. SECALIS ERIKSS. ET HENN.) ..... 27
Luneva S.N., Romanenko S.A., Shikhaleva N.G.
BIOCHEMICAL VALUES IN THE TISSUE OF PALMAR APONEUROSIS IN PATIENTS WITH
DUPUYTREN'S CONTRACTURE ................................................................................................................... 29
Stogov M.V., Smirnov A.V., Emanov A.A., Kireeva E.A.
SARCOPLASMIC PROTEINS OF SKELETAL MUSCLE IN DOGS DURING LIMB ELONGATION ................. 31
Popova A.H., Luneva S.N.
PHYSIOLOGICAL CRITERIA OF EFFICIENCY OF SURGICAL TREATMENT TECHNIQUES
FOR UTERINE FIBROIDS .............................................................................................................................. 33
Popova A.H.
CLINICAL PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTIC OF KURGAN FEMALE RESIDENTS
AFFLICTED WITH UTERINE FIBROIDS ......................................................................................................... 37
Fedorova T.A.
FLUCTUATING ASYMMETRY OF A LEAF OF THE SMALL-LEAVED LINDEN
(TILIA CORDATA MILL) AS BIOINDICATIVE PARAMETER OF ENVIRONMENT QUALITY ASSESSMENT ... 41
Luneva S.N., Kanashkova Y.I., Kolcherina V.V.
CHANGE OF THE FUNCTIONAL CONDITION OF KIDNEYS AFTER SKELETAL TRAUMA .......................... 43
PHYSICAL SCIENCE
Popov I.P., Popov D.P., Kubareva S.Y.
THERMOCOUPLE SENSITIVITY .................................................................................................................... 47
Popov I.P.
QUANTUM-WAVE THEORY OF COMPTON EFFECT AS AN ALTERNATIVE TO THE THEORY
OF ELASTIC WAVE SCATTERING ................................................................................................................ 48
Suslov M.V., Tyshchenko A.P.
MODEL FOR ANOMALOUS PHOTOCONDUCTIVITY OF SELENIUM FILMS ACTIVATED WITH MERCURY 49
Parakhin A.S., Basimova O.M.
COMPUTER MODEL OF IDEAL GAS ............................................................................................................ 51
Bochegov V.I., Parahin A.S.
LIMITING DISTRIBUTION OF IMPURITY IN CASE OF ZONE REFINING ....................................................... 59
Parakhin A.S., Krainyuchenko L.V.
COMPUTER MODEL OF THE PHASED ARRAY ANTENNA .......................................................................... 63
Vorontsov B.S.
SOLVENT ACCOUNTING IN MODELING SILICA MODIFICATION PROCESSES ........................................... 70
Pereladov A.B., Kamkin I.P.
PARAMETER ANALYSIS OF THE ABRASIVE WHEEL INTERACTION WITH THE WORKPIECE ................ 72
Popov I.P.
FREE MECHANICAL HARMONIC VIBRATIONS CAUSED BY TRANSFORMATION FROM KINETIC INTO
KINETIC ENERGY .......................................................................................................................................... 76
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
5
CHEMICAL SCIENCE
Vykhovanets E.P., Mostalygina L.V., Rusakov Y.S.
COMPARATIVE ANALYSIS OF FLUORESCENCE SPECTRA OF OPERATIONAL
LIQUIDS FOR THE VEHICLE ......................................................................................................................... 78
Mostalygina L.V., Khudyakova E.G., Dvukhvatskaya K.P., Kiskina L.A., Elizarova S.N., Kostin A.V.
STUDYING SORPTION OF CADMIUM IONS BY DIETARY FIBRES OF ZAURALYE REGION OIL CROPS . 80
Mostalygina L.V., Baimysheva M.A., Dvukhvatskaya K.P., Kiskina L.A., Elizarova S.N., Kostin A.V.
STUDY OF LEAD IONS SORPTION USING DIETARY FIBRE ....................................................................... 82
Sharov A.V.
INFLUENCE OF MOLAR RATIO OF WATER AND TETRAETHOXYSILANE ON ORGANIC CARBON CONTENT IN SILICA GELS .................................................................................................................................... 85
Sharov A.V., Morozova T.V.
ANALYSIS OF THE EDTA ION EQUILIBRIUMS USING THE CLINP 2.1 ALGORITHM ................................... 87
Biryukov M.F., Biryukova N.V., Kostin А.V., Mostalygina L.V., Mostalygin A.G., Dvukhvatskaya K.P.,
Kiskina L.A.
CLASSIFICATION OF WASTE PRODUCTS AND THE TECHNOLOGY OF WASTE NEUTRALIZATION ........ 88
Nakoskin A.H., Dudin P.L.
BIOCHEMICAL INDICATORS OF COMPOSITION OF BONE FABRIC IN DEFINITION OF PASSPORT
AGE OF THE INDIVIDUAL ............................................................................................................................. 92
Larionova T.A., Luneva S.N., Nakoskin A.N., Ovchinnikov E.N.
BONE TISSUE MINERAL DENSITY AND INDICATORS OF THE PHOSPHORUS-CALCIUM
EXCHANGE AT MILITARY AGED MALES OF THE KURGAN REGION ......................................................... 95
Vaganova L.A.
BONE METABOLISM ACTIVATION BY CALCIUM COMPLEXES ................................................................... 98
Spirkina E.S., Matveeva Y.L.
BIOCHEMICAL CHANGES OF THE SYNOVIAL FLUID IN PATIENTS WITH OSTEOPOROSIS OF THE KNEE
JOINT OF VARIOUS ETIOLOGY .................................................................................................................. 102
GEOGRAPHICAL SCIENCE
Zavyalova O.G., Menshchikova L.V.
SOCIAL AND TERRITORIAL TRANSFORMATION OF THE SERVICE SECTOR OF THE KURGAN REGION
RURAL POPULATION AT THE TURN OF THE CENTURY............................................................................ 105
Yavorskaya V.V.
CHARACTERISTIC FEATURES OF INFLUENCE OF NATURAL AND MECHANICAL POPULATION CHANGES
ON THE TYPE FORMATION OF GEO-DEMOGRAPHIC PROCESSES IN UKRAINE AND ITS REGIONS .. 109
AGRICULTURAL SCIENCE
Malinnikov A.A., Porsev I.N., Evseev V.V.
EFFICIENCY OF MODERN SPRING WHEAT SEED PROTECTANTS......................................................... 114
Evseev V.V.
YELLOW LEAF SPOT DISEASE OF CROPS IN THE FOREST-STEPPE OF SOUTHERN ZAURALYE ..... 117
Plotnikov A.M., Evseev V.V.
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY OF CHERNOZEM SOILS OF THE CENTRAL FOREST-STEPPE ZONE IN
KURGAN REGION ....................................................................................................................................... 120
MATHEMATICAL SCIENCE
Medvedev A.A.
ABOUT ONE APPROACH TO COMPUTER GENERATION OF SEARCH AND COMPUTATION TASKS ..... 124
6
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 582.394
А.С. Мочалов
Курганский государственный университет
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ
БИОМОРФ (ЖИЗНЕННЫХ ФОРМ)
ПАПОРОТНИКОВ
Аннотация. В статье приведен обзор существующих систем жизненных форм папоротников и блоксхемы систем Н.И. Шориной [20], О.В. Храпко [18] и
И.И. Гуреевой [3].
Ключевые слова: папоротники, жизненная
форма, птеридофлора
A.S. Mochalov
Kurgan State University
REVIEW OF MODERN SYSTEMS
OF BIOMORPHES (LIFE FORMS)
OF FERNS
Abstract. The article gives a review of existing
systems of life forms of ferns and the system flowcharts
of N.I. Shorina [20], O.V. Khrapko [18] and
I.I. Gureeva [3].
Index terms: ferns, life form, pteridoflora.
Одним из основных этапов изучения флоры (птеридофлоры) любой территории является анализ жизненных форм слагающих ее видов растений. Жизненные формы растений как выражение в морфогенезе
общих приспособительных черт эволюции являются
важной характеристикой строения растительного покрова и отношений растительных группировок со средой обитания [8]. Анализ биоморф растений имеет важное значение для познания особенностей региональной флоры: ее генезиса, пространственного членения,
места в системе фитохорий более высокого ранга [5].
Характер жизненного цикла высших споровых
растений (прежде всего, раздельное существование
двух свободноживущих гетероморфных поколений,
гаметофита и спорофита) и анатомо-морфологические
особенности (в первую очередь, связанные с процессами роста и возобновления) определяют принципиальные различия их жизненных форм и жизненных
форм семенных растений [4]. В силу этого применение к споровым растениям схемы жизненных форм,
разработанной для цветковых растений, не вполне корректно.
Со времени, когда E.Warming выделил понятие
«жизненная форма» («die Lebensforme»), было предложено множество классификаций биоморф, разработанных с большей или меньшей детальностью и разСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
ным диапазоном охвата разнообразия растений. Отличия в большинстве классификаций сводятся, в основном, к взятому за основу признаку. Так, у К. Раункиера [21] это положение переннирующих тканей относительно поверхности земли, а у О.В. Смирновой
[12] – особенности пространственной организации
взрослых особей. Наиболее детальную классификацию жизненных форм растений, основанную на структурно-морфологических особенностях строения тела
растений, разработал И.Г. Серебряков [6;7]. Эти системы и многочисленные частные классификации биоморф каких-либо таксономических групп выполнены
на основе изучения семенных, а зачастую только цветковых растений.
Папоротники в плане изучения жизненных форм
и их классификации долго оставались в стороне и только в последние десятилетия стали объектом пристального внимания, хотя сведения об их биоморфологии
приводились еще в конце XIX – начале XX в. [22;23].
Но даже современные классификаций биоморф высших споровых до сих пор упускают из виду ряд важнейших систематических групп (например, ужовниковые и разноспоровые папоротники).
Одна из первых классификаций жизненных форм
папоротникообразных (включая хвощи и плауны) была
предложена А.П. Хохряковым [14], который справедливо считал невозможным использовать в целях систематизации жизненных форм высших споровых растений уже имеющиеся классификации семенных растений, существенно отличающихся наличием типичных побегов с пазушными почками. В основе системы А.П. Хохрякова [13;14] лежит форма роста растения, которая зависит прежде всего от строения более
многолетних частей, то есть в основу разграничения
жизненных форм папоротникообразных положено строение корневищ, стебле- и стволоподобных частей. Автор выделяет 5 крупных групп биоморф, обозначая их
терминами, многие из которых позднее другие авторы используют для характеристики жизненных форм
и для классификационных построений [2; 3; 17; 18;
19; 20]: тонкокорневищные, ползучерозеточные, восходящерозеточные, вертикальнорозеточные и древовидные папоротники. Дальнейшая детализация системы основана на следующих признаках: размер растения (растения мелкие, моховидные; растения
среднего размера, травовидные растения, крупные,
кусто- и древовидные), длительность жизни вай (вечнозеленые, зимнезеленые, летнезеленые), форма и
степень специализации вай (вайи неспециализированные; вайи листовидные). Позднее А.П. Хохряков [15]
разработал классификацию жизненных форм растений,
в частности, папоротников, основанную на принципах
параллельной дивергенции. Для целей классификации
он использует признаки метамерного строения:
1) природа метамера (тип биоморф),
2) размер первичного метамера (подтип),
3) число основных метамеров (разделы).
В подразделении этих крупных град А.П. Хохря-
7
ков [15] предлагает использовать следующие признаки: ветвистость, вегетативную подвижность, циклы развития, среду обитания.
В 1994 г. предложила свой вариант классификации биоморф равноспоровых папоротников Н.И. Шорина (рисунок 1), в котором объединила биоморфологические и фитоценотические характеристики, характеристику расположения почек возобновления и разработала классификацию биоморф на основе структурных признаков спорофитов с привлечением фитоценотической классификации биоморф О.В. Смирновой [12] и классификации К. Раункиера [20]. Все биоморфы отнесены к отделу «Наземные травы» и типу
«Многократно спороносящие травянистые многолетники», в котором выделено 2 класса – «Травянистые
вегетативные малолетники» – «Странствующие папоротники» и «Травянистые многолетники». В последнем
выделены следующие иерархические единицы: подклассы, группы, секции и подсекции. Классифицирующими признаками являются вегетативная подвижность, расположение вай (вертикальнорозеточные,
восходящерозеточные, диффузнорозеточные, безрозеточные), строение корневища (длиннокорневищные,
коротко-корневищные, толстокорневищные, тонкокорневищные, специализированные и неспециализированные корневища), выраженность и долговечность
центров фитоценотической активности (моноцентрические, явнополицентрические, неявнополицентрические,
ацентрические) и расположение почек возобновления
относительно субстрата (хамефиты, гемикриптофиты,
геофиты, эпифиты). Своеобразными, отмеченными
только у папоротников являются класс «Странствующие папоротники» и группа «Ацентрические биоморфы». О.В. Храпко [16;18] в построении системы жизненных форм папоротников юга российского Дальнего Востока основывается на признаках строения под-
земных органов, что в общих чертах согласуется с
системой А.П. Хохрякова. В системе О.В. Храпко (рисунок 2) весьма интересен класс Неявнорозеточных
папоротников, в который объединены все представители Ophioglossaceae и Botrychiaceae. В отделе водные папоротники рассматривается лишь Salvinia
natans, который отнесен к водным свободноплавающим папоротникам.
Важной вехой в развитии биоморфологии растений в целом было введение в 1978 г. французскими
учеными F.Halle, R.Oldeman и R.Tomlinson понятия
«архитектурная модель», разработанного на основе
изучения тропических деревьев. Главные признаки,
характеризующие архитектурные модели деревьев,
включают длительность функционирования меристем,
их универсальность или специализацию, характер ветвления и формирования системы побегов (моноподиальность или симподиальность) и направление роста
(постоянно ортотропное, постоянно плагиотропное или
изменяющееся со временем). Архитектурные модели
не связаны с размерами растений и не зависят от
экологических условий. В развитие концепции архитектурных моделей и учения о жизненных формах на
примере многолетних трав Т.И. Серебрякова [9;10;11]
показала, что ведущими признаками архитектурных
моделей или, по предложенной ею терминологии, моделей побегообразования у трав оказались длительность функционирования меристем, их универсальность или специализация, способ формирования системы побегов. Для трав существенное значение приобретает признак длины междоузлия. Важным выводом, сделанным Т.И. Серебряковой, является то, что
на базе архитектурных моделей или моделей побегообразования образуются путем приспособительных
изменений разнообразные жизненные формы. Одна и
та же модель может быть основой для многих жизнен-
Рисунок 1 - Интерпретация классификации жизненных форм взрослых спорофитов папоротников Н.И. Шориной [20]
8
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Рисунок 2 - Интерпретация системы жизненных форм О.В. Храпко [18] для спорофитов папоротников юга российского
Дальнего Востока
Рисунок 3 - Интерпретация системы архитектурных моделей и биоморф спорофитов папоротников класса Filicopsida
Южной Сибири И.И. Гуреевой [3]
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
9
ных форм, в то же время сходные жизненные формы
могут образоваться на базе разных моделей. Таким
образом, архитектурная модель является структурной
основой жизненных форм [1].
На границе XX и XXI вв. И.И. Гуреева [2;3] предложила классификацию равноспоровых папоротников
Южной Сибири, за исключением класса
Ophioglossopsida, отражающую связь архитектурных
моделей папоротников с возникающими на их основе
биоморфами (рисунок 3). В системе выделяются архитектурные типы, объединяющие архитектурные модели и группы биоморф. Исходя из того, что концепция архитектурных моделей основана, прежде всего,
на признаках деятельности меристем при формировании систем побегов, в классификации И.И. Гуреевой
большое внимание уделяется расположению и деятельности меристем, посредством которых осуществляется процесс ветвления многолетних частей спорофитов папоротников и образование систем осей. На
современном уровне наших знаний система жизненных форм равноспоровых папоротников И.И. Гуреевой
[3], являясь, на наш взгляд, наиболее детальной и
полной, более других подходит для биоморфологического анализа птеридофлоры. При этом для ужовниковых папоротников более рационально обозначение
жизненной формы по О.В. Храпко [18].
Список литературы
1 Борисова, 1991 Борисова И.В. О понятиях «биоморфа»,
«экобиоморфа» и «архитектурная модель» // Бот.
журн. 1991. Т. 76, № 10. С. 1360–1367.
2 Гуреева И.И. Равноспоровые папоротники Южной Сибири
(Вопросы систематики, происхождения, биоморфологии, популяционной биологии): дис. … д-ра биол. наук.
Томск, 1997. 394 с.
3 Гуреева И.И. Равноспоровые папоротники Южной Сибири:
систематика, происхождение, биоморфология,
популяционная биология. Томск: Изд-во Том. ун-та,
2001. 158 с.
4 Камелин Р.В. Флорогенетический анализ естественной
флоры горной Средней Азии. Л., 1973. 355 с.
5 Науменко Н.И. Флора Южного Зауралья: автореф. дис. …
докт. биол. наук. СПб: СПбГУ, 2003. 32 с.
6 Серебряков И.Г. Жизненные формы высших растений и их
изучение // Полевая геоботаника. Л., 1964. Т. 3. С. 146–
205.
7 Серебряков И.Г. Морфология вегетативных органов
высших растений. М.: Советская наука, 1952. 392 с.
8 Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. М.,
1962. 378 с.
9 Серебрякова Т.И. Жизненные формы и модели побегообразования наземно-ползучих многолетних трав // Жизненные формы: структура, спектры и эволюция. М.,
1981. С. 161–179.
10 Серебрякова Т.И. О вариантах моделей побегообразования у многолетних трав // Морфогенез и ритм развития высших растений. М.: МГПИ им. В.И. Ленина, 1987.
С. 3–19.
11 Серебрякова Т.И. Об основных «архитектурных моделях»
травянистых многолетников и модусах их преобразования // Бюл. МОИП. Отд. биол., 1977. Т. 82. Вып. 5. С.
84–169.
12 Смирнова О.В. Объём счетной единицы при изучении
ценопопуляций растений различных биоморф // Ценопопуляции растений (основные понятия и структура). М.:
Наука, 1976. С. 72–80.
13 Хохряков А.П. Жизненные формы папоротникообразных //
Изв. АН СССР, Сер. биол. № 2, 1979. С. 251–164.
14 Хохряков А.П. Жизненные формы папоротникообразных и
10
15
16
17
18
19
20
21
22
23
возможные пути их эволюции // Материалы 5-го Моск.
совещ. по филогении растений. 1976. С. 184–187.
Хохряков А.П. Эволюция биоморф растений. М.: Наука,
1981. 167 с.
Храпко О.В. Жизненные формы дальневосточных
представителей рода Dryopteris Adans // Труды 6-й
Международной конф. по морфологии растений памяти
И.Г. и Т.И. Серебряковых. М., 1999. С. 215–216.
Храпко О.В. Папоротники хвойно-широколиственных
лесов Приморского края (биология, экология, перспективы использования и задачи охраны генофонда).
Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1989. 124 с.
Храпко О.В. Папоротники юга российского Дальнего
Востока (биология, экология, вопросы охраны генофонда): автореф. дис. … д-ра биол. наук. Владивосток,
1997. 27 с.
Шорина Н.И. Строение ценопопуляций равноспоровых
папоротников в связи с динамикой растительных
сообществ // Биол. науки. 1991. № 8. С. 78–91.
Шорина Н.И. Экологическая морфология и популяционная
биология представителей подкласса Polypodiidea:
автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 1994. 34 с.
Raunkiaer С. Types biologiques pour la géographie botanique
// Bulletin de Academie Royale des Sciences et des Lettres
de Danemark (Forhandlinger Kongelige Danske
Videnskabernes Selskabs). 1905. P. 347–437
Troll W. Vergleichende Morphologie der hoheren Pflancen.
Berlin: Verlag von Gebruder Bortrager. 1937. Bd. 1. T. 1.
Velenovsky J. Vergleichende Morfologie der Pflanzen. Prag.
1905. T. 1. 227 s.
УДК 582.35
А.С. Мочалов
Курганский государственный университет
ПТЕРИДОФЛОРА КАК ОБЪЕКТ
ИЗУЧЕНИЯ
Аннотация. В статье раскрывается теоретическая возможность рассмотрения птеридофлоры
как конкретного объекта изучения и основные методы ее анализа, также раскрывается опыт и перспективы применения метода многомерного шкалирования.
Ключевые слова: птеридофлора, папоротники, анализ флоры, многомерное шкалирование.
A.S. Mochalov
Kurgan State University
PTERIDOFLORA AS AN OBJECT
OF STUDY
Abstract. In the article the theoretical possibility of
considering pteridoflory as a particular object of study
and the basic methods of analysis also revealed the
experience and perspectives of the method of
multidimensional scaling.
Index terms: рteridoflora, ferns, flora analysis,
multidimensional scaling.
Следуя классическому определению А.И. Толмачёва [12], под флорой мы понимаем совокупность виВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
дов растений, встречающихся в данной области (местности, стране), слагающих все свойственные ей растительные сообщества, заселяющих все типы местообитаний. Представляя собой «полную территориальную совокупность видов растений» или их местных популяций, на чём акцентировали внимание
Б.А. Юрцев и Р.В. Камелин [24; 25; 29], флора объединяет все таксоны растений данной области (страны, местности) независимо от частных условий их произрастания и вхождения в состав тех или иных растительных сообществ. Представление о флоре обычно не распространяется на виды растений, сознательно разводимые человеком.
Теоретически представление о флоре распространяется на полный видовой состав растений, самостоятельно произрастающих в данной стране. Но на
практике за обозначением «флора» часто скрывается
более узкое представление о совокупности видов только высших сосудистых растений (что обусловлено исторически: во времена, когда понятие «флора» входило в употребление, ботаники занимались изучением
почти исключительно высших сосудистых растений).
Иногда это положение фиксируется при помощи соответствующих уточняющих эпитетов («флора высших
растений», «флора сосудистых растений»), но чаще
просто подразумевается, и отсутствие в описании
флоры данных о мхах, лишайниках, водорослях и т.п.
воспринимается как нечто, не требующее пояснений.
Совокупности видов низших растений и мхов,
приуроченные к определенному пространству, обычно рассматриваются раздельно, по крупным систематическим группам, и соответствующие труды озаглавливают как бриофлора, лихенофлора, альгофлора и т.д.
Во многом такое выделение весьма оправдано, поскольку все эти составляющие флоры в широком
смысле обладают своими, отличными от других групп
характеристиками (биоморфологическими, экологическими и т.д.), зачастую несравнимыми между собой.
Под совокупностью видов сосудистых растений
понимают высшие растения за исключением мхов
(споровые – папоротники, хвощи, плауны, и семенные растения). На современном уровне наших знаний об этих группах растений мы имеем полное право
рассматривать каждую из этих групп как часть флоры
в узком смысле. Так, рассмотрение совокупности видов папоротников, встречающихся на конкретной территории, заселяющих все свойственные им местообитания на этой территории, в качестве обособленной
части флоры вполне корректно. Поскольку папоротники не только занимают особое положение в системе
растений, как таксон в ранге отдела, но и выступают
как обособленная группа, обладающая уникальными,
свойственными только им чертами организации спорофитов и гаметофитов, своеобразием жизненного
цикла и путями вхождения в современную флору, мы
принимаем птеридофлору как часть флоры в широком смысле и получаем возможность анализировать
ее, используя методологический аппарат современной сравнительной флористики.
К основным аспектам анализа птеридофлоры, как
и любой другой флоры, относятся:
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
1 Систематический или таксономический анализ. Объект систематического (таксономического)
анализа – качественный состав птеридофлоры, т.е.
список видов. Важнейшими показателями являются
флористические спектры (в большей степени семейственно-видовой и родовой), которые показывают богатство таксонов более высокого ранга таксонами более низкого ранга. В таксономических исследованиях стоит признавать виды и подвиды, кроме того, отмечать гибриды. В отношении некоторых критических
таксонов (в птеридофлоре Урала это роды
Gymnocarpium, Pteridium, Dryopteris) нужно проводить
специальные исследования, для чего привлекать материалы не только с других территорий.
2 Ботанико-географический анализ объединяет хорологический, поясно-зональный и экологический анализы.
Под хорологическим анализом понимают анализ ареалов растений. Для классификации ареалов
используются различные подходы. Наиболее широко
распространен хориономический, основанный на том,
что каждый вид тяготеет к своему фитохориону (единице районирования) – флористическому царству, области и т.д. При хориономическом подходе совпадение распространения вида с определенными фитохорионами и дает название ареалу. По мнению
А.В. Положий [9] при сравнительном изучении ареалов видов следует различать тип, подтип и группу ареала. Тип ареала устанавливается на широкой географической основе, выделяются виды, свойственные
всему полушарию (голарктический тип ареала) или
определенным географическим районам (евразийский,
североамериканско-евразийский, североамериканский, азиатский). Подтип ареала характеризует более
узкую географическую приуроченность в пределах
типа ареала и выделяется с учетом распространения
видов на конкретной территории.
Ними, при хорологическом анализе птеридофлоры Урала все виды и подвиды были сгруппированы
по типам и подтипам ареалов. При этом стоит учитывать литературные данные по распространению видов
и опубликованные карты ареалов [1;2;3;5;6;12;17;
18;19;20;21;30;32].
Группа ареала характеризует приуроченность к
определенной зоне или поясу растительности (поясно-зональный анализ).
При экологическом анализе папоротники разбивают на группы по отношению к увлажнению, по
характеру предпочитаемого субстрата и др.
3 Биоморфологический анализ. Каждый вид
имеет свою жизненную форму как отражение сформировавшихся в результате эволюции приспособлений к условиям обитания. При выявлении жизненных
форм папоротников стоит ориентироваться на работы
А.П. Хохрякова [13;14;15], Н.И. Шориной [23],
О.В. Храпко [16], И.И. Гуреевой [4;5;6], P. Edwards [31],
C.N. Page [33].
Важным этапом анализа является сравнение флор,
в нашем случае – птеридофлор. Сравнение флор – это
сопоставление их составов (списков таксонов). Для
сравнения флористических списков используют коэф-
11
фициенты сходства.
Наиболее широко распространенным является
коэффициент сходства Жаккара (Jaccard). Он рассчитывается по формуле:
Kj =
c
,
a+b−c
где с – число видов, общих для двух попарно
сравниваемых локальных флор; a, b – числа видов во
флорах.
Коэффициент Жаккара может принимать значения
от 0 до 1. При этом если значение равно 0, это значит,
что флоры абсолютно разные, и в них нет одинаковых
видов. При значении, равном 1, флоры полностью одинаковы.
После расчета коэффициента Жаккара составляется матрица сходства локальных флор, в которой отражены коэффициенты сходства для каждой пары
флор. Матрица сходства состоит из двух симметричных частей, а главная диагональ из единиц, т.к. её
ячейки стоят на пересечении одних и тех же флор.
Значения в главной диагонали не учитываются.
Б.И. Сёмкин [10] высказал мнение, что коэффициент
Жаккара приемлем лишь в случае приблизительно равновеликих по абсолютному числу видов флор. В случае резко разновеликих флор значения коэффициента
Жаккара зависят не от сходства флор по числу общих
видов, а от «негативной составляющей», т.е. от отсутствия определенного набора видов в меньшей из
флор. Поэтому для разновеликих флор Б.И. Сёмкин
предлагает расчет только мер включения Симпсона.
При этом полный отказ от коэффициента Жаккара даже
в случае разновеликих флор не оправдан: с биологической точки зрения факт отсутствия вида (или набора видов) во флоре такой же признак (атрибут) флоры,
как и факт присутствия этого вида (или набора видов).
Мало того, в случае разновеликих флор коэффициент
Жаккара акцентирует внимание исследователя на этой
«негативной составляющей» в отличие от мер включения.
По методике, предложенной В.М. Шмидтом [22],
на основе матрицы сходства можно построить дендрит максимального корреляционного пути, на котором
отображаются наиболее сильные связи флор друг с
другом. Нами этот метод не использовался, так как
он в значительной степени упрощен и предназначен
для расчетов вручную без помощи компьютера.
Для выявления места исследуемой флоры среди
других флор методом парногруппового среднеарифметического связывания строится кластер по алгоритму, предложенному Б.И. Сёмкиным [10]. Этот метод
является наиболее приемлемым для флористических
работ, т.к. дает наиболее сильно дифференцированные плеяды флор внутри общего кластера. Суть метода заключается в том, что выбирается максимальное
значение сходства (исключая диагональные элементы). Если таких значений несколько, то берётся первое по порядку. Элементы, имеющие это значение
сходства, объединяются в группу. Размер матрицы
сходства уменьшается на единицу, при этом делается расчет сходства выделенной группы с остальными
12
элементами по формуле:
K ([i, j ], k ) =
ni K (i, k ) + n j K ( j , k )
ni + n j
,
где [i, j] – группа из двух объектов i и j, k – объект,
с которым ищется сходство указанной группы, ni –
число элементов в i объекте, nj – число элементов в j
объекте.
Процедура сохраняется для пересчитанной матрицы, и её размер также уменьшается на единицу. На
основе полученных данных строится кластер.
Чтобы проследить закономерности формирования
флор, можно построить граф включения по рассчитанным мерам включения Симпсона, которые показывают степень включения одной флоры в другую. Данный показатель рассчитывается по следующей формуле:
S=
c
,
a −b
где с – виды общие для обеих флор, а – виды
встречающиеся только в первой флоре, b – виды
встречающиеся только во второй флоре.
В результате получается несимметричная матрица включения, что связано с разной степенью включения флор друг в друга в одной паре. Далее матрица
симметризуется по максимальным показателям [10] и
на ее основе строится граф включения. На графе
стрелками разной толщины отображаются уровни
включения флор друг в друга. По этим стрелкам можно проследить направление флорогенеза. Он направлен в сторону, противоположную той, куда указывают
стрелки.
Многомерное шкалирование. В связи с возросшими возможностями использования компьютеров в
биологических исследованиях большое значение получают неметрические методы машинного анализа
плохо определенных, так называемых «рыхлых» структур и представление информации о них в форме, приспособленной для восприятия исследователем [8]. К
этой области относятся, в частности, методы многомерного шкалирования, позволяющие «изображать»
систему объектов с матрицей расстояний или сходства произвольной природы и размерности совокупностью точек в M-мерном пространстве с минимальным искажением, в смысле того или иного критерия,
первоначальной матрицы расстояний. При M, равной
2, объекты представляются в виде точек на плоскости, что очень удобно для визуального анализа. Первоначально эти методы был разработаны для финансовых расчетов, наиболее подробно суть многомногомерного шкалирования изложена М. Дейвисоном [7].
В биологии этот способ применим в первую очередь
для анализа корреляционных матриц, так как позволяет отобразить отношения между признаками в наглядной форме и служит хорошим дополнением к другим,
более формальным средствам их исследования [8].
Допустим, имеется конечное множество объектов
Х и матрица R расстояний или мер сходства между
ними, а также произвольное представление C объекВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
тов множества Х в виде точек на плоскости с координатами x1, y1, … , xN, yN. Введем расстояние между
точками i и j
сij = ( xi − x j ) 2 + ( yi − y j ) 2 .
Критерий различия между множеством Х и его
представлением на плоскости определяется в виде
H ( X , C ) = ∑ ( f (rij ) − cij ) 2 ,
Б.А. Юрцева [25;27;28] о неравнозначности видов во
флорах. В перспективе при таком подходе к анализу
не обязательно ограничиваться лишь абсолютными
значениями (0 или 1). Вполне возможен сравнительный анализ с оцененным весом того или иного вида в
каждой конкретной флоре. Например, уникальные
виды для конкретной флоры будут иметь больший вес
по сравнению с банальными, и наоборот.
i, j
где f – некоторое монотонное преобразование.
В методах многомерного шкалирования ищется
такое представление C*, для которого функция H принимает наименьшее возможное значение. Это приводит к задаче минимизации H как функции многих переменных x1,…, xN, y1,…, yN. Формальные способы
расчета достоверности в данном случае отсутствуют,
и размерность пространства представлений можно
выбирать произвольно. Формальных критериев выбора размерности не существует [8].
Помимо этого для получения более наглядных и
убедительных результатов при обработке матрицы дивергенции можно использовать одновременно методы K-средних и многомерного шкалирования [8]. Весьма наглядные результаты показывает метод многомерного шкалирования в комбинации с корреляционным
анализом. В частности, используя этот алгоритм можно показывать наиболее характерные для видов признаки [8]. При этом принадлежность исследуемого образца к тому или иному виду рассматривается как
дополнительный признак (0 – образец не принадлежит виду, 1 – образец принадлежит к виду).
Перспективы применения методов многомерного
шкалирования очень высоки, они служат достойной
альтернативой более популярным пока дискриминантному и факторному анализам, результаты которых во
многих случаях не пересекаются с многомерным шкалированием. Нами использовалось двумерное шкалирование при анализе морфометрических признаков
вай уральских и сибирских папоротников из родов
Gymnocarpium и Pteridium, а также при сравнительном анализе птеридофлор Урала и определении связей птеридофлоры Урала в целом с птеридофлорами
Кавказа и Алтая. Все расчеты проводились в программе PAST, для построения более наглядных графиков
использовался пакет программ STATISTICA 6.0.
При сравнительном анализе флор (птеридофлор)
методами многомерного шкалирования таблица присутствия-отсутствия видов представляется в виде нулей и единиц (0 – отсутствие вида во флоре, 1 – присутствие вида во флоре). Полученная матрица транспонируется таким образом, что для каждой конкретной флоры (птеридофлоры) присутствие или отсутствие
каждого вида становится признаком, имеющим соответствующее значение 0 или 1. Используя метод двумерного шкалирования, выбираем меру сходства (коэффициент Жаккара или меру включения Симпсона) и
получаем координаты каждой конкретной флоры на
осях Х и Y и минимальноерасстояние между ними, по
которым строим график и оцениваем связь флор (птеридофлор). Методы многомерного шкалирования более удачно, чем другие, подходят для реализации идей
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Список литературы
1 Аскеров А.М. Папоротники Кавказа. Баку: Элм, 2001. 244 с.
2 Бобров A.E. Конспект папоротников Средней Азии и
Казахстана // Нов. сист. высш. раст. Л.: Наука, 1984.
Т. 21. С. 3–21.
3 Бобров A.E. Отдел Polypodiophyta // Флора европейской
части СССР. Л., 1974. Т. 1. С. 68–99.
4 Гуреева И.И. Папоротники во флоре Южной Сибири: дис. …
канд. биол. наук. Томск, 1984. 290 с.
5 Гуреева И.И. Равноспоровые папоротники Южной Сибири
(Вопросы систематики, происхождения, биоморфологии, популяционной биологии): дис. … д-ра биол. наук.
Томск, 1997. 394 с.
6 Гуреева И.И. Равноспоровые папоротники Южной Сибири:
систематика, происхождение, биоморфология,
популяционная биология. Томск: Изд-во Том. ун-та,
2001. 158 с.
7 Дэйвисон М. Многомерное шкалирование. М.: Финансы и
статистика, 1988. 254 с.
8 Ефимов В.М., Ковалева В.Ю. Многомерный анализ биологических данных: учебное пособие. Томск: Томский гос.
ун-т, 2005. 95 с.
9 Положий А.В. О значениях и методах изучения истории
флоры // Известия Сиб. отд. АН СССР. 1965. Вып. 2.
№ 8. С. 3–9.
10 Сёмкин Б.И. Теоретико-графовые методы в сравнительной флористике // Теоретические и методические
проблемы сравнительной флористики. Л., 1987. С.
149–163.
11 Толмачев А.И. Арктическая флора СССР: В 10 вып. М.; Л.:
Изд-во АН СССР, 1960. Вып. 1. 101 с.
12 Толмачев А.И. Введение в географию растений. Л., 1974.
244 с.
13 Хохряков А.П. Жизненные формы папоротникообразных //
Изв. АН СССР. Сер. биол. 1979. № 2. С. 251–164.
14 Хохряков А.П. Жизненные формы папоротникообразных и
возможные пути их эволюции // Материалы 5-го Моск.
совещ. по филогении растений. М., 1976. С. 184–187.
15 Хохряков А.П. Эволюция биоморф растений. М.: Наука,
1981. 167 с.
16 Храпко О.В. Папоротники юга российского Дальнего
Востока (биология, экология, вопросы охраны генофонда): автореф. дис. … д-ра биол. наук. Владивосток,
1997. 27 с.
17 Цвелёв Н.Н. Отдел папоротниковидные – Polypodiophyta //
Сосудистые растения Дальнего Востока. СПб.: Наука,
1991. С. 9–94.
18 Шмаков А.И. Конспект папоротников России //
Turczaninowia. 2001. № 4(1–2). С. 36–72.
19 Шмаков А.И. Конспект папоротников Алтая // Флора и
растительность Алтая. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та,
1996. С. 25–52.
20 Шмаков А.И. Конспект папоротников Алтая, Тянь-Шаня и
Семиречья // Флора и растительность Алтая. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 1995. С. 57–70.
21 Шмаков А.И. Отдел Polypodiophyta // Флора Алтая.
Барнаул: Азбука, 2005. Т. 1. С. 158–255.
22 Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л.:
Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 288 с.
23 Шорина Н.И. Экологическая морфология и популяционная
биология представителей подкласса Polypodiidea:
автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 1994. 34 с.
24 Юрцев Б.А Флора как базовое понятие флористики:
содержание понятия, подходы к изучению // Теоретические и методологические проблемы сравнительной
13
флористики. Л.: Наука, 1987. С. 13–28.
25 Юрцев Б.А Флора как природная система // Бюл. МОИП,
отд. биол. 1982. Т. 87. Вып. 4. С. 3–22.
26 Юрцев Б.А. Изучение биологического разнообразия и
сравнительная флористика // Бот. журн. 1991. Т. 76.
№ 3. С. 305–313.
27 Юрцев Б.А. Изучение и сохранение биологического
разнообразия: вклад флористики // Изучение биологического разнообразия методами сравнительной
флористики. СПб.: НИИХ СПбГУ, 1998. С. 14–34.
28 Юрцев Б.А. Предисловие // Изучение биологического
разнообразия методами сравнительной флористики.
СПб.: НИИХ СПбГУ, 1998. С. 3–9.
29 Юрцев Б.А., Камелин Р.В. Основные понятия и термины
флористики: Учебное пособие по спецкурсу. Пермь,
1991. 81 с.
30 Dostal J. Familie Ophioglossaceae Rautenfarngewachse.
Familie Sinopteridaceae Schuppenfarngewachse. Familie
Cryptogrammaceae Rollfarngewachse. Familie
Dennstaedtiaceae (Hypolepidaceae) Adlerfarnewachse.
Familie Thelypteridaceae Lappenfarngewachse. Familie
Aspidiaceae Wurmfarngewachse. Gymnocarpium Newman.
// Hegy G. Illustrierte Flora von Mitteleuropa. Pteridophyta.
Berlin–Hamburg: Verlag Paul Parey, 1984. B. 1, T. 1.
31 Edwards P. Root connections in a colony of Ophyoglossum
vulgatum in Southern England // Fern. Gaz. 1982. Vol. 12,
№ 4. P. 241–242.
32 Flora Europaea. Second edition. New York, 1993. Vol. 1. 629 p.
33 Page C.N. The Ferns of Britain and Ireland. Cambrige, 1997. 540 p.
УДК 582.35
Д.С. Феоктистов
Томский государственный университет
Курганский государственный университет
ПРОБЛЕМЫ ГИБРИДИЗАЦИИ
ХВОЩЕЙ ПОДРОДА
HIPPOCHAETE НА ПРИМЕРЕ
ГИБРИДА EQUISETUM х MOOREI
NEWMAN
Аннотация. В статье рассматривается проблематика естественной и искусственной гибридизации хвощей на примере Equisetum х moorei
Newman
Ключевые слова: хвощи, Equisetum,
Hippochaete, гибридизация
D.S. Feoktistov
Tomsk State University
HYBRIDIZATION PROBLEMS OF
HORSETAILS OFTHE SUBGENUS
HIPPOCHAETE BY THE EXAMPLE
OF THE HYBRID EQUISETUM ×
MOOREI NEWMAN
Abstract. The article focuses on the problems of
natural and artificial hybridization of horsetails by the
example of the hydrid Equisetum × moorei Newman.
14
Index terms: horsetails, Equisetum, Hippochaete,
hybridization.
Хвощи относятся к числу наиболее древних групп
высших растений, в современной флоре представленных единственным родом Equisetum L. Они переняли
от древних предков такие признаки как чередование
редуцированных до чешуй мутовок листьев в узлах,
характерную морфологию стелы и спорангиофора. В
составе ныне существующего рода Equisetum в разное время выделяли разное число видов – от 12 до
38, которые известны под названием хвощи. Мы следуем классификации R. L. Hauke, который выделял
15 видов из двух подродов, распространенных в основном в умеренных широтах. В настоящее время в
связи с развитием новых молекулярно-генетических
методов анализа интерес к этой группе очень вырос.
Появились новые работы, направленные как на установления положения данного рода в системе сосудистых растений, так и на положение видов внутри рода.
Все исследования, как традиционные морфологические, так и молекулярно-генетические, делят род на два
подрода. Ещё одной из причин интереса к данной группе является такой дискуссионный вопрос как гибридизация видов внутри этого рода.
Мнения о гибридизации хвощей разделяются на
два основных лагеря. Некоторые авторы считают, что
нет достоверных источников, которые могли бы подтвердить действительное присутствие гибридов хвощей во флоре Урала и России [3], а определенные как
гибриды гербарные образцы считают просто необычными по морфологии растениями. Другие исследователи считают возможным существование целых сетчатых (гибридогенных) комплексов, соединяющих
виды на уровне подродов [6]. У всех хвощей внутри
рода одинаковое число хромосом (n=108), что, возможно, облегчает гибридизацию между видами. Гибридизации также способствуют довольно узкие экологические условия, необходимые для прорастания
гаметофитов, что приводит к возникновению их смешанных популяций и увеличению вероятности перекрестного оплодотворения между гаметофитами. Гибриды особенно широко распространены в Великобритании и Ирландии, так как там есть подходящие условия для прорастания гаметофитов – умеренно влажный океанический климат и относительно низкая конкуренция со стороны других растений.
Фрагментация корневищ и побегов позволяет хвощам широко распространятся в подходящих влажных местах обитания. Даже фрагменты побегов могут
прорастать и образовывать новые колонии. Некоторые
члены подрода Equisetum (например, Е. arvense и Е.
palustre) размножаются вегетативно с помощью клубней на корневищах. Следовательно, вегетативное размножение позволяет клонам Equisetum сохраняться
и распространяться даже при отсутствии полового
размножения. Именно этим можно объяснить такое
широкое распространение. Вегетативное размножение, возможно, объясняет широкое распространение
и существование гибридов хвощей даже там, где один
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
из родителей отсутствует (например, в Англии практически нет E. ramosissimum, но он широко представлен на европейском материке). Так как гибриды, как
правило, стерильные и, следовательно, не размножаются спорами, корневищная система гибридного клона теоретически имеет возможность поддерживать
плотные колонии на определенных местах в течение
длительного времени. Фрагментация и перенос корневищ и побегов является потенциалом для распространения клона от места, в котором произошла гибридизация. Этим можно объяснить обилие гибридов
Equisetum даже если гибридизация представляет собой относительно редкое явление
Гибридизация особенно часто происходит в подроде Hippochaete, в котором известно 5 часто встречающихся гибридов. 4 из них возможно есть на Урале. Это такие гибриды, как E × trachiodon, E × ferissi,
E × meridionaleи E × moorei. Теоретически нельзя отрицать возможность гибридизации между другими видами, но такие гибриды ещё не был найдены. Один
из гибридов E × moorei достоверно известен по гербарным материалам, в том числе и по нашим сборам
на Урале и в Зауралье.
E. × moorei Newman – Х. Мурея. Гибрид E.
hyemale × E. ramosissimum. Побеги, ветвящиеся преимущественно при основании (кустистые). Листовые
влагалища длинно воронковидные, слегка расширяющиеся кверху, нижние на побеге светло-коричневые
с темным пояском, верхние зеленые, равномерно окрашенные или с темным пояском на вершине.
В Зауралье приурочен к местообитаниям долины
Тобола и его притоков. В Курганской области – северные точки ареала: степные окраины сухих боров в
долине Тобола у посёлка Искра Звериноголовского
района и в 6 км северо-западнее села Усть-Уйское
Целинного района, степной склон правого берега реки
Утяк у села Лесниково Кетовского района, по окраинам песчаных карьеров под Курганом (Голубые озера) и севернее села Старый Просвет [2]. На Урале отмечался в Челябинской области [1] у с. Николаевка.
Эксперименты по выращиванию гаметофитов E
× moorei были проведены удачно Krahulecetal [5] и
предполагают, что гибриды могут образовывать гаметофиты и скрещиваться не только обратно с родителями, но и с другими гибридами подрода.
Список литературы
1 Куликов П.В. Конспект флоры Челябинской области
(сосудистые растения). Екатеринбург – Миасс:
Геотур, 2005. 537 с.
2 Науменко Н. И. Флора и растительность Южного Зауралья. Курган: Изд-во КГУ, 2008. 512 с.
3 Скворцов В. Э. Род Equisetum L. в российской и мировой
флоре: автореф. … дис. канд. биол. наук. М., 2008.22 с.
4 Hauke RL. A taxonomic monograph of Equisetum subgenus
Equisetum. Nova Hedwigia 30: 385–455.1978.
5 Krahulec F, Hrouda L, M. Productionofgametophytesby
Hippochaete (Equisetaceae) hybrids. Preslia 67: 213–218.
1996
6 C. N. Page The Ferns of Britain and Ireland: Cambridge
University Press, 1997. 564 с.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
УДК 581.9
И.В. Кузьмин, О.С. Козловцева, О.Е. Токарь
Тюменский государственный университет
РАСТЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ
КРАСНОЙ КНИГИ В ИШИМСКОМ И
АБАТСКОМ РАЙОНАХ
ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. В статье приводятся сведения про
около 160 локалитетов 32 видов охраняемых растений флоры Тюменской области, найденных в
Ишимском и Абатском районах.
Ключевые слова: охраняемые растения, флора, подтайга, Зауралье, Тюменская область.
I.V. Kuzmin, O.S. Kozlovtseva, O.E. Tokar
Tyumen State University
PROTECTED PLANTS IN ISHIM
AND ABATSK DISTRICTS OF THE
TYUMEN REGION
Abstract. The article comprises the information about
160 localities of 32 species of protected plants of the
Tyumen region flora found in the Ishim and Abatsk
districts.
Index terms: protected plants, flora, subtaiga,
Zauralye, Tyumen region.
Введение
Сотрудники и студенты Ишимского государственного педагогического института им. П. П. Ершова (с
сентября 2013 г. входит в состав ТюмГУ) много лет
изучают растения Ишимского района. Большей частью полевые практики со сбором гербариев проходят
в окрестностях деревень. Борки-Лайкова и Синицына-Клепикова, в пределах памятников природы (ПП).
На знаменитые Ишимские бугры часто приезжают и
учёные из других регионов. Однако в Ишиме гербарные коллекции до недавнего времени находились в
малоприспособленном помещении, и часть образцов
была утрачена по естественным причинам. В связи с
переездом Гербария в новое место начата его инвентаризация, которая уже принесла первые интересные
находки. Растения из Красной книги Тюменской области [1] выделены в отдельный фонд в отличие от учебного гербария. Первые данные об образцах этих видов, хранящихся в ишимском гербарии, приводятся
в настоящей статье. Фамилии сделавших сборы студентов часто написаны неразборчиво, поэтому в их
написании возможны ошибки. Студенческие сборы
сделаны в основном в одних и тех же местах, потому
даны их расширенные в сравнении с этикетками данные, а все этикетки атрибутированы и привязаны к этим
местам. Кроме того, несколько видов указаны по фотографиям сотрудников и студентов института и по эк-
15
скурсиям авторов статьи. Определение гербария проведено первым автором 14 мая и 18-19 июня 2013 г.
Координаты со значком ~ даны приблизительно.
Результаты исследований. Приводим стандартные данные о каждой находке вида.
Жабрица Ледебура - Seseli ledebourii G. Don fil.
Окр. г. Ишим; цв., пл.; аноним; без даты, 3 листа.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; цв.; Н. В. Никитина, В. Н. Пятанов, Е. А. Швецова; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.;
Е. Москалёва, О. Кудрина, Ю. Монакова, Н. Колмакова; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.; Садовская, Казекина,
Аверина, Шангина; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.; Анохина, Прудникова, Охотников, Щелкунов; 05. VI. 2003 г.
Там же; цв.; Н. Губарева, Т. Вохмина, Л. Сергеева,
И. Андрющенко; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.; Шустиков,
Иванцов, Петров, Старовойтов; 12. VI. 2003 г. Там же;
цв.; Григорченко, Васильева, Крюкова, Астафьева; 17.
VI. 2003 г. Там же; цв.; Р. Сушко, К. Борнок, С. Ахганов, В. Белолиров; 17. VI. 2003 г. Там же; цв.; Мазашев, Хамова, Чернякова, Костылев; 04. VI. 2004 г. Там
же; цв.; Кинтенова, Миронченко, Руденко, Свинглер,
Яковлева; 29. V. 2005 г. Там же; цв.; Е. А. Вяткина,
В. А. Заярнюк, Е. Р. Лунич, Е. П. Колпакова, Л. В. Снигирёва; 29. V. 2005 г. Там же; цв.; Носкова, Назаров, Линеенко, Захарова, Латынцева, Кремер, Сазонова; 29. V. 2005 г. Там же; обильно; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / маршрут 8. Там
же; пл; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; ~N 55°
58' 42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северо-западнее с. Клепиково, 4 км южнее д. Синицына,
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим,
ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»; крутой склон с
лугом остепнённым разнотравным; цв.; Н. А. Болотских, Н. А. Степанова; 10. VII. 2001 г. Там же; цв.; Обелогинов; 10. VII. 2001 г.
Морковник обыкновенный - Silaum silaus (L.)
Schinz & Thell.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
вершина бугра; луг сухой остепнённый разнотравноковыльный; единич.; вег.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Мордовник обыкновенный - Echinops
ruthenicus Bieb.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»;
16
луг остепнённый разнотравно-ковыльный со сред. увлажнением; обильно.; цв; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Козелец австрийский - Scorzonera austriaca Willd.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; N 55° 58'
42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северозападнее с. Клепиково, бугор надпойменной террасы
правобережья р. Ишим, ПП «Ишимские бугры - Гора
Любви»; крутой склон со степным разнотравьем; единично; цв.; О. С. Козловцева; 28. V. 2013 г.;
Оносма простейшая - Onosma simplicissima L.
Окр. г. Ишим; луг разнотравно-мятликовый; отцв.;
аноним; 25. VI. 2005 г., 1 лист.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; цв.; Ю. Шелягина, Н. Сафонова, Н. Петрова, Е. Плюхина; 05. VI. 2003 г. Там же;
цв.; Садовская, Казекина, Аверина, Шангина; 05. VI.
2003 г. Там же; цв.; Д. Сушко, С. Антонов, К. Бурков,
В. Белолипов; 17. VI. 2003 г. Там же; цв.; Усольцева,
Деев, Дерябин, Гиголян; 17. VI. 2003 г. Там же; цв.;
аноним; 17. VI. 2003 г. Там же; цв.; Руденко, Яковлева, Свинглер, Миронченко, Кинтенова; 28. V. 2005 г.
Там же; цв.; Кинтенова, Миронченко, Руденко, Свинглер, Яковлева; 29. V. 2005 г. Там же; 10 раст.; цв.;
И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 8.
Там же; рассеянно; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; N 55° 58'
42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северозападнее с. Клепиково, высокий обрывистый правый
берег р. Ишим, ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»;
крутой склон со степным разнотравьем; цв.; О. С. Козловцева; 28. V. 2013 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
вершина бугра; луг сухой остепнённый разнотравноковыльный; рассеян.; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Смолёвка сибирская - Silene sibirica (L.) Pers.
[Otites sibirica (L.) Raf. subsp. sibirica]
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; бут.; Е.Селюгина; 24. VI. 2005
г. Там же; обильно; цв; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Абатский р-н, 33 км восточнее г. Ишим; ~N 56° 5'
4.44"; E 070° 3' 31.58"; alt. 120 m s m; правобережье
р. Ишим, у р. Мысли, окр. с. Мешалкина; луговой осВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
тепнённый склон бугра; отцв.; М. С. Иванова; 16. VII.
2010 г.
Без места сбора; цв.; аноним; без даты; 1 лист.
Астрагал яичкоплодный - Astragalus
testiculatus Pallas
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; N 55° 58'
42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северозападнее с. Клепиково, высокий обрывистый правый
берег р. Ишим, ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»;
крутой склон со степным разнотравьем; цв.; О. С. Козловцева; 21. V. 2013 г.
Солодка Коржинского - Glycyrrhiza korshinskyi
Grig. (вид из IV кат.)
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 03,858'; E 069°
33,005'; alt. 80 m s m; 5,7 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 3 км южнее ж.-д. моста через р. Ишим, 2,2 км юго-западнее д. Лайкова, 1,5 км югозападнее платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск и
Лысой горы, между старичными озёрами Бурохвостиха и Челгай; луговая опушка леса берёзового разнотравно-злакового, по краю грунтовой дороги, в зарослях тростника; 1 клон с 50 побегами в 1-2 м один от
другого; ок. 400 кв. м.; вег.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 6. Там же; пл; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Зверобой изящный - Hypericum elegans Steph.
ex Willd.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы
2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора» (местн.);
луг остепнённый разнотравно-ковыльный со сред. увлажнением; 1 раст.; цв; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
низ бугра; луг сухой остепнённый разнотравно-ковыльный; 1 раст.; вег., прошлогодние плоды; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Шалфей степной - Salvia stepposa Shost.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,542'; E 069°
33,758'; alt. 115 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы
2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной
террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); по склону внизу у входа на бугор; луг остепнённый разнотравно-ковыльный со средним увлажнением; обильно; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева;
17. VI. 2013 г. / 7.
Шизонепета многонадрезная - Schizonepeta
multifida (L.) Briq.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,542'; E 069°
33,758'; alt. 115 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы
2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора» (местн.);
по склону внизу у входа на бугор; луг остепнённый разнотравно-ковыльный со средним увлажнением; 4 раст.;
вег., прошлогодние плоды; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 7. Там же; обильно; цв; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Гониолимон красивый - Goniolimon speciosum
(L.) Boiss.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; ~N 55°
58' 42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северо-западнее с. Клепиково, 4 км южнее д. Синицына,
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим,
ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»; (на этикетках
место отмечено как «окр. д. Клепикова», «Синицынский бор»); крутой склон с лугом остепнённым разнотравным; 1 раст.; цв.; О. Маркеева, Е. Петрачук, Е. Быкова, И. Раззаренов; 24. VI. 1998 г. 1 раст.; цв.; Гончаров, Красиков, Нечаев; 24. VI. 1998 г. Там же; 1 раст.;
цв.; Е. М. Медова, Т. П. Огнева, Е. Лодигева, В. Л. Симахина; 25. VI. 1998 г. Там же; 1 раст.; цв.; В. Шаркеев, А. Шторан, А. Фуртаев, А. Банников; 26. VI. 1998
г. Там же; 1 раст.; цв.; Е. Савина, Е. Сергеева, Т. Гумышева, Н. Фотеева; 14. VI. 2000 г. Там же; 1 раст.;
цв.; С. Заварцева, Ю. Федурина, Т. Пузынина, А. Плесков, А. Аврамков; 14. VI. 2000 г. Там же; 1 раст.;
цв.; Е. Плесовских, В. Яркова, С. Ситникова, Ж. Рябков; 10. VI. 2001 г. Там же; 1 раст.; цв.; С. Чернова,
Н. Красикова, Н. Кишукова, Н. Мальцева; 10. VI. 2001 г.
Там же; 1 раст.; цв.; В. Лукин, П. Кнурман, А. Крякушин, Л. Никифорова; 18. VI. 2002 г. Там же; 1 раст.;
цв.; Беринёва, Ташланова, Быков, Князева, Гоферберг;
18. VI. 2002 г. Там же; 1 раст.; цв.; Филатова, Т. Ранинен, М. Квашнина и др.; 18. VI. 2002 г.
Без места сбора; цв.; аноним; без даты; 2 листа.
Нимфейник щитолистный - Nymphoides peltata
(S. G. Gmelin) O. Kuntze
Окр. г. Ишим; старичное озеро у р. Ишим; вег.;
М. Огнёв; 22. VI. 1992 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53,486'; E 069° 29,320'; alt. 78 m s m; р. Ишим
при меандре и под бугром надпойменной террасы, ПП
«Ишимские бугры – Кучумова гора»; мелководье;
1 раст. с 7 листьями; вег.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 8.
Адонис весенний - Adonis vernalis L.
[Chrysocyathus vernalis (L.) Holub]
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, “Лысая гора”
(мест.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; обильно; пл.; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 8. Там же; рассеянно; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
17
вершина бугра; луг сухой остепнённый разнотравноковыльный; обильно; пл., 2 раст. – цв.; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Прострел желтеющий - Pulsatilla flavescens
(Zucc.) Juz. [P. uralensis (Zamels) Tzvelev]
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,542'; E 069°
33,758'; alt. 115 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы
2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной
террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); по склону внизу у входа на бугор; луг остепнённый разнотравно-ковыльный со средним увлажнением; единично; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 7.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
вершина бугра; луг сухой остепнённый разнотравноковыльный; рассеян.; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Абатский р-н, 37 км северо-восточнее с. Абатское;
~N 56° 33' 56.3"; E 070° 47' 6.94"; alt. 120 m s m; правобережье р. Ишим, окр. с. Назарово; луг разнотравноовсяницевый; пл.; А. В. Усламина; 27. VI. 2005 г.
Василистник вонючий - Thalictrum foetidum L.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 54' 3.47"; E 069° 29' 37.36"; alt. 120 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
склон лога на севере бугра; луг сырой разнотравный;
обильно; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI.
2013 г. / 6.
Вишня кустарниковая - Cerasus fruticosa Pallas
Северо-запад г. Ишим; ~N 56° 06,207'; E 069°
23,794'; alt. 96 m s m; 300 м северо-западнее остановки общественного транспорта «Челюскинец», 2 км югозападнее оз. Аникино, 1 км северо-западнее крутого
меандра р. Мергенька, высокий южный берег болота
Малое Торфяное, на краю полукруглой карьерной выработки; в глубине леса сырого берёзового разнотравно-злакового; 1 ценопопуляция 9 кв. м; отцв., И. В. Кузьмин, О. В. Устинова, С. И. Щеглова; 18. VI. 2013 г. / 1.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4' 44.23"; E
069° 31' 20.13"; alt. 80 m s m; 3,7 км юго-юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.д. моста через р. Ишим, 2,7 км юго-западнее д. Лайкова, 500 м юго-юго-западнее д. Борки; луговая опушка леса берёзового разнотравно-злакового; 1 ценопопуляция 9 кв. м; отцв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 2.
Коровяк фиолетовый - Verbascum phoeniceum L.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; цв., пл.; Ю. Шелягина, Н. Са-
18
фонова, Н. Петрова, Е. Плюхина; 05. VI. 2003 г. Там
же; цв., пл.; Шанцов, Петров; 12. VI. 2003 г. Там же;
цв., пл.; Е. Пономарёва, Н. Клевцова, Н. Супина, М. Ежов; 24. VI. 2005 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
обрывистый склон бугра; луг сухой остепнённый разнотравно-ковыльный; 3 раст.; цв.; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Кастиллея бледная – Castilleja pallida (L.)
Spreng.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 03,971'; E 069°
32,346'; alt. 80 m s m; 5,1 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,9 км юго-западнее ж.-д. моста через р. Ишим, 2,7 км юго-западнее д. Лайкова, 2 км
юго-западнее платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск
и Лысой горы, восточный берег старичного оз. Бурохвостиха; луг лесной сырой осоково-разнотравный с
сильным увлажнением; бут.; Астафьева, Григорченко,
Васильева, Крюкова; 17. VI. 2003 г.; образец представлен 1 растением с 5 побегами, из которых три коротких вегетируют, один бутонизирует, а самый длинный
(30 см выс.) - с раскрывающимися цветками.
Вероника седая - Veronica incana L. subsp.
incana
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; цв., вег.; Ю. Шелягина, Н. Сафонова, Н. Петрова, Е. Плюхина; 05. VI. 2003 г. Там же;
цв., вег.; Кинтенова, Миронченко, Руденко, Свидлер,
Яковлева; 29. V. 2005 г. Там же; цв.; Баишева, Плесовских, Скеробитова, Магнитин; 27. VI. 2005 г. Там же;
рассеянно; вег., бут.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева;
17. VI. 2013 г. / 8. Там же; обильно; цв; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; ~N 55°
58' 42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северо-западнее с. Клепиково, 4 км южнее д. Синицына,
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим,
ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»; крутой склон с лугом
остепнённым разнотравным; цв.; Н. Шабалина, О. Шабалина, Н. Куприс, Ж. Ерёмкина; 02. VII. 2001 г. Там же;
цв.; Мутьев, 10. VII. 2001 г. Там же, цв.; Л. А. Степанова;
10. VII. 2001 г. Там же; цв.; Г. Шулянова, Л. Певтулинова, О. Буцик, С. Андриященко.; 10. VII. 2001 г.
Вероника Крылова - Veronica krylovii Schischk.
г. Ишим, юго-запад, ул. Петропавловская; N 56°
5' 52.32"; E 069° 25' 34.31"; alt. 90 m s m; около средней школы № 7; берёзовая роща; цв.; аноним (бригада 3); 07. VI. 2006 г.
Окр. г. Ишим; ~N 56° 5' 55.79"; E 069° 30' 36.63";
alt. 80 m s m; 1-2 км южнее ишимского ж.-д. вокзала,
правобережье р. Ишим, от понтонного пешеходного
моста в конце ул. Путиловская до д. Борки; луговая
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
пойменный выпасной разнотравно-злаковый; цв.; Бердов, Дультив, Ильин; 20. VI. 2001 г. Там же; цв.;
Н. В. Санникова, Е. А. Козина, Н. В. Тройзе, Ю. В. Собанина, О. В. Филатова; 28. V. 2003 г. Там же; цв.; Анохина, Прудникова, Охотников, Щелкунов; 03. VI. 2003 г. Там
же; цв.; Н. В. Никитина, В. Н. Пятанов, Е. А. Швецова;
03. VI. 2003 г. Там же; цв.; аноним (бригада №3);
07. VI. 2006 г. Там же; цв.; К. Устинова, Л. Хевролина,
Е. Чикотило; 01. VI. 2009 г. Там же; цв.; К. Устинова,
Л. Хевролина, Е. Чикотило; 04. VI. 2009 г. Там же; цв.;
Малахова, Волокитина; 23. VI. 2009 г. Там же; цв.;
Е. К. Клокова, Г. Ж. Бекбасова, К. С. Капустина,
О. В. Корсуков; 02. VII. 2012 г. Там же; очень обильно;
цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 1.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4' 44.23"; E 069°
31' 20.13"; alt. 80 m s m; 3,7 км юго-юго-восточнее
ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.-д.
моста через р. Ишим, 2,7 км юго-западнее д. Лайкова,
500 м юго-юго-западнее д. Борки; луговая опушка леса
берёзового разнотравно-злакового; цв.; Пономарёва,
Пятилетова, Зыбин, Жаксыбаев; 03. VII. 2002 г. Там же;
цв.; М. Титенков, А. Лобода, М. Корсукова, Е. Ягодкина; 01. VI. 2005 г. Там же; обильно; цв.; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 2.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,542'; E 069°
33,758'; alt. 115 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского
ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й
км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы
правобережья р. Ишим, «Лысая гора» (местн.); по склону внизу у входа на бугор; луг остепнённый разнотравно-ковыльный со средним увлажнением; рассеянно; цв.;
И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 7.
Ишимский р-н, ок. 10 км южнее г. Ишим, северные окр. д. Синицына; ~N 56° 1' 55.81"; E 069° 28' 30.51";
alt. 120 m s m; 10 м юго-восточнее детского лагеря
«Буревестник»; луг суходольный; отцв.; М. Е. Поморова; 15. VI. 2010 г.
Без места сбора (явно из окр. г. Ишим); цв.; Набокова, Чабарова, Пащенко, Киреева; без даты; 1 лист.
Так же; цв.; Туруханова; без даты; 1 лист. Без места
сбора (явно из окр. г. Ишим); луга, поляны, опушки;
цв.; аноним; без даты; 8 листов.
Лук поникающий - Allium nutans L.
Ишимский р-н, ок. 17 км южнее г. Ишим, окр. д. Орловка; ~N 55° 57' 22.88"; E 069° 29' 16.18"; alt. 120 m
s m; луговой остепнённый разнотравно-злаковый склон
бугра; бут.; С. Т. Задорожная; 18. VII. 2004 г.
Купёна низкая - Polygonatum humile Fischer
ex Maxim.
Окр. г. Ишим; лес берёзовый разнотравный; вег.;
Е. Хацко, Л. Падерина, Н. Мироненко, А. Стрельцова
и др.; 23. VI. 2005 г. Там же; цв.; Н. Рогозин, А. Мальцев, А. Кузовков, А. Рашбас; без даты (видимо, 2005
г.). Там же; цв.; С. В. Костюченко, Ю. В. Шевченко,
Л. Н. Батина; 03. VI. 2009 г.
Северо-запад г. Ишим; N 56° 06,207'; E 069°
23,794'; alt. 96 m s m; 300 м северо-западнее остановки общественного транспорта «Челюскинец», 2 км югозападнее оз. Аникино, 1 км северо-западнее крутого
меандра р. Мергенька, высокий южный берег болота
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Малое Торфяное, на краю полукруглой карьерной
выработки; опушка леса сырого берёзового разнотравно-злакового; вег.; Е. Кондаков, А. Воробьёв; 29. VI.
2010 г. Там же; вег.; Д. Зелинская; 29. VI. 2010 г. Там
же; вег.; Л. Солдатенкова; 29. VI. 2010 г. Там же; обильно; цв., вег.; И. В. Кузьмин, О. В. Устинова, С. И. Щеглова; 18. VI. 2013 г. / 1; (совместно обитают растения
обоих видов купён, а также гибриды P. odoratum ×
P. humile).
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4' 44.23";
E 069° 31' 20.13"; alt. 80 m s m; 3,7 км юго-юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.-д. моста через р. Ишим, 2,7 км юго-западнее
д. Лайкова, 500 м юго-юго-западнее д. Борки; луговая опушка леса берёзового разнотравно-злакового, реже внутри леса; цв.; К. Устинова, Л. Хевролина, Л. Чикотило.; 08. VI. 2009 г. Там же; обильно; цв.;
И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 2.
Там же; обильно; цв; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева, А. Ю. Беляев, 03. VIII. 2013 г. (Совместно обитают растения обоих видов купён, а также гибриды
P. odoratum × P. humile).
Ишимский р-н, ок. 10 км южнее г. Ишим, северные окр. д. Синицына; ~N 56° 1' 55.81"; E 069° 28'
30.51"; alt. 120 m s m; 400 м севернее детского лагеря «Буревестник»; лес берёзово-сосновый разнотравный; цв.; О. Д. Бодрикова; 22. VI. 2008 г. Там же; отцв.;
Ю. Гультяева; 10. VII. 2012 г.
Без места сбора (явно из окр. г. Ишим); вег.; аноним; без даты; 2 листа.
Ирис низкий - Iris humilis Georgi
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,542'; E 069°
33,758'; alt. 115 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); по склону внизу у входа на бугор; луг остепнённый разнотравно-ковыльный со средним увлажнением; 2 раст. с 15 побегами каждое; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 7.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; N 55° 58'
42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 127 m s m; 2 км северозападнее с. Клепиково, высокий обрывистый правый
берег р. Ишим, ПП «Ишимские бугры - Гора Любви»;
крутой склон со степным разнотравьем; цв.; О. С. Козловцева; 21. V. 2013 г.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина;
N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m; бугор
надпойменной террасы правобережья р. Ишим при меандре, ПП “Ишимские бугры – Кучумова гора”, вершина бугра у смотровой площадки; луг сухой остепнённый разнотравно-ковыльный; 1 раст. с 20 побегами; пл.;
И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Ирис русский - Iris ruthenica Ker-Gawler
Северо-запад г. Ишим; N 56° 06,207'; E 069°
23,794'; alt. 96 m s m; 300 м северо-западнее остановки общественного транспорта «Челюскинец», 2 км
юго-западнее оз. Аникино, 1 км северо-западнее крутого меандра р. Мергенька, высокий южный берег
болота Малое Торфяное, на краю полукруглой карь-
19
ерной выработки; опушка леса сырого берёзового разнотравно-злакового; 1 раст.; цв.; Р. В. Лебедев; 10. VI.
1995 г.; (Гербарий ИГПИ); Там же; 3 раст.; цв.;
Т. В. Меркушева; 05. VI. 2009 г.; (Гербарий Тюменского
обл. краеведч. музея). Там же; 5 раст.; цв.; О. В. Устинова; 01. VI. 2012 г.. Там же; основная ценопопуляция
100 кв. м и отдельные раст. вокруг неё, всего ок. 300
цветущих побегов и много вег.; цв., вег.; И. В. Кузьмин, О. В. Устинова, С. И. Щеглова; 18. VI. 2013 г. / 1;
(гербарий). Определение проверено д-ром биол. наук
Н. И. Науменко; 03. VI. 2013 г.
Башмачок настоящий - Cypripedium calceolus L.
Окр. г. Ишим; луг; цв.; Н. Губарева, Т. Вохмина,
Л. Сергеева, И. Андрющенко; 05. VI. 2003 г. Там же;
лес берёзовый разнотравный; цв.; Соколова, Троещенко, Иготенко, Кармацких; 14. VI. 2003 г. Там же; цв.;
Ж. Гилёва, Н. Калентьева, А. Кульпина, Д. Иванов; 02.
VI. 2005 г. Там же; цв.; Рогозин, Ромбаев, Пудобаев,
Мальцев; 05. VI. 2005 г. Там же; цв.; Н. Рогозин, Мальцев, Ромбаев, Пудобаев и др.; без даты (видимо, 05.
VI. 2005 г.); 2 листа. Там же; цв.; М. Жакенова, М. Тубалева, Т. Суханова, Т. Богина; без даты (видимо, 05.
VI. 2005 г). Там же; пл.; Д. Фролов, С. Ефимова,
В. Резаева; 15. VI. 2005 г. Там же; пл.; С. Симахин,
С. Кулонен, К. Лепешкин, А. Яценко; 15. VI. 2005 г. Там
же; пл.; аноним; 10. VII. 2005 г.
Северо-запад г. Ишим; N 56° 06,272'; E 069°
23,421'; alt. 96 m s m; 350 м северо-западнее остановки общественного транспорта «Челюскинец», 2050 м
юго-западнее оз. Аникино, 1 км северо-западнее крутого меандра р. Мергенька, высокий южный берег
болота Малое Торфяное, на границе между опушкой
леса сырого берёзового разнотравно-злакового и болотом низинным осоковым; 2 раст; цв.; О. Устинова;
01. VI. 2012 г. Там же; 3 раст. с 3, 4 и 18 цвет. побегами; цв.; И. В. Кузьмин, О. В. Устинова, С. И. Щеглова; 18. VI. 2013 г. / 2.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4,564'; E 069°
31,519"; alt. 80 m s m; 4 км юго-юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 2,4 км юго-западнее д. Лайкова, 500
м южнее д. Борки, севернее старичного оз. Бурохвостиково, внутри горизонтали 80 м над ур. м.; лес берёзовый разнотравно-злаково-орляковый; цв.; Камардина, Ниримова; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.; Е. А. Вяткина, В. А. Заярнюк, Е. Р. Лунич, Е. П. Колпакова,
Л. В. Снигирёва; 29. V. 2005 г. Там же; цв.; Назаров,
Носкова, Линеенко, Латынцева, Захарова, Кремер,
Сазонова; 29. V. 2005 г.; 3 листа. Там же; цв.; Кинтенова, Миронченко, Руденко, Свидлер, Яковлева; 29. V.
2005 г. Там же; 1 ценопопуляция из 3 раст. с 5-10 цвет.
побегами; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17.
VI. 2013 г. / 3.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; ~N 55°
58' 42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 120 m s m; 2 км северо-западнее с. Клепиково, 4 км южнее д. Синицына;
бугор над-пойменной террасы правобережья р. Ишим,
ПП «Ишимские бугры - Гора Любви», склон лога между буграми; лес берёзовый с орляком; цв.; С. А. Шереметова; 12. VI. 1999 г.
Ишимский р-н, ок. 10 км южнее г. Ишим, окр. д. Си-
20
ницына; ~N 56° 1' 55.81"; E 069° 28' 30.51"; alt. 120 m s
m; лес сосновый с зарослями орляка; цв.; С. А. Шереметова; 14. VI. 2000 г.
Без места сбора (явно из окр. г. Ишим); цв., пл.;
аноним; без даты; 5 листов.
Башмачок крапчатый - Cypripedium guttatum Sw.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4,569'; E 069°
31,691"; alt. 80 m s m; 4 км юго-юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 2,4 км юго-западнее д. Лайкова, 500
м южнее д. Борки, севернее старичного оз. Бурохвостиково, внутри горизонтали 80 м над ур. м.; лес берёзовый разнотравно-злаково-орляковый; 1 ценопопуляция 9 кв. м с 70 цвет. побегами; цв.; И. В. Кузьмин,
О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 3.
Ишимский р-н, ок. 14 км южнее г. Ишим; ~N 55°
58' 42.49"; E 069° 28' 12.97"; alt. 120 m s m; 2 км северо-западнее с. Клепиково, 4 км южнее д. Синицына,
бугор над-пойменной террасы правобережья р. Ишим,
ПП «Ишимские бугры - Гора Любви», склон лога между буграми; лес берёзовый с орляком; цв.; С. А. Шереметова; 12. VI. 1999 г.
Башмачок вздутый - Cypripedium ×
ventricosum Sw.
Окр. г. Ишим; лес берёзовый разнотравный; цв.;
М. Жакенова, М. Тубалева и др.; Водолазова, Шмакова, Кедде, Эстрих; 02. VI. 2005 г. Без места сбора (явно
из окр. г. Ишим); вег., пл.; аноним; без даты; 2 листа.
Без места сбора (явно из окр. г. Ишим); цв.; аноним;
без даты; 2 листа.
Северо-запад г. Ишим; N 56° 06,272'; E 069°
23,421'; alt. 96 m s m; 350 м северо-западнее остановки общественного транспорта «Челюскинец», 2050 м
юго-западнее оз. Аникино, 1 км северо-западнее крутого меандра р. Мергенька, высокий южный берег
болота Малое Торфяное, на границе между опушкой
леса сырого берёзового разнотравно-злакового и болотом низинным осоковым; 1 раст. с 2 цвет. побегами;
цв.; И. В. Кузьмин, О. В. Устинова, С. И. Щеглова; 18.
VI. 2013 г. / 2.
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 4,564'; E 069°
31,519"; alt. 80 m s m; 4 км юго-юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2,5 км юго-западнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 2,4 км юго-западнее д. Лайкова, 500 м
южнее д. Борки, севернее старичного оз. Бурохвостиково, внутри горизонтали 80 м над ур. м.; лес берёзовый разнотравно-злаково-орляковый; цв.; Т. Камардина, С. А. Шереметова; 05. VI. 2003 г. Там же; цв.;
Носкова, Назаров, Линеенко, Захарова, Латынцева,
Кремер, Сазонова; 29. V. 2005 г. Там же; цв.; Н. Плохих, Григорьев, Карасёв и др.; без даты. Там же; 1
раст. с 2 цвет. побег.; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17. VI. 2013 г. / 3.
Абатский р-н, 25 км северо-западнее с. Абатское;
N 56° 17' 41.83"; E 070° 6' 9.26"; alt. 96 m s m; окр.
д. Берендеева (Мартынова); лес берёзово-осиновый
травяной; С. Л. Болдырев; 2010 г.; опубл. [2], pro
C. macranthon.
Скрученноостник пустынный - Helictotrichon
desertorum (Less.) Nevski subsp. desertorum
Ишимский р-н, окр. г. Ишим; N 56° 04,514'; E 069°
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
33,744'; alt. 123 m s m; 5,5 км юго-восточнее ишимского ж.-д. вокзала, 2 км юго-восточнее ж.-д. моста
через р. Ишим, 1,5 км южнее д. Лайкова, у платформы 2436-й км ж.-д. Тюмень-Омск, бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим, «Лысая гора»
(местн.); луг остепнённый разнотравно-ковыльный со
средним увлажнением; пл.; Н. В. Никитина, В. Н. Пятанов, Е. А. Швецова; 05. VI. 2003 г. Там же; пл.; Там
же; пл.; Н. Губарева, Т. Вохмина, Л. Сергеева, И. Андрющенко; 05. VI. 2003 г. Там же; пл.; Носкова, Назаров,
Линеенко, Захарова, Латынцева, Кремер, Сазонова; 29.
V. 2005 г. Там же; пл.; аноним; без даты; 1 лист. Там же;
содоминант; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 17.
VI. 2013 г. / 8.
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
вершина бугра; луг сухой остепнённый разнотравноковыльный; обильно; пл.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева; 19. VI. 2013 г. / 5.
Без места сбора; пл.; Н. Мурзанов, М. Мыцик; 12.
VI. 2003 г.; 1 лист. Без места сбора; пл.; аноним; без
даты; 2 листа.
Скрученноостник Шелля - Helictotrichon
schellianum (Hack.) Kitag. [H. hookeri (Scribn.) Henr.
subsp. schellianum (Hack.) Tzvelev]
Ишимский р-н, 3 км северо-восточнее д. Рагозина; N 55° 53' 30.20"; E 069° 29' 23.27"; alt. 127 m s m;
бугор надпойменной террасы правобережья р. Ишим
при меандре, ПП «Ишимские бугры – Кучумова гора»,
низ бугра; луг сухой остепнённый разнотравно-ковыльный; единично; цв.; И. В. Кузьмин, О. С. Козловцева;
19. VI. 2013 г. / 5.
Рдест курчавый - Potamogeton crispus L.
Абатский р-н, 25 км северо-запад. с.Абатское; N 56°
17' 41.83"; E 070° 6' 9.26"; alt. 96 m s m; окр. д. Берендеева (Мартынова); р.Китерня; мелководье; С. Л. Болдырев; 2010 г.; опубл. [2].
Щитовник мужской - Dryopteris filix-mas (L.)
Schott
г. Ишим, Народный парк; ~N 56° 6' 1.74"; E 069°
27' 9.48"; alt. 90 m s m; лес берёзовый разнотравный;
сп.; Т. Резанова, А. Имакова, Е. Новикова, Д. Клинская; 16. VII. 2009 г.
Указание вида в окр. д. Берендеева Абатского рна [2] основано на находке D. carthusiana (Vill.) H. P.
Fuchs.
В заключение можно сказать, что по мере работы с гербарием и полевого изучения ишимской флоры
появятся новые данные, которые будут опубликованы
во втором сообщении.
Список литературы
1. Красная книга Тюменской области / ред. О. А. Петрова.
Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2004. 735 с.
2. Болдырев С. Л. Флора разных местообитаний окрестностей д. Берендеева (Абатский район, Тюменская
область) // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: Тез. докл. II Междунар. конф. (Тюмень,
15-17 нояб. 2011 г.). Тюмень: Изд-во Тюменского гос. унта, 2011. С. 16-18.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
УДК 57.017.645
Л.В. Прояева
Курганский государственный университет
ХАРАКТЕРИСТИКА
ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
ДОШКОЛЬНИКОВ
Аннотация. Оценили уровень физического развития, определили степень развития гибкости, ловкости, равновесия, скоростные и скоростно-силовые качества детей 5-6 лет.
Ключевые слова: физическое развитие, гибкость, ловкость, равновесие.
L.V. Proyaeva
Kurgan State University
PHYSICAL DEVELOPMENT
PERFORMANCE OF PRESCHOOL
CHILDREN
Annotations. The research is carried out to assess
the level of physical development, the degree of flexibility,
agility, balance, speed and speed-strength in children
aged 5-6.
Index terms: physical development, flexibility, agility,
balance.
ВВЕДЕНИЕ
Физическое развитие – это процесс формирования и последующего изменения на протяжении онтогенеза морфофункциональных свойств организма ребенка и основанных на них психофизических качеств.
Понятие «физическое развитие» в более узком
значении обозначает совокупность некоторых морфофункциональных признаков, которые характеризуют в
основном конституцию организма и выявляются посредством антропометрических и биохимических измерений (показатели роста, веса, ОГК, ЖЕЛ динамометрия и другие).
В более широком смысле слова физическое развитие предполагает развитие психофизических качеств
(быстроты, силы, ловкости, гибкости, выносливости и
т.д.) [1].
Детский организм является наиболее чувствительным к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, что проявляется в виде нарушений физиологического течения процессов роста и развития. При
этом установлено, что отклонения в сроках возрастного развития и дисгармоничность морфофункционального состояния, как правило, сочетаются с изменениями в состоянии здоровья детей, и чем более значительны нарушения в физическом развитии, тем больше вероятность заболевания.
Целью работы явилась оценка и сравнение показателей физического развития детей дошкольного воз-
21
раста в городе Кургане.
Сравнив уровень физического развития детей
дошкольного возраста, можно разработать методики,
направленные на улучшение физических компонентов каждого ребенка, делая акцент на те качества,
которые дадут больший результат на любом уровне
физического развития.
МЕТОДИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании принимали участие 20 девочек и
20 мальчиков, посещающих детский сад № 85 г. Кургана. Возраст испытуемых - 5-6 лет. Дети относились
к разным уровням физического развития. Исследования проводились в первой половине дня на занятиях
физической культуры.
В процессе исследования выявили уровень физического развития испытуемых, провели антропометрические измерения (масса, рост, окружность грудной клетки). Также оценили силу мышц кисти, степень
развития гибкости, ловкости, быстроты, скоростно-силовые качества и координационные способности испытуемых.
С целью определения быстроты использовали бег
на дистанцию 10 метров из положения старта. Уровень развития скоростно-силовых качеств в нашем
исследовании определялся по результатам, полученным в метании набивного мяча весом 1 кг на дальность двумя руками из положения стоя ноги врозь.
Для определения уровня развития ловкости использовался «челночный» бег 3×10 метров с переноской
кубиков. Развитие равновесия определяли с помощью
гимнастического бревна (засекали время прохождения снаряда). Степень развития гибкости (подвижности позвоночного столба) определялась с помощью
специального устройства, состоящего из планшета и
перемещающейся по нему линейки. Стоя на гимнастической скамье (табуретке, стульчике), к которой прикреплено это устройство, ребенок, не сгибая ноги в
коленях, максимально наклоняется вперед, касаясь
линейки вытянутыми пальцами рук. За нуль принимается плоскость скамейки и если пальцы ребенка не
переходят нулевой отметки, то в протоколе заносится
цифра в сантиметрах с минусом, если пересекает – с
плюсом [4].
Таким образом, единицы измерения в нашем исследовании были такие: быстрота, ловкость и равновесие в секундах, скоростно-силовые качества и гибкость – в сантиметрах.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
У каждого ребенка индивидуальные особенности
физического развития. У детей с раннего возраста
необходимо развивать двигательные качества (ловкость, быстроту, равновесие, гибкость, силу, выносливость и пр.). Чтобы ползать, ходить, бегать, прыгать, метать, нужно обладать соответствующими двигательными качествами. С развитием силы, быстроты, ловкости увеличиваются длина, высота прыжка,
дальность метания. Выносливость позволяет детям,
не уставая, выполнять физические упражнения, проходить большие расстояния.
22
В дошкольном возрасте преимущественное внимание должно быть уделено развитию ловкости, быстроты, гибкости, равновесия, но не следует забывать
и о соразмерном развитии силы и выносливости [2].
В пять лет количество мальчиков с низким уровнем физического развития составило 20%, с уровнем
ниже среднего 30%, со средним уровнем 40%, с уровнем выше среднего 10 %. В шесть лет 30% мальчиков находились на среднем уровне физического развития и 70% - на высоком уровне. Среди девочек пяти
лет 70% находились на низком уровне физического
развития и 30% - ниже среднего. Среди шестилетних
девочек 80% испытуемых имели средний уровень
развития и 20% - выше среднего. Таким образом, уровень физического развития детей шестого года жизни
в нашем исследовании был гораздо выше, среди них
не наблюдались дети с низким уровнем развития. Мы
считаем, что это связано, прежде всего, с регулярной
физической подготовкой в детском саду под руководством воспитателя.
В нашем исследовании мальчики пяти лет находились на более высоком уровне физического развития, чем девочки.
При сравнении показателей испытуемых низкого
уровня физического развития, получили, что результаты девочек превышали результаты мальчиков того
же уровня, по росту на 1,8% и весу - на 7,4%. Средние значения ЖЕЛ девочек отставали от значений
мальчиков на 14%. Показатели динамометрии левой
и правой рук у девочек были меньше аналогичных
показателей у мальчиков на 2,6 % и 8 % соответственно. Окружность грудной клетки (в паузе) была примерно одинаковой (таблица 1,2).
В группах, где активно проводятся занятия, как
правило, показатели выше. Данные физического развития мальчиков пяти лет заметно отличались от данных физического развития мальчиков шести лет, находящихся на среднем уровне. Показатели ОГК (в
паузе) - на 9,5%, ЖЕЛ - на 19,5 %, сила правой руки
на 25 %, сила левой руки - на 19%, вес – на 9% (таблица 2). На наш взгляд, это связано со степенью подготовки детей. Показатели мальчиков пяти лет, находящихся на среднем уровне физического развития,
уступают показателям мальчиков шести лет соответствующего уровня физического развития: по скоростным качествам - на 4,9 %, по ловкости - на 7%, по
равновесию - на 7,4%. Отличий в показателях равновесия и быстроты бега не выявлено (таблица 2,4).
Показатели динамометрии у девочек пяти лет с
низким уровнем физического развития в нашем исследовании превышали показатели девочек с уровнем
ниже среднего на 13-14 %. Это говорит о хорошем развитии мышечной силы рук. На наш взгляд, это связано
с видами игровых движений. Сила - степень напряжения мышц при их сокращении. Развитие силы мышц
может быть достигнуто благодаря увеличению веса
предметов, применяемых в упражнениях (набивной
мяч, мешочки с песком и др.); использованию упражнений, включающих поднятие собственной массы
(прыжки), преодоление сопротивления партнера (в парных упражнениях) [4]. В данном случае, возможно, деВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
вочки, находящиеся на низком уровне физического
развития, были больше увлечены такими играми.
Показатели мальчиков шести лет со средним уровнем физического развития были в основном выше, чем
у девочек шести лет соответствующего уровня физического развития. Данные по росту больше на 0,4 %,
по ОГК (в паузе) - на 9,8 %, по ЖЕЛ - на 2,5 %, динамометрия правой руки - на 4 %, левой руки - на 28 %
(таблицы 3,4). Мы считаем, это говорит о том, что мальчики в этом возрасте несколько более активны, чем
девочки. Как следствие, показатели веса больше у
девочек, в нашем исследовании – на 10,8%.
Основными двигательными качествами человека принято считать ловкость, быстроту, гибкость, равновесие, силу, выносливость. При выполнении любого упражнения в той или иной степени проявляются
все двигательные качества, но преимущественное
значение приобретает какое-нибудь одно из них. Например, при беге на короткие дистанции - быстрота,
при беге на длинную дистанцию - выносливость, а при
прыжках в длину и в высоту с разбега - сила в сочетании с быстротой. К развитию ловкости приводит систематическое разучивание с детьми новых упражнений. Обучение повышает пластичность нервной системы, улучшает координацию движений и развивает
способность овладевать новыми, более сложными
упражнениями [5].
При сравнении показателей испытуемых пяти лет
с низким уровнем физического развития основные
различия были обнаружены по показателям гибкости на 19,5% (таблицы 5,6).
При сравнении данных испытуемых пяти лет с
уровнем физического развития ниже среднего получили, что показатели быстроты, гибкости и координационные способности (равновесие) у девочек были
примерно такие же, как и у мальчиков, силовые качества девочек были меньше на 27,6 %, скоростно-силовые - на 31,8 %, ловкость - на 3 %, гибкость на 30,2 %. (таблицы 5,6).
По данным физической подготовленности детей
шести лет также обнаружены различия. Девочки со
средним уровнем физического развития превышали
мальчиков с соответствующим уровнем по показателям быстроты на 13,8 %, по скоростно-силовым качествам - на 8,7%, по гибкости - на 12%, (таблицы 7,8).
На наш взгляд, это связано с началом стремительного развития девочек в шесть лет.
Ребенок пятого года жизни владеет в общих чертах всеми видами основных движений. Они берутся
за выполнение любой двигательной задачи, но еще
не умеют соразмерять свои силы, учитывать свои реальные возможности. Убедившись в непосильности
Таблица 1 - Физическое развитие девочек 5 лет
Уровень
физического
развития
n
Рост (см)
Низкий
Ниже среднего
7
3
109±0,8
113±0,9
Вес (кг)
ОГК в паузе
(см)
ЖЕЛ (л/мин)
17,5±0,2
18,1±0,4
53,7±0,5
54,6±0,6
102,8±4,7
116,7±5,1
Сила
правой
руки
(кг/м)
3,7±0,2
3,2±0,2
Сила
левой
руки
(кг/м)
3,4±0,2
2,9±0,1
Таблица 2 - Физическое развитие мальчиков 5 лет
Уровень
физического
развития
n
Рост (см)
Вес (кг)
ОГК в паузе
(см)
ЖЕЛ
(л/мин)
Сила правой
руки (кг/м)
Низкий
Ниже среднего
Средний
Выше среднего
2
3
4
1
107±1,8
108,7±1,2
116±1,5
120±1,8
16,2±0,8
18±0,7
20,9±0,5
24,4±0,8
54,2±0,5
55,1±0,2
57,3±0,3
58,1±0,5
120±2,6
140±2,1
145±1,6
160±1,8
3,8±0,9
4,2±0,5
4,6±0,9
5,4±0,4
Сила
лево й
руки
(кг/м)
3,7±0,6
3,9±0,5
3,9±0,4
4,0±0,9
Таблица 3 - Физическое развитие девочек 6 лет
Уровень
физического
развития
Средний
Выше среднего
n
Рост (см)
Вес (кг)
ОГК в паузе
(см)
8
2
115,9±0,6
118,5±0,6
21,3±0,6
23,7±0,4
57,1±0,3
60±0,5
ЖЕЛ (л/мин)
113,8±2,5
110±2,1
Сила
правой
руки
(кг/м)
4,9±0,4
6,2±0,7
Сила
левой
руки
(кг/м)
3,1±0,3
3,4±0,2
Таблица 4 - Физическое развитие мальчиков 6 лет
Уровень
физического
развития
n
Рост (см)
Вес (кг)
ОГК (см) в
паузе
ЖЕЛ (л/мин)
Сила правой
руки (кг/м)
Сила
левой
руки
(кг/м)
Средний
Высокий
3
7
116,3±1,1
119,4±1,4
19±1,4
25,1±1,5
63,3±0,4
64,4±0,5
116,7±2,8
164,3±3,1
5,1±0,6
9,3±0,4
4,3±0,8
8,3±0,7
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
23
Ловкость (с)
Гибкость (см)
Равновесие (с)
Низкий
Ниже среднего
n
Скоростно силовые
качества (см)
Уровень
физического
развития
Быстрота (с)
Таблица 5 - Физическая подготовленность девочек 5 лет
7
3
8,5±0,4
8,0±0,4
57,3±4,9
79,1±4,7
5,9±0,7
5,5±0,7
8,7±1,5
9,2±1,5
2,7±0,5
2,3±0,5
Ловкость
(с)
Гибкость
(см)
Равновесие
(с)
Низкий
Ниже среднего
Средний
Выше среднего
n
Скоростносиловые
качества
(см)
Уровень
физического
развития
Быстрота
(с)
Таблица 6 - Физическая подготовленность мальчиков 5 лет
2
3
4
1
8,5±0,6
8,6±0,6
7,7±0,6
7,5±0,6
53±7,4
84±7,4
91±7,4
58±7,4
5,9±0,1
5,6±0,1
5,4±0,1
5,3±0,1
7,0±1
7,6±1
8,0±1
8,5±1
2,6±0,2
2,5±0,2
2,5±0,2
2,2±0,2
Уровень
физического
развития
n
Быстрота
(с)
Скоростно силовые
качества
(см)
Ловкость
(с)
Гибкость
(см)
Равновесие
(с)
Таблица 7 - Физическая подготовленность девочек 6 лет
Средний
Выше среднего
8
2
9,4±0,4
8,1±0,3
99,13±3,4
105±4,1
5,5±1,2
5,0±1,4
9,1±1
12,5±1
2,7±0,7
2,0±0,8
Ловкость
(с)
Гибкость
(см)
Равновесие
(с)
Средний
Высокий
n
Скоростносиловые
качества (см)
Уровень
физического
развития
Быстрота
(с)
Таблица 8 - Физическая подготовленность мальчиков 6 лет
3
7
8,1±0,3
7,5±0,2
90,5±4
114,6±4
5,8±0,3
5,0±0,3
8±1,8
12±1,5
2,7±0,5
2,3±0,3
выполнения двигательного действия, ребенок проделывает его лишь в общих чертах, не добиваясь совершенствования.
Двигательная деятельность ребенка шестого года
жизни становится все более многообразной. Дети уже
достаточно владеют основными видами движений. Возрастают проявления самостоятельности, возникают творческие поиски новых способов действий, их комбинаций и вариантов. Движения становятся все более осознанным и носят преднамеренный характер [3].
Анализируя вышеизложенные данные, мы пришли
к заключению, что физическое развитие — это динамичный процесс, характеризующий процессы роста и
развития ребенка в настоящее время, которые рассматриваются как один из основных и информативных критериев здоровья детского населения. Эти показатели являются ведущим критерием состояния
24
здоровья подрастающего поколения и требуют систематического наблюдения, в том числе в сфере социально-гигиенического мониторинга.
ВЫВОДЫ
1 Показатели девочек и мальчиков шести лет на
определенном уровне физического развития, значительно выше, чем у девочек и мальчиков пяти лет,
соответствующего уровня физического развития.
2 Число девочек пяти лет с низким уровнем физического развития составляет 70%, с уровнем ниже
среднего - 30%. В шесть лет число девочек со средним уровнем физического развития составляет 80%,
с уровнем выше среднего - 20%. Это говорит об интенсивном физическом развитии.
3 Показатели силы мышц правой и левой руки у
девочек любого возраста заметно уступают показатеВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
лям у мальчиков любого возраста.
4 Значения ОГК и ЖЕЛ значительно выше у мальчиков, чем у девочек, на всех уровнях физического
развития.
5 Показатели гибкости и равновесия у девочек
любого возраста превышают показатели мальчиков.
6 Показатели мальчиков на любом уровне физического развития по быстроте, силовых, скоростносиловых качеств значительно превышают показатели
девочек на любом уровне физической подготовленности.
Список литературы
1 Ашмарин Б.А. Теория и методика физического воспитания. М.: Просвещение, 1990.
2 Гальперин С.И. Физические особенности детей. М.:
Просвещение, 1996.
3 Захаров Е., Королев А., Сафонов А. Энциклопедия физической подготовленности. М.: Просвещение, 1994.
4 Николаев В.В., Штода Л.З., Кузнецов А.П., Методические
рекомендации по определению физической подготовленности детей 6-7 лет. Курган, 1986. 52 с.
5 Степаненкова Д.Я. Теория и методика физического
воспитания и развития ребенка: учебное пособие для
студ. высш. учеб. заведений. М.: Академия, 2006.
УДК 581.1
Н.Г. Прусова, О.А. Маслова
Курганский государственный университет
ВОЗБУДИТЕЛЬ РЖАВЧИНЫ
ИРИСА (PUCCINIA IRIDIS (WINT))
РОДА ИРИС (IRIS)
Аннотация. В статье проводится анализ воздействия возбудителя ржавчины ирисов (Puccinia
iridis (Wint)) на растениях рода ирис (Iris) в течение
вегетационного периода на территорий Курганской
области.
Ключевые слова: фитопотоген, телейтоспоры, растения, ржавчинная болезнь, урединиоспоры,
пустулы.
N.G. Prusova, O.A. Maslova
Kurgan State University
EXCITANT OF IRIS RUST
(PUCCINIA IRIDIS (WINT)) GENUS
IRIS (IRIS)
Abstract. The article analyzes an impact of iris rust
excitant (Pucciniairidis (Wint)) on plants of the genus iris
(Iris) during the growing season in the Kurgan region.
Index terms: phytopathogen, teleutospores rust
disease, urediniospores, pustules.
ВВЕДЕНИЕ
Род ирис относится к семейству Имрисовые,
или Касамтиковые (Iridáceae), порядку Спаржецветные
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
(Asparagales), классу Однодольные (Liliopsida), отделу Цветковые, или Покрытосеменные растения
(Magnoliophyta).
Семейство состоит исключительно из многолетних травянистых форм с весьма разнообразно устроенным корневищем. Оно располагается близко к поверхности, сильно ветвится и состоит из четко разграниченных звеньев - годичных приростов.
Листья, в основном, прикорневые, мечевидные
или линейные, расположены веерообразно, до 9 штук
в каждом звене.
По красоте цветка и богатству окрасок ирис вполне может соперничать с орхидеей, но, не смотря на
удивительно красивые формы и разнообразные окраски, цветки простые, довольно крупные, от 8 до 15 см,
собраны в разветвленные соцветия. Околоцветник
состоит из 6 долей – 3 отогнуты вниз (наружные доли
околоцветника) и 3 загнуты (внутренние доли околоцветника), часто сомкнуты. Количество цветков на
цветоносе от 1 до 7, сами цветоносы крепкие, высотой от 20 до 150 сантиметров. Цветут ирисы с мая по
июнь, цветки живут один - пять дней. Отцветая, образуют плод - трехгранную коробочку. Семена крупные,
ребристые.
Ирис, или касатик, одно из самых популярных
декоративных растений, очень любимое цветоводами
за свои качества. Большинство видов – ценные цветочно- и лиственно-декоративные многолетники, пригодные для различных приемов озеленения, срезки и
выгонки. Ценное эфирное масло, получаемое из цветков ириса, идет на производство парфюмерной продукции высшего качества.
По своей ценности дикорастущие виды ирисов
ни в чем не проигрывают растениям, взятым в культуру. Кроме высокой декоративности и неприхотливости, ирисы используют как лекарственное антисептическое средство под названием «Фиалковый корень».
В кулинарии ирисы используются следующим
образом: размолотые в муку корни ириса могут добавляться в кондитерские изделия, используются как
ароматизаторы, в небольших количествах входят в
состав специй. В Армении из лепестков ириса варят
варенье. Высушенные корневища ириса имеют тонкий аромат, их употребляют в пищу как приправу, а из
семян готовят суррогат кофе. В ликероводочной промышленности ирис используют для ароматизации напитков [2].
Растения семейства ирисовые (Iridaceae) являются достаточно устойчивыми к заболеваниям и воздействиям вредителей, хотя так же, как и остальные культуры, поражаются различными болезнями, но наиболее распространенным и опаснейшим заболеванием
является ржавчина ирисов, вызываемая ржавчинным
грибом Puccinia iridis(Wint) семейства Пукциниевые
(Pucciniaceae) порядка Урединиевые (Uredinales), класса Телиоспоромицеты (Teliosporomycetes).
Ржавчинный гриб Puccinia iridis(Wint )- разнохозяйственный облигатный паразит с узкой филогенетической специализацией. Источником инфекции являются пораженные листья, на которых перезимовывают телиоспоры гриба. Cпермогониальное и эциальное
25
спороношения образуются на видах родов Valeriana и
Urtica, а урединио- и телиоспороношения — на ирисах.
В период летней стадии гриба (урединиопустулы с урединиоспорами) в местах поражения прорывается эпидермис листа, вследствие чего, происходит рассеивание огромного количества спор, которыми возбудитель заболевания распространяется и заражает новые растения. Осенью на пораженных листьях образуется зимнее спороношение в виде черных
овальных телиопустул. Ткани вокруг пустул отмирают. Позже листья засыхают. Заболевание приводит к
деформации стеблей и скручиванию и отмиранию листьев. Гриб сохраняется в растительных остатках и
почве в виде спор.
Основные методы исследования
Наша цель: изучить возбудителя ржавчинного
гриба (Puccinia iridis(Wint)) на ирисах согдийском (Iris
sogdiana)(L) и германском (Iris germanica)(L) на территории Курганской области в течение вегетационного
периода 2013 года.
Данные исследования проводились на территории Курганской области. Были выделены пробные участки в пяти различных точках: участок №1 Притобольного р-на, берег реки Боровлянка, 36 км от Кургана;
участок № 2 город Курган, цветники и клумбы в городском саду; участок №3: мкр Тополя, 15 км от Кургана, тополиная роща, пойменный луг; участок №4:
село Вилкино, Юргамышского р-на, Курганской обл,
150км от Кургана, жилой двор, затененный сырой участок; Участок № 5 г. Курган район СтальМоста, частный цветник.
С каждого участка производился забор материла
(пораженные листья), на основании которого проводилось дальнейшее исследование: диагностирование
спор патогена и микроскопирование и их микрофотосъемка (увеличение в 1500 раз).
Пользуясь «Определителем ржавчинных грибов
СССР», по данным строения и форме летних спор был
определен возбудитель ржавчины ириса, который относится к роду Пукциния (Puccinia), семейству Пукциниевые (Pucciniaceae), порядку Ржавчинные (Uredinalis),
классу Телиоспоромицеты (Teliosporomycetes), отделу
Базидиомикота (Basidiomicоtа) (рисунок 1).
С целью учета интенсивности поражения растений применялся статистический метод. Для расчета
средней степени поражения больных растений бралась выборка 10 пораженных листьев с 5 растений
ириса согдийского (Iris sogdiana )(L) с участка № 3;
производились замеры листовой пластины (длина и
ширина) и просчитывалась площадь поражения, которая составила 642,14 см2, в процентном соотношений – 66,7%.
Также применялась классическая методика учета степени поражения листовой пластинки ржавчинным грибом (Puccinia iridis(Wint)) (по шкале учета пораженности растений (Э. Стекман и М. Левина (1922)),
на примере ириса согдийского (Iris sogdiana)(L). Большая часть растений к концу вегетационного периода
была сильно поражена, что по данной шкале составило 65%. Результат степени поражения патогеном листовых пластин по обеим методикам имеет схожие показатели.
По данным о количестве пораженных растений
ириса с исследуемых участков можно сделать выводы о распространенности болезни, определяемой числом инфицированных особей, интенсивностью или степенью поражения растений.
Распространенность болезни – это отношение числа больных растений к их общему числу в пробе[3], ее
выражают в процентах, вычисляя по формуле:
P=
n
∗100% ,
N
где
P - пораженность, %;
n - количество больных растений в пробе, шт;
N - общее количество просмотренных растений в
пробе, шт;
Развитие возбудителя ржавчинного гриба (Puccinia
iridis(Wint)) приходится на вторую половину вегетационного сезона, когда особенно часто выпадали осадки
в виде дождя, тумана, рос. Пик распространения заболевания пришелся на конец августа - начало сентября.
89,5%
100
90
83,9 %
80
Площадка 5
72,3%
70
Площадка 4
60
Площадка 3
50
Площадка 2
40
Площадка 1
30
15%
20
10
0
0%
П1
П2
П3
П4 П5
Рисунок 2 - Пораженность растений ириса согдийского (Iris
sogdiana)(L) ржавчиной на исследованных площадках
Рисунок 1 - Прорастающая урединиоспора возбудителя
ржавчины ирисов (Puccinia iridis (Wint))
26
Заражение неинфицированных растений происходит в течение короткого времени (3-4 часа), промежуток от появления первых пустул с урединиоспорами
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
на поверхности листа до полного заражения листовой
поверхности составляет 10-11 дней.
Образование телейтоспор происходит при достижении температурного максимума воздуха – 00 С. Следовательно, такой температурно – влажностный режим патогена определяет его быстрый рост и развитие.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1 На территорий Курганской области наиболее
активное поражение растений рода ирис (Iris) происходит возбудителем ржавчинного гриба Puccinia iridis
(Wint).
2 За один вегетационный период степень поражения возбудителя ржавчинного гриба Puccinia iridis
(Wint) может достигает до 70% на растениях ириса,
особенно при оптимальных погодных условиях для
развития патогена.
3 Особенно сильное поражение растений ириса
ржавчинной болезнью наблюдалось в низинных территориях (микрорайон Тополя – Тополиная роща),
так как такая местность позволяет накапливать споры
паразита и активно развиваться им в капельно-жидкой среде (туман, роса).
Список литературы
1 Жизнь растений: в 6 т. / Гл. ред. А. А. Федоров. Ж71 Т.2.
Грибы / Под ред. В. Л. Горленко.- М.: Просвящение.,
1976. - 479 с.
2 http://lady.mail.ru/product/iris/
3 Руководство к практическим занятиям по селекции и
семеноводству зерновых культур / под. ред. А.П. Горина.
М., 1957. С. 39.
УДК.581.1
Н.Г. Прусова, Е.А. Шпаковатая
Курганский государственный университет
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ
ГРУППЫ ГЛИКОЗИДОВ НА
СПОСОБНОСТЬ К
ПРОРАСТАНИЮ СПОР
ВОЗБУДИТЕЛЯ ЛИНЕЙНОЙ
РЖАВЧИНЫ (PUCCINIA GRAMINIS
PERS. F. SECALIS ERIKSS. ET
HENN.)
Аннотация. В статье рассматривается воздействие группы гликозидов на способность к прорастанию урединиоспор возбудителя линейной ржавчины, взятых с дикорастущих злаков (кострец безостый).
Ключевые слова: патаген, урединиоспоры,
стероидные гликозиды, возбудитель, фунгициды.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
N.G. Prusova, E.A. Shpakovataya
Kurgan State University
CHARACTERISTICS OFTHE
GLYCOSIDES GROUP INFLUENCE
ON SPORE GERMINATION ABILITY
OF STEM RUST PATHOGEN
(PUCCINIA GRAMINIS PERS. F.
SECALIS ERIKSS. ET HENN.)
Abstract. The article considers the glycosides group
influence on Urediniospore germination ability of stem rust
pathogen, taken from wild grasses (Rump Inermis).
Index terms: pathogen, Urediniospores, steroid
glycosides, infectious agent, fungicides.
ВВЕДЕНИЕ
Ржавчинные грибы являются опасными возбудителями болезней растений, насчитывается свыше 4000
видов, встречаются в Сибири, США, Северной Америке, Канаде, на Дальнем Востоке и т.д.
Наиболее распространенными являются те, которые наносят вред сельско-хозяйственным культурам,
особенно хлебным злакам (пшеница, овес, рож, ячмень).
Симптомы поражения растений - пятна или полосы, обычно, ржаво-бурого, оранжевого цвета.
Наиболее опасный паразит из ржавчинных грибовэто возбудитель линейной ржавчины злаков (Puccinia
graminis Pers. f. sekalis Erikss. et Henn.), которая относится к отделу Basidiomycota, классу
Teliosporomycetes, порядок Uredinales, семейство
Uredinaсea.
Этот гриб паразитирует на многих культурных и
дикорастущих злаках, при массовом поражении он
может полностью погубить урожай. Однако начало его
развития отмечается не только на злаках, но и на иных
растениях.
Стеблевая ржавчина поражает преимущественно
стебли и листовые влагалища и значительно реже листья, стержень колоса, чешуйки и ости соцветия. Многоклеточная грибница паразита развивается в тканях пораженных органов, которые покрываются пустулами ржаво-бурого цвета, продолговатыми по форме, иногда они сливаются в сплошной покров. Такое
поражение уменьшает зелёную поверхность стеблей
и листьев. Множественные разрывы эпидермиса стебля усиливают транспирацию, что нарушает водный баланс растения. При сильном развитии болезни возможно полегание и недобор урожая может достигать 6070% и более. Обычно болезнь проявляется на пшенице в период цветения — начале молочной спелости
зерна.
Данная форма возбудителя стеблевой (линейной)
ржавчины активно развивается и на дикорастущих
злаках, способствуя накоплению очагов заразного
материала. При благоприятных условиях (температура 18-200С, влажность 70-100%) инфекционное нача-
27
ло в виде спор способно заражать культурные злаки.
Во все времена происходит не только регулярное наблюдение за распространением ржавчинных
болезней, но и рекомендуются новые способы по ограничению развития возбудителей ржавчины.
Как известно, одним из способов защиты растений от патогенов является наличие в самих растениях
особой группы веществ, которые являются фиторегуляторами разнообразных процессов. В эту группу входят стероидные гликозиды обладающие, фунгицидной
способностью.
Цель исследования: изучить защитные свойства
нескольких видов стероидных гликозидов (капсикозид,
туберозид, экостин, медетин, ликорозид, хамедрозид,
ликоэлозид, астрозид) на примере летних спор возбудителя стеблевой ржавчины, взятых с костреца безостого.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Путем микроскопирования проводился подсчет
прорастающих урединиоспор возбудителя стеблевой
ржавчины, которые подвергались обработке растворами стероидных гликозидов с концентрацией 0,01,
0,001, 0,0001.
Микрофотосъмкой были сделаны фотографии прорастающих спор.
По определителю [3] была идентифицирована форма патогена (f. secalis).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Со свежесобранного костреца безостого, активно
пораженного ржавчиной, брались урединиоспоры на
предметное стекло, смоченное раствором определенного гликозида с соответствующей концентрацией. По
два предметных стекла помещались в чашки Петри.
Так как летние споры потаггена обычно прорастают
через несколько часов, то подсчет проросших урединиоспор проводился на следующий день. На одном
препарате учитывалось десять полей зрения. Каждый
препарат дублировался в трех чашках Петри, следовательно, общая сумма повторностей составила 60
полей зрения. Причем эта повторность соответствует
каждой концентрации гликозида.
На рисунках 1 и 2 представлены урединиоспоры
возбудителя линейной ржавчины.
Рисунок 1 - Прорастающие урединиоспоры возбудителя
стеблевой (линейной) ржавчины злаков (Puccinia graminis
Pers. f. sekalis Erikss. et Henn.). Увеличение: 12000 раз
Рисунок 2 - Мицелий возбудителя стеблевой (линейной)
ржавчины злаков (Puccinia graminis Pers. f. sekalis Erikss. et
Henn.) на предметном стекле. Увеличение: 2800 раз
При наибольшей концентрации препарата (0,01%)
из восьми исследуемых стероидных гликозидов туберозид подавляет прорастание спор патагена, что составило 7,6% проросших спор от общего числа.
Все последующие препараты в трех концентрациях незначительно влияют на проростание спор, так
как число проросших спор от их общего количества
составило от 20% до 45,6%.
Больше всего проросших спор наблюдается при
воздействии препарата пикорозид (от 21,8% до 38%).
Данные результаты исследования представлены
в таблице 1.
Таблица 1 - Процентное соотношение прорастающих урединиоспор от общего числа при разных концентрациях
стероидных гликозидов
Капсикоззид
0,01
24,2
Концентрация, %
0,00 1
23,9
0,0001
23,8
Туберозид
Экостин
Медетин
7,6
20,1
26,1
12,5
33
26,4
13,9
45,6
26,7
Ликорозид
Хамедрозид
Пикоэлозид
38
21,2
22,5
34,1
23,3
16,2
21,8
24,5
13,7
Астрозид
34,2
32,6
30,8
Прапарат
28
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
1 Как известно, фунгицидная роль стероидных
гликозидов позволяет использовать их в службах защиты растений для получения элитной и экологически чистой сельскохозяйственной продукции в небольших объемах.
2 Результаты исследования, проведенные в лабораторных условиях, необходимо изучать в полевых
условиях на растениях разных видов культурных злаков и их сортов.
3 С целью дальнейшего изучения воздействия
биологически активных веществ растений на паразитные грибы возможно проводить подобные эксперименты с иными препаратами и их концентрациями.
Список литературы
1 Жизнь растений / под. ред. проф. М.В. Горленко. М.:
Просвещение, 1976. Т.2.Грибы. С.353-369.
2 http://agrofak.com/fitopatologiya/bolezni-zernovyx-kultur/
linejnaya-steblevaya-rzhavchina-zlakov.html
3 Ульянцев В.И. Определитель ржавчинных грибов СССР. М.:
Наука, 1978. Т2.
УДК 612.015: 616.747.7-009.12
С.Н. Лунева, С.А. Романенко, Н.Г. Шихалева
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, г. Курган
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СОСТАВА ТКАНИ ЛАДОННОГО
АПОНЕВРОЗА БОЛЬНЫХ С
КОНТРАКТУРОЙ ДЮПЮИТРЕНА
Аннотация. В работе сравниваются с нормой
биохимические показатели внеклеточного матрикса сухожильно-апоневрозной ткани больных с контрактурой
Дюпюитрена. Кроме того произведено сравнение в
группах больных со II и III стадией данного заболевания. Полученные данные дают более полную характеристику патологическому состоянию ткани при фибропластическом поражении ладонного апоневроза.
Ключевые слова: Контрактура Дюпюитрена,
ладонный апоневроз, уроновые кислоты, сиаловые кислоты, гексозамины
S.N.Luneva, S.A.Romanenko, N.G.Shikhaleva
Russian Ilizarov Scientific Center of Restorative
Traumatology and Orthopaedics, Kurgan
BIOCHEMICAL VALUES IN THE
TISSUE OF PALMAR
APONEUROSIS IN PATIENTS WITH
DUPUYTREN'S CONTRACTURE
Abstract. The research is carried out to compare
with the norm biochemical values of extra-cellular matrix
of tendon and aponeurosis tissue in patients with
Dupuytren's contracture. In addition, the groups of
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
patients with Stage 2 and 3 of the disease have been
compared. The obtained values provide a more detailed
characteristic of the pathological condition of the tissue
with fibroblastic impairment of palmar aponeurosis.
Index terms: Dupuytren's contracture, palmar
aponeurosis, uronic acids, sialic acids, hexosamines.
ВВЕДЕНИЕ
Из года в год возрастает число людей, обращающихся в клинику по поводу болей в кисти, которые
зависят от общих недугов – болезней сердечнососудистой, нервной, пищеварительной, эндокринной систем, нарушений обмена веществ и возрастных отклонений. Многие страдают склеротическими заболеваниями вспомогательных соединительно-тканых приборов сухожилий кисти и пальцев, имеющими в основе, также различный этиопатогенез. По гистологической картине последние объединяются в группу фибропластических патологий сухожилий, фасций, апоневрозов. Одним из распространенных заболеваний кисти является контрактура Дюпюитрена. Рубцовое сморщивание ладонного апоневроза приводит к сокращению ладонной фасции в результате избыточного развития соединительной ткани, приводящее к постепенному развитию сгибательной контрактуры пальцев
одной кисти (чаще правой) или кистей обеих рук. Как
правило, поражаются IV-V пальцы. Первая стадия –
появление типичных узелковых уплотнений ладонного апоневроза без нарушения функции пальцев. Во
второй стадии появляются сгибательные контрактуры
пальцев в пястно-фаланговых и проксимальных межфаланговых суставах. Сгибание пальцев сохранено.
В третьей стадии наступает сморщивание суставных
сумок, подвывихи и вывихи фаланг. Пальцы максимально согнуты. Как известно, в основе болезни Дюпюитрена лежат диспластические изменения ладонного апоневроза с пролиферацией фибробластов, образованием коллагеновых волокон и плотных сухожильных тяжей и узлов вместо эластичного листка
апоневроза [1].
Этиология и патогенез контрактуры Дюпюитрена
недостаточно изучены. Продолжают разрабатываться
травматическая, неврогенная, эндокринная, наследственная и другие теории происхождения контрактуры Дюпюитрена. Многие авторы полагают, что болезнь
Дюпюитрена не изолированное поражение ладонного
апоневроза, а заболевание системы соединительной
ткани, патологические процессы которой изучаются в
последние годы. Известны многочисленные гистологические исследования удаленного конгломерата апоневроза, что нельзя сказать об изучении его биохимических изменений [2].
Исходя из вышесказанного, целью нашего исследования являлось изучение биохимических показателей
состава резекционного материала тканей сухожилий, а
также фрагментов патологически измененных сухожильно-апоневрозных тканей ладонного апоневроза.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Нами были исследованы образцы тканей у 26
больных с контрактурой Дюпюитрена: II стадия пато-
29
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что в патогенезе контрактуры Дюпюитрена процессы фиброзообразования занимают центральное место и определяют нозологическую специфику этого заболевания. Нами было установлено, что
структура ладонного апоневроза больных с ранними
(II) и поздними (III) стадиями развития контрактуры не
имеет достоверных различий по своему биохимическому составу, что представлено нами на рисунке 1.
Кроме того, проведенный анализ выявил, что основное вещество фиброматозно измененного ладонного
апоневроза имеет состав, отраженный в таблице 1.
Мы не отмечаем достоверных различий в процентном содержании интерстициальной воды и жира в сухожилиях в норме и ладонном фиброматозе при контрактуре Дюпюитрена. При развитии контрактуры достоверно возрастает количество гексуроновых кислот
(ГУК) и снижается содержание серы. Известно, что
свойственные заболеванию индуративные изменения
ткани и фиброз обусловлены значительным повышением биосинтеза коллагена и в меньшей степени –
гликозаминогликанов и протеогликанов [5]. Коллаген
образует тесное единство с основным веществом, состоящим из гликозаминогликанов и клеточных элемен-
30
г/100г сухой
обезжиренной ткани
тов. Коллагеновые волокна являются гетерогенным
образованием, состоящим из коллагеновых фибрилл,
гликозаминогликанов, гликопротеинов и неколлагеновых белков. Протеогликаны играют активную роль в
фибриллогенезе – накопление кислых гликозаминогликанов происходит там, где идет активный фибриллогенез – при заживлении ран, развитии фиброза. Причем синтез полисахаридов опережает активный биосинтез коллагена. Очевидно, это и определяет достоверное повышение уроновых кислот с одновременным снижением степени сульфатирования гликозаминогликанов (определяемому по отношению сульфатов
к уроновым кислотам) и повышением сиалирования,
т.к. именно сиаловые кислоты входят в состав линксвязывающего белка, осуществляющего связь гликозаминогликанов с белковым кором и коллагеновым
матриксом.
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Са2+
РО42-
SO42-
2 стад
SO42/ГУК
3 стад
а
80
%
60
40
20
0
вода
жир
2 стад
3 стад
б
г/100г сухой обезжиренной
ткани
логии - 11 больных (3 женщины, 8 мужчин) в возрасте
34-63 года; III стадия патологии - 15 больных (3 женщины, 12 мужчин) в возрасте 40-60 лет, полученных в
результате хирургического вмешательства по поводу
устранения этой контрактуры. Нами были использованы 10 контрольных образцов ткани апоневроза. Резекционный материал выделялся в соответствии с приказом Минздрава РФ № 161 от 24 апреля 2003 г. «Инструкция по организации и производству экспертных
исследований в бюро судебно-медицинской экспертизы».
Для определения элементного состава тканей
сухожилий и вещества ладонного апоневроза их подвергали влажному озолению в концентрированной кислоте в колбах Кьельдаля. Затем в нейтрализованных
пробах определяли концентрацию кальция, фосфатов,
сульфатов. Кальций в озолятах определяли титриметрическим методом на анализаторе «Corning 940» (прво U.K.). Метод основан на титровании исследуемого
раствора, содержащего ионы Са2+, раствором этилендиаминтетраацетета натрия (ЭДТА) в присутствии флуоресцентного индикатора Calcein (кальцеин). Фосфаты определяли колориметрическим методом с малахитовым зеленым, сульфаты – турбодиметрическим
методом. Содержание органических компонентов матрикса оценивали, определяя количество уроновых
кислот [3], гексоз, гексозаминов, сиаловых кислот [4]
и вычисляя соотношения: уроновые кислоты /сульфаты; гексозы/сульфаты. Статистическая обработка полученных результатов проводилась методом вариационной статистики, применяемым для малых выборок, с принятием вероятности р, равной 0,05. Для каждой группы наблюдений рассчитывали среднюю арифметическую, ошибку средней. Достоверность различий в сравниваемых группах оценивали с помощью
непараметрического критерия Вилкоксона.
6
5
4
2 стад
3
3 стад
2
1
0
гексоз
ур.к-ты
с.к - ты
гекс.ам
в
Рисунок 1 - Биохимические показатели ладонного
апоневроза у больных при сгибательной контрактуре
Дюпюитрена 2 и 3 стадии патологии
Нормальное функционирование такой сложной
системы, как соединительная ткань, обеспечивается
взаимосвязью между составными частями. Разнообразные механические и физиологические свойства
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Таблица 1 - Биохимические показатели при пальмарном поражении сухожильно-апоневрозной ткани и нормы
(ГУК – гексуроновые кислоты, СК – сиаловые кислоты, ГА – гексозамины)
Биохимические показатели
Ладонный фиброматоз
сухожилие
Вода %
59,16± 3,69
57,84 ± 4,35
Жир %
13,96 ± 2,22
16,78 ± 4
кальция –г/100г
0,2 ± 0,03
0,78 ± 0,02
фосфора –г/100г
0,95 ± 0,09
1,3 ± 0,02
Сульфат. г/100г
0,26 ± 0,06
0,87 ± 0,16
гексозы – г/100г
1,07 ± 0,13
0,71 ± 0,1
ГУК –г/100г
*2 ,97 ± 0,15
1,77 ± 0,38
СК –г/100г
*1,17 ± 0,1
0,43 ± 0,02
ГА
5,13 ± 0,32
4,72 ± 0,5
Сульф / ГУК
0,12 ± 0,01
* - достоверность различия с нормой при уровне значимости p<0,05
различных рыхлых и плотных типов соединительной
ткани определяются количественными и качественными вариациями во взаимоотношениях между клетками, волокнами и основным веществом. Проведенные нами биохимические исследования дают более
полную характеристику патологическому состоянию
ткани при фибропластическом поражении ладонного
апоневроза, и наряду с использованием лучевых,
морфологических и других методов исследования
имеют большое значение в понимании сущности заболевания и рациональных методов его лечения.
Список литературы
1 Jemec B. Dupuytren’s contracture Ugeskr Laeger. 2003 Apr
28;165(18):1863-5. Review. Danish.
2 Kozma EM, Olczyk K, Bobinski R, Kasperczyk M, Szpyra K.
Pathogenesis of Dupuytren’s contracture—a review Chir
Narzadow Ruchu Ortop Pol. 2002;67(1):73-9. Review.
3 Bitter, T. A modified uronic acid carbazole reactions / T. Bitter,
H. M. Muir // Anal. Biochem. - 1962. – Vol. 4, No 4. - Р. 330-334.
4 Warren, L. The thiobarbituric acid assay of sialic acids / L.
Warren // J. Biol. Chem. – 1959. – Vol. 234. - P. 1971-1975.
5 Kozma EM, Olczyk K, Wisowski G, Glowacki A, Bobinski R.
Alterations in the Extracellular Matrix Proteoglycan Profile
in Dupuytren’s Contracture Affect the Palmar Fascia. J
Biochem . 2005 Apr;137(4):463-76.
УДК 57.053
М.В. Стогов, А.В. Смирнов, А.А. Еманов,
Е.А. Киреева
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова,
г. Курган
БЕЛКИ САРКОПЛАЗМЫ
СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ СОБАК В
ХОДЕ ОПЕРАТИВНОГО
УДЛИНЕНИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ
Аннотация. Результаты проведённого исследования свидетельствуют о том, что мышечный экСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
*1,07 ± 0,2
стракт, полученный из скелетных мышцы удлиняемого сегмента содержит повышенный уровень ростовых факторов. Их синтез в удлиняемых мышцах
направлен на регуляцию репарации не только самих
мышц, но и, по-видимому, окружающих органов (кость,
нервы, сосуды), осуществляя ауто- и паракринную
регуляции дистракционного остеогенеза.
Ключевые слова: скелетные мышцы, паракринная регулция.
M.V. Stogov, A.V. Smirnov, A.A. Emanov,
E.A. Kireeva
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopedics, Kurgan
SARCOPLASMIC PROTEINS OF
SKELETAL MUSCLE IN DOGS
DURING LIMB ELONGATION
Annotation. The results suggest that the muscle
extract obtained from the skeletal muscles of the
segment being lengthened contains increased levels of
growth factors. Their synthesis in the extendable muscles
serves to regulate the repair not only of the muscles but,
apparently, of the surrounding organs (bones, nerves,
blood vessels), performing autocrine and paracrine
regulation of distraction osteogenesis.
Key words: skeletal muscles, paracrine regulation.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования последних лет демонстрируют, что
гуморальные механизмы играют важную роль в регуляции остеогенеза [8; 9; 12; 13;14]. При этом есть работы, в которых отмечено, что гуморальная регуляция костной репарации может осуществляться по паракринному механизму, за счет вовлечения в этот
процесс окружающих кость скелетных мышц [4; 7]. В
этом плане использование модели удлинения костей
конечностей по Илизарову дает возможность воспроизведения основных особенностей роста костей и изу-
31
чения влияния паракринных механизмов на ее репарацию in vivo [5].
Цель работы - исследовать состав белкового
экстракта, выделенного из скелетных мышц удлиняемой конечности у собак при удлинении костей голени
по методу Илизарова.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Эксперимент выполнен на 10 взрослых беспородных собаках, которым накладывали аппарат Илизарова, состоящий из четырех опор. Затем осуществляли
закрытую флексионную остеоклазию костей голени в
средней трети диафиза. Преддистракционный период
составил 5 суток. Далее осуществляли дистракцию в
режиме 1 мм за 4 приема в течение 28 суток. Средняя
величина удлинения составила 14,64±0,67% от общей
длины сегмента. Аппаратную фиксацию прекращали
при формировании механически состоятельного регенерата на основании рентгенографического исследования и клинической пробы.
Белковый экстракт саркоплазматических белков,
получали из передней большеберцовой и икроножной
мышцы собак, находившихся на 14 сутках удлинения
костей голени по Илизарову (режим удлинения 1 мм в
сутки за 4 приема). Экстракт получали по оригинальной методике (Патент РФ на изобретение № 2476234)
путем последовательного осаждения мышечных белков в растворах KCl разной ионной силы. В группе
сравнения препарат белка получали от пяти интактных животных.
На проведение экспериментального исследования получено разрешение комитета по этике при ФГБУ
«РНЦ “ВТО” им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава РФ.
Содержание животных, оперативные вмешательства
и эвтаназию осуществляли согласно Приказу Минздрава СССР (от 12.08.1977 г. №755) и требований Европейской конвенции по защите экспериментальных
животных (1986 г.).
В саркоплазматическом экстракте определяли
активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ), креатинкиназы (КК), аминотрансфераз (АсАТ, АлАТ), каталазы,
общую активность кислой фосфатазы, общую протеолитическую активность, уровень инсулиноподобных
факторов роста 1 и 2 (IGF-1, IGF-2), а также эндотелиального сосудистого фактора роста (VEGF).
Активность фосфатаз, ЛДГ, КК, АсАТ, АлАТ, концентрацию общего белка и кальция определяли на
биохимическом анализаторе Hitachi/BM (Япония), используя наборы реагентов фирмы Vital Diagnostic (РФ).
Активность каталазы определяли по методу Королюка с соавт. [3]. Общую протеолитическую активность
по модифицированному методу M.B. Jorgensen [2],
протеазную активность выражали в количестве аминокислот, образующихся в ходе реакции, за единицу
времени (мг а.к./мин). Электрофоретическое разделение белковых фракций проводили на системе Paragon
(Beckman, США) с использованием реактивов и пластин этой же фирмы. Гель-хроматографию проводили
на хроматографической системе Shimazu. Концентрацию факторов роста определяли иммуноферментным
методом на фотометре ELX808 BIO-TEK Inc. (США),
32
используя наборы реактивов фирмы Life Science Inc.
(США) для IGF-1, R&D Systems (США) – для VEGF,
Biotang Inc. (США) – для IGF-2.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Электрофорез белков саркоплазмы показал, что
белки из мышц интактных животных, выделенные по
нашей схеме, разделялись на 8 фракций (рисунок 1 а).
Некоторые из фракций были относительно разнородны, другие - менее. Наиболее подвижной являлась 1
фракция, идентифицированная нами как миоглобин.
Интересно также и то, что в половине наблюдений (у 5
собак из 10) белки, выделенные из ПББМ собак на
этапе удлинения, разделялись на 7 фракций, в отличие от интактных животных у которых обнаруживалось
8 фракций.
1
2
1
2
3
3
4
4
5
6
6
7
7
8
8
ПББМ ИКМ
ПББМ ИКМ
а
в
Рисунок 1 - Электрофорез саркоплазматических белков из
скелетных мышц взрослых интактных половозрелых собак
(а), собак на этапе удлинения (в). ПББМ – передняя
большеберцовая мышца, ИКМ – икроножная мышца
Разделение белков методом гельпроникающей
хроматографии также позволило выявить 7-8 фракций,
с молекулярной массой, лежащей в диапазоне от 1
до 57 кДа. При этом интенсивность пиков белков, выделенных из скелетных мышц животных на 14-е сутки
дистракции, была в 2 раза выше, чем в ПББМ интакных животных.
Количественный состав экстракта из удлиняемых
мышц в сравнении с экстрактом, полученным от интактных животных, представлен в таблице 1. Интересной особенностью оказалось наличие в препарате из
экстракта мышц, полученного из удлиняемой мышцы,
инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF-2).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные результаты свидетельствуют о том,
что мышечный экстракт, полученный из скелетных
мышц удлиняемого сегмент, содержит повышенный
уровень ростовых факторов. Их экспрессии в удлиняемых мышцах направлена на регуляцию репарации
не только самих мышц, но и, по-видимому, окружающих органов (кость, нервы, сосуды), осуществляя
таким образом, ауто- и паракринную функцию регуляции дистракционного остеогенеза.
Список литературы
1 Данилова Л.А. Справочник по лабораторным методам
исследования. СПб.: Питер, 2003. 736 с.
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
mAU
12.5
14.3 54
22.0 61
5
10
15
20
25
30
min
0
5
10
а
15
20
25
28.3 83
28.4 88
25.9 08
16.4 88
14.4 63
12.0 98
12.6 83
11.2 27
9.58 9
0
0
19.0
98 35
19.4
20.4 82
21.3 32
22.0 73
0.0
5
3.74 4
28.3 57
10
25.8 85
2.5
Detector A Channel 1 276nm
15
19.1 03
17.3 79
16.4 97
9.57 3
11.3 00
5.0
18.3 92
12.0 70
12.6 99
7.5
25
20
21.1 16
10.0
19.4 48
Detector A Channel 1 276nm
17.3 75
mAU
30
min
в
Рисунок 2 - Гель-проникающая хроматография саркоплазматических белков из скелетных мышц взрослых интактных
половозрелых собак (а), собак на этапе удлинения (в)
Таблица 1 - Активность ферментов и концентрация некоторых факторов роста в саркоплазматических экстрактах
белков из передней большеберцовой мышцы (ПББМ) собак
Показатель
ЛДГ, мккат/ мл экстракта
КК, мккат/ мл экстракта
АсАТ, мккат/ мл экстракта
Ал АТ, мккат/ мл экстракта
Каталаза, мккат/ мл экстракта
Протеолитическая активность, мг а.к./мин/ мл
экстракта
Кислая фосфатаза, мккат/ мл экстракта
IGF-1, нг/мл экстракта
IGF-2, пг/мл экстракта
VEGF, пг/мл экстракта
2 Ковинька М.А., Десятниченко К.С., Гребнева О.Л. Протеолитическая активность неколлагеновых белков,
получаемых при диссоциативном экстрагировании
костной ткани // Гений ортопедии. 1997. (3). 35-37.
3 Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. Метод определения каталазы // Лабораторное дело. 1988. (1). С 16-19.
4 Стогов М.В. Ауто- и паракринная функция скелетных
мышц в норме и при патологии // Гений ортопедии.
2011. (3). С. 148-151.
5 Шевцов В.И., Попков А.В. Оперативное удлинение нижних
конечностей. М.: Медицина, 1998. 190 с.
6 Шрейнер А.А., Ерофеев С.А., Щудло М.М., Чиркова А. М.,
Карымов Н.Р. Теоретические аспекты дистракционного остеосинтеза. Значение режима дистракции //
Гений ортопедии. 1999. (2). С. 13-17.
7 Goldspink G. Skeletal muscle as an artificial endocrine tissue.
Best Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metab. 2003; 17(2): 211222.
8 Hankenson K.D., Dishowitz M., Gray C., Schenker M.
Angiogenesis in bone regeneration. Injury. 2011; 42(6): 556561.
9 Li G. New developments and insights learned from distraction
osteogenesis. Current Opinion in Orthopaedics. 2004; 15:
325-330.
10 Li G., Simpson A.H., Kenwright J., Triffitt J.T. Assessment of
cell proliferation in regenerating bone during distraction
osteogenesis at different distraction rates. J. Orthop. Res.
1997; 15(5): 765-772.
11 Li G., Simpson A.H., Kenwright J., Triffitt J.T. Effect of
lengthening rate on angiogenesis during distraction
osteogenesis. J. Orthop. Res. 1999; 17(3): 362-367.
12 Theyse L.F., Oosterlaken-Dijksterhuis M.A, van Doorn J.,
Terlou M., Mol J.A., Voorhout G., Hazewinkel H.A.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
ПББМ интактных
животных (min ÷ max)
546 ÷ 660
11 8÷ 200
2,9 7÷ 3,90
7,92 ÷ 8,31
870 ÷ 1620
93 ÷ 192
Удл иняемая ПББМ
(вводимый образец)
767
190
3,01
6,05
2450
78
10,8 ÷ 14,4
46,2 ÷ 78,0
0…следы
2,05 ÷ 4,55
10,3
29,7
31,1
12,28
Expression of osteotropic growth factors and growth
hormone receptor in a canine distraction osteogenesis
model. J. Bone Miner. Metab. 2006; 24 (4): 266-273.
13 Weiss S., Baumgart R., Jochum M., Strasburger C.J.,
Bidlingmaier M. Systemic regulation of distraction
osteogenesis: a cascade of biochemical factors. J. Bone
Miner. Res. 2002; 17(7): 1280-1289.
14 Zhao Z.Y., Shao L., Zhao H.M., Zhong Z.H., Liu J.Y., Hao C.G.
Osteogenic growth peptide accelerates bone healing during
distraction osteogenesis in rabbit tibia. J. Int. Med. Res.
2011; 39(2): 456-463.
УДК 618.14-006.36:577.121.9:616-08-07
А.Х. Попова1, С.Н. Лунева2
Городская больница № 21, г. Курган
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова2, г. Курган
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
ХИРУРГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ЛЕЧЕНИЯ МИОМЫ МАТКИ
Аннотация. В работе изучена концентрация гормонов и продуктов деградации органического матрикса соединительной ткани в сыворотке крови и
33
суточной моче у женщин с миомой матки до оперативного лечения и после операций консервативной
миомэктомии и эмболизации маточных артерий.
Проведена оценка эффективности данных методов
лечения с применением биохимических маркеров.
Показано, что применение методик консервативной
миомэктомии и эмболизации маточных артерий при
лечении миомы матки ведет к нормализации метаболических процессов в оперированном органе. Отмечено, что через шесть месяцев после оперативного лечения у пациенток обеих групп происходило практически одинаковое снижение содержания
продуктов деградации биополимеров соединительной ткани в сыворотке крови. Однако, несмотря на
положительную динамику восстановления биохимических маркеров, они оставались на высоком относительно нормы уровне.
Ключевые слова: миома матки, анализ крови
и суточной мочи.
A. Popova1, S. Luneva2
2nd Municipal Hospital, Kurgan,
2
Russian Ilizarov Scientific Centre for Restorative
Traumatology and Orthopedics of the RF Ministry
of Healthcare and Social Development
1
PHYSIOLOGICAL CRITERIA OF
EFFICIENCY OF SURGICAL
TREATMENT TECHNIQUES FOR
UTERINE FIBROIDS
Abstract. The research has been carried out to study
concentration of hormones and degradation products of
connective tissue organic matrix in blood serum and in
daily urine at women with uterine fibroid before surgery
and after conservative myomectomy and embolization of
the uterine arteries. The research gives an efficiency
assessment of these treatment methods with application
of biochemical markers. It is shown that application of
the methods of conservative myomectomy and uterine
artery embolization in uterine fibroids treatment leads to
normalization of metabolic processes in the operated
organ. It is observed that six months after a surgical
treatment the patients of both groups got practically the
same content reduction of the connective tissue
biopolymer degradation products in blood serum.
However, despite positive dynamics of biochemical
markers restoration, they remained at a high level
compared to the norm.
Index terms: uterine fibroids, blood test, daily urine
biochemistry.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время органосберегающие операции у пациенток с миомой матки занимают значительное место в оперативной гинекологии [4; 6; 9]. Однако
любые оперативные методы лечения не устраняют
этиологические и патогенетические причины болезни,
поэтому всегда остается значительная доля вероят-
34
ности развития ее рецидива [7; 10]. Одним из важных
показателей эффективности лечения миомы является
частота возникновения рецидивов заболевания. В этом
плане для оценки эффективности проведенного лечения, а также в целях профилактики рецидивов наиболее целесообразен подход, направленный на выбор
критериев, позволяющих проводить раннюю диагностику, для чего используются ряд методов лабораторной диагностики [1; 2; 3]. Наиболее ранними предикторам рецидивов болезни, на наш взгляд, являются
показатели, характеризующие интенсивность обмена
биополимеров соединительной ткани, т.к. рост и развитие опухоли (в том числе и миомы) во многом связан с локальным разрушением этих компонентов, что
сопровождается их выходом в системный кровоток [5;
8]. Цель настоящего исследования – оценить эффективность консервативной миомэктомии и метода эмболизации маточных артерий у пациенток с миомой
матки с использованием маркеров обмена биополимеров соединительной ткани.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Проведено исследование сыворотки крови и суточной мочи у 71-й пациентки с миомой матки. 50 женщинам была осуществлена консервативная миомэктомия, включающая лапаротомическое удаление очага миомы (1-я группа). Возраст женщин в данной группе колебался от 23 до 50 лет. Средний возраст пациенток составил 37,2±3,5 лет. Длительность заболевания миомой матки составила 5,1±0,6 лет. Показаниями для выполнения консервативной миомэктомии
были гиперменструальный и болевой синдромы в сочетании с хроническими гинекологическими заболеваниями. В результате проведенной операции всем
женщинам была сохранена репродуктивная функция.
Во вторую группу была включена 21 женщина,
которым производили эмболизацию маточных артерий.
Критерием включения пациенток в данную группу являлись: размеры миоматозных узлов от 2 до 10 см,
отсутствие тяжелой экстрагенитальной патологии, отсутствие беременностей и гормонального лечения в
течение 4 месяцев до лечения. Не включались женщины, имеющие субсерозные миоматозные узлы на
тонком основании; сочетанная гинекологическая патология, требующая оперативного вмешательства и
тяжелые аллергические реакции на препараты йода,
коагулопатия. Возраст больных 2-й группы колебался
от 23 до 45 лет. Средний возраст в группе составил
33,5±2,4 года, давность заболевания 3,9±0,4 лет.
Всем пациенткам проводили забор крови из локтевой и маточной вены до операции. За день перед
операцией собирали суточную мочу. Повторное исследование проводили через 6 месяцев после операции.
В сыворотке крови пациенток определяли концентрацию продуктов деградации органического матрикса соединительной ткани: силовых (СК), глюкуроновых (ГУК) кислот и гексозаминов (ГА), а также содержание половых гормонов – эстрадиола и тестостерона. В суточной моче определяли содержание оксипролина, сиаловых, уроновых кислот и гексозаминов.
Концентрацию сиаловых кислот в биологических
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
жидкостях определяли наборами реагентов фирмы
«Сиалотест 100» (СПб). Концентрацию уроновых кислот определяли тиобарбитуровым методом, гексозаминов – с реактивом Эрлиха после гидролиза в соляной кислоте. Содержание оксипролина в моче находили по реакции Эрлиха после солянокислого гидролиза в запаянных ампулах. Содержание эстрадиола
и тестостерона определяли радиоиммунологическим
методом с исползованием набора для анализа фирмы «Immunotech» (Франция), подсчет активности и
определение концентрации производили на гаммасчетчике «Tracor Europe» (Голландия).
В качестве группы сравнения нами были изучены аналогичные биохимические показатели 30 практически здоровых женщин (без гинекологической патологии) в возрасте от 30 до 50 лет.
Результаты лабораторного исследования представляли в виде средней арифметической (М) и стандартного отклонения (SD). Оценку достоверности отличий с контрольной группой проводили с применением непараметрического W-критерия Вилкоксона для
несвязанных выборок. Межгрупповые отличия оценивали с помощью непараметрического критерия множественного сравнения Крускала-Уоллиса.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание продуктов распада биополимеров
органического матрикса соединительной ткани в сыворотке крови обследованных пациенток представлено в таблице 1.
Нами обнаружено, что концентрация большинства
из изученных биохимических маркеров в локтевой
вене у обследованных пациенток обеих групп до начала лечения статистически значимо превышала соответствующую возрастную норму. Только уровень СК
у пациенток 1-й группы от нормы отличался не значимо. В маточной вене повышенные значения ГУК и ГА
отмечались также у пациенток обоих групп, тогда как
уровень СК в местном кровотоке в обеих группах достоверно от нормы не отличался, при этом его средние значения даже были несколько ниже среднего
показателя контрольной группы.
Через шесть месяцев после оперативного лечения концентрация СК в системном кровотоке у пациенток 1-й группы практически не менялась, оставаясь
в границах нормы. У пациенток 2-й группы уровень
данного метаболита имел тенденцию к снижению, при
этом его исходные повышенные числовые значения
возвращались в границы нормы. После лечения у
пациенток обеих групп отмечалось также и достоверное снижение уровня ГУК в сыворотке крови относительно срока начала лечения: в первой группе на 38%
(р=0,02), во второй – на 34% (р=0,03). Однако уровень ГУК после лечения в обеих группах оставался
значимо повышенным относительно нормы. Достоверного изменения концентрации ГА у пациенток обеих
групп через 6 месяцев после операции относительно
срока до начала лечения не наблюдалось, значения
этого метаболита сохранялись на высоком уровне относительно возрастной нормы.
Динамика концентрации маркеров распада биополимеров соединительной ткани в суточной моче
обследованных пациенток демонстрировала определенную закономерность (таблица 2).
Таблица 1 - Концентрация продуктов обмена органического матрикса соединительной ткани в сыворотке крови
у обследованных пациенток до и после лечения миомы матки
До лечения
После лечения
локтевая
маточная
локтевая
1
1,95±0,14
2,18±0,35
1,80±0,24
2,15±0,28
СК, ммоль/л
2
1,80±0,12
2,20±0,21*
1,72±0,19
2,09±0,14
1
2,20±0,78
6,50±1,46*
6,68±1,03*
4,02±1,02*#
ГУК, ммоль/л
2
1,94±0,56
5,67±1,14*
6,13±1,22*
3,75±1,21*#
1
6,12±0,84
10,40±2,40*
9,69±1,22*
10,87±1,50*
ГА, ммоль/л
2
5,64±0,61
10,22±2,86*
9,31±0,93*
10,81±1,03*
Примечание. * - достоверные отличия от соответствующей нормы при уровне значимости р<0,05.
# - достоверные отличия от срока до начала лечения при уровне значимости р<0,05.
Показатель
Группа
Норма
Таблица 2 - Концентрация продуктов обмена органического матрикса соединительной ткани в суточной моче
у обследованных пациенток до и после лечения миомы матки
Показатель
СК, ммоль/сутки
ГУК, ммоль/сутки
ГА, ммоль/сутки
Оксипролин,
ммоль/сутки
Группа
1
2
1
2
1
2
1
2
Норма
0,51±0,20
0,57±0,19
3,35±0,95
3,32±0,70
0,98±0,23
0,77±0,10
0,18±0,09
0,15±0,04
До лечения
0,60±0,19
0,54±0,22
2,68±0,89
4,09±0,63*
1,15±0,48
1,55±0,64*
0,46±0,14*
0,55±0,12*
После лечения
0,89±0,24*#
0,85±0,19*#
4,53±1,04*#
5,04±0,72*#
2,13±0,44*#
2,02±0,39*
0,30±0,11*#
0,37±0,09*#
Примечание. * - достоверные отличия от соответствующей нормы при уровне значимости р<0,05.
# - достоверные отличия от срока до начала лечения при уровне значимости р<0,05.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
35
Так, исходный уровень экскреции ГУК, ГА и оксипролина у пациенток 2-й группы был достоверно
выше нормы, тогда как у женщин 1-й группы повышенными были только значения экскреции оксипролина. Однако через шесть месяцев после проведенного лечения концентрация СК, ГУК в суточной моче
пациенток обеих групп достоверно возрастала как по
сравнению с исходными значениями, зафиксированными до начала оперативного лечения, так и по отношению к соответствующей возрастной норме. Уровень
ГА в моче у женщин обеих групп после лечения был
значимо выше нормы. При этом если в 1-й группе рост
концентрации ГА относительно начала лечения имел
достоверные отличия, то достоверных изменений данного метаболита после лечения у пациенток 2-й группы относительно исходного уровня не наблюдалось.
Экскреция оксипролина у пациенток обеих групп через 6 месяцев после операции достоверно снижалась
относительно исходных (дооперационных) значений
практически на одну величину: на 35% (р=0,05) в первой группе и на 33% - во второй (р=0,05). Однако средние значения концентрации оксипролина в моче после лечения по-прежнему были значимо выше уровня
нормы.
Исследование концентрации эстрадиола в лютеиновой фазе менструального цикла показало, что у обследованных женщин обеих групп концентрация данного гормона в системном кровотоке была незначительно ниже нормы, а в маточной вене у пациенток 1-й группы такое снижение было значимым (рисунок 1). В фолликулярную фазу цикла средние значения уровня
эстрадиола в системном и местном кровотоке у женщин обеих групп были значительно повышены относительно нормы. В маточной вене у пациенток обеих
групп нами также отмечен существенный разброс
концентрации эстрадиола в фолликулярную фазу менструального цикла, причем как в сторону низкой, так
и высокой концентрации, однако достоверных различий между локальной и системной концентрацией эстрадиола нами выявлено не было.
Через шесть месяцев после окончания лечения
концентрация эстрадиола, измеренного в лютеиновую
фазу цикла, у пациенток обеих групп статистически
значимо, практически в два раза, снижалась как относительно исходных дооперационных значений, так
и относительно показателей нормы (таблица 3). Кроме того, нами обнаружено, что концентрация тестостерона у женщин обеих групп до начала оперативного лечения была почти вдвое выше значений нормы.
После лечения уровень данного гормона в сыворотке
крови пациенток обеих групп оставался значительно
повышенным.
500
400
300
200
100
0
ЛФ (1гр)
ЛФ (2гр)
ЛВ
ФФ (1 гр)
МВ
ФФ (2 гр)
ЛВ норма
Рисунок 1 - Концентрация эстрадиола (пг/мл) в системном и
местном кровотоке у обследованных женщин в разные фазы
менструального цикла. Примечание. ЛФ – лютеиновая фаза,
ФФ – фолликулярная фаза; ЛВ – локтевая вена,
МВ – маточная вена, ЛВ норма – локтевая вена норма
(здоровые женщины)
Заключение
Результаты проведенного исследования выявили
одну общую тенденцию: у пациенток с миомой матки
после лечения вне зависимости от вида хирургического вмешательства наблюдалось увеличение интенсивности выведения из организма продуктов деградации биополимеров соединительной ткани. Происходило снижение концентрации метаболитов распада в
сыворотке крови на фоне увеличения их экскреции с
мочой. Данное наблюдение является, бесспорно, благоприятным фактором, свидетельствующим о нормализации метаболических процессов в матке и эффективности используемых методик лечения миомы. В
пользу этого говорит то, что у всех пациенток через
шесть месяцев после лечения не наблюдалось ни одного рецидива. Несомненным является и то, что эффективность использованных методов во многом связана с выбором показаний к применению той или иной
методики.
Тем не менее, несмотря на положительную динамику восстановления биохимических маркеров, необходимо отметить одно важное обстоятельство. Нами
отмечено, что многие из изученных показателей сыворотки крови через шесть месяцев лечения, несмотря
на постоперационное снижение, оставались на высоком относительно нормы уровне. Такое наблюдение,
скорее всего, свидетельствует о незавершенности
восстановительно-регенераторных процессов в оперированном органе к шестому месяцу после операции.
Важный практический вывод из этого состоит в том,
что после шести месяцев лечения вероятность реци-
Таблица 3 - Концентрация половых гормонов в сыворотке крови у обследованных пациенток до и после лечения миомы
матки
Локтевая
Группа
Норма
До лечения
После лечения
Эстрадиол (пг/мл),
1
177±60
152±24
78±21*#
лютеиновая фаза
2
158±28
83±14*#
Тестостерон (пг/мл),
1
0,24±12
0,50±0,14*
0,40±0,11*
2
0,45±0,12*
0,39±0,05*
лютеиновая фаза
Примечание. * - достоверные отличия от соответствующей нормы при уровне значимости р<0,05. # достоверные отличия от срока до начала лечения при уровне значимости р<0,05.
36
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
дива сохраняется, поэтому сроки контрольного осмотра должны быть проведены в более позднем периоде
– через год-полтора после операции.
Интересен также тот факт, что после оперативного лечения у обследованных пациенток отмечалась
выраженное снижение эстрадиола в крови, что, повидимому, говорило, о снижении гормональной активности яичников у женщин после оперативного вмешательства. При этом практически двукратное снижение концентрации данного гормона в крови явно
говорит об отсутствии реакции компенсации, что наводит на мысль о необходимости гормон-заместительной терапии у пациенток в восстановительном периоде после хирургического лечения миомы матки.
Таким образом, применение методик консервативной миомэктомии и эмболизации маточных артерий при лечении миомы матки ведет к нормализации
метаболических процессов в оперированном органе,
связанных со снижением интенсивности деградации
биополимеров органического матрикса соединительной ткани.
Список литературы
1 Возрастные, структурные и биохимические особенности
эндометриального секрета больных миомой матки /
Л.В. Дикарёва, Е.Г. Шварёв, Г.Е. Шварёв, Д.Л. Тёплый //
Успехи геронтологии. 2008. № 4. С. 596–601.
2 Дикарёва Л.В. Клинико-диагностические особенности
больных быстрорастущей миомы матки // Журнал
акушерства и женских болезней. 2008. №2. С. 74–81.
3 Клиническое значение иммунологических показателей для
прогнозирования и дифференциальной диагностики
быстрого роста миомы матки / А.И. Малышкина,
Л.В. Посисеева, Н.Ю. Сотникова, Ю.С. Анциферова //
Российский вестник акушера-гинеколога. 2004. № 4.
С. 15-18.
4 Некоторые дискуссионные вопросы эмболизации маточных артерий при миоме матки / В.Г. Бреусенко и [др.] //
Акушерство и гинекология. 2006. № 3. С. 26-30.
5 Пептидгидролазная активность сыворотки крови женщин
с онкологическими заболеваниями эндометрия /
И.Л. Вовчук и [др.] // Вопросы медицинской химии. 2001.
№ 1. С. 12-15.
6 Петракова С.А., Буянова С.Н., Мгелиашвили М.В. Возможности миомэктомии в коррекции репродуктивного
здоровья женщин с миомой матки // Российский
вестник акушера-гинеколога. 2009. №1. С. 30-35.
7 Сидорова И.С., Леваков С.А, Заводова Е.М. Особенности
рецидивирования миомы матки после консервативнопластических операций в зависимости от гистологического типа опухоли // Врач. 2007. №8. С. 16-18.
8 Сомова О.Г., Андресян Г.О., Дятловицкая Э.В. Ганглиозиды
и церамиды сыворотки крови пациентов с опухолями
яичников // Вопросы медицинской химии. 1997. № 2.
С. 82-85.
9 Хирургическая коррекция репродуктивной функции при
миоме матки/ В.И. Краснопольский, С.Н. Буянова,
Н.А. Щукина и [др.] // Российский вестник акушерагинеколога. 2005. № 2. С. 74-76.
10 Hanafi M. Predictors of leiomyoma recurrence after
myomectomy // Obstet. Gynec. 2005. V. 105. P. 877-881.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
УДК577.121.9:591.476:618.14-006.36
А.Х. Попова
Городская больница № 2, г. Курган
КЛИНИКО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИТЕЛЬНИЦ
ГОРОДА КУРГАНА,
СТРАДАЮЩИХ МИОМОЙ МАТКИ
Аннотация. В представленной работе проведен ретроспективный анализ клинико-физиологических данных 139 пациенток с миомой матки, наблюдавшихся в Курганской городской больнице № 2 в
период с 2007 по 2009 год. Проведенное исследование показало, что для изученной популяции ведущими факторами риска развития миомы являются
нарушение менструальной функции (риск развития
миомы увеличен в 14 раз), наличие предшествующей гинекологической патологии (в 5 раз) и абортов (в 2 раза).
Ключевые слова: миома матки, анемия, менструальная функция, соматические заболевания, гинекологические заболевания.
A.K. Popova
Kurgan 2nd Municipal Hospital
CLINICAL PHYSIOLOGICAL
CHARACTERISTIC OF KURGAN
FEMALE RESIDENTS AFFLICTED
WITH UTERINE FIBROIDS
Abstract. The article carries out a retrospective
analysis of clinical physiological data on 139 patients with
uterine fibroids, who were observed in Kurgan Municipal
Hospital No. 2 within the period from 2007 till 2009. The
research has showed that for the population under study,
leading risk factors of myoma development are such as
violation of menstrual function (myoma development risk
is increased by 14 times), occurrence of previous
gynecologic pathology (by 5 times) and abortions (twice).
Index terms: uterine fibroid, anemia, menstrual
function, somatic diseases, gynecologic diseases.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение этиологии, патогенеза, диагностики и
лечения миомы матки продолжает оставаться одной
из проблем современной гинекологии [1; 2]. Среди
множества исследований, посвященных этой проблеме, вопросы эпидемиологии данного заболевания, на
наш взгляд, изучены недостаточно. Так, в ряде работ
отмечено, что в отдельных возрастных группах женского населения, проживающего в разных климатогеографических зонах страны, наблюдаются отличия в
частоте выявления миомы, выявлены различия в факторах риска и в возрастных периодах, когда отмеча-
37
ются первые клинические проявления заболевания [35]. В этом плане дальнейшее накопление материала
по данной патологии, анализ и поиск новых клинических проявлений, оценка факторов риска развития заболевания позволит не только уточнить и расширить
имеющиеся представления о патогенезе миомы, но и
даст возможность установить новые данные для повышения эффективности диагностики и качества лечения данной категории больных. Цель настоящего
исследования – изучить клиническую характеристику
пациенток с миомой матки, жительниц г. Кургана.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В представленной работе проведен ретроспективный анализ клинико-анамнестических данных 139 пациенток с основным заболеванием – миома матки,
наблюдавшихся в Курганской городской больнице
№ 2 в период с 2007 по 2009 гг. Все обследованные
были жительницами г. Кургана. Возраст пациенток составил от 27 до 62 лет. Больные, имеющие миому
матки, обследованы в соответствии с отраслевым стандартом «Протоколы ведения больных. Общие требования» приказа Минздрава России №303 от 03.08.1999г.
с оценкой следующих параметров: размеры матки, локализация узлов относительно толщины маточной стенки
(подслизистая, интрамуральная, субсерозная, смешанная), размеры миоматозных узлов, наличие осложнений (быстрый рост опухоли, рождающийся подслизистый узел, острое нарушение питания или инфицирование узлов, железодефицитная анемия, бесплодие). Учитывали также данные о сопутствующих гинекологических и экстрагинекологических заболеваниях. Для количественной оценки степени ожирения рассчитывали
индекс массы тела (ИМТ). Для выявления факторов
риска развития миомы методом рандомизации нами
была составлена группа сравнения из числа женщин,
проходивших в этот же период наблюдения профосмотр в Курганской городской больницы № 2, без миомы матки. Эта группа представляла случайную выборку из исследуемой популяции.
Результаты исследования обрабатывали методами параметрической и непараметрической статистики. Данные представлены в виде средней арифметической (М), стандартрного отклонения (SD), доли
встречаемости признака (р) и ее стандартной ошибки
( σ p ). Для оценки корреляционных связей рассчитывали критерий Пирсона (нормальная выборка) и Спирмена (отсутствие нормальности распределения).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Клинико-амнестическая характеристика обследованных женщин представлена в таблице 1. Нами обнаружено, что средний возраст выявления миомы
матки составлял 34,4±2,0 года. Наибольшая частота
встречаемости миомы – 73,4% от всего количества
наблюдений - приходилась на возрастной период 3150 лет. В 12,9% случаев (18 наблюдений) миома диагносцировалась у женщин в возрасте менее 30 лет.
Средний срок начала менархе у пациенток составил
13,8±0,3 года. Основная часть пациенток (более 80%)
имела в анамнезе беременность и роды, в 81,3% случаев – медицинские аборты. Самопроизвольный выкидыш, внематочную беременность и бесплодие имели
30,2% из числа всех обследованных женщин.
Значительная часть пациенток (88,4%) имели ту
или иную степень ожирения, ИМТ у них в среднем
составлял 29,2±0,7 км/м2.
Локализация миоматозных узлов в 60,4% случаев
была смешанной, в 14,4% наблюдений – интерстициальная и субсерозная, на другие варианты локализации приходилось около 10,0% наблюдений (таблица 2).
Таблица 1 - Клинико-амнестическая характеристика обследованных пациенток
Клинические показатели
Средний возраст выявления миомы матки
Распределение пациенток по возрасту:
21-30
31-40
41-50
51-60
61-70
Возраст менархе (лет)
Время установления менструального цикла (лет)
Беременность
Роды
Аборты
2 аборта и более
Самопроизвольный выкидыш
Внематочная беременность
Регресиррующая беременность
Бесплодие
ИМТ, кг/м2
I степень ожирения
II степень ожир ения
III степень ожирения
38
Абсолютное число
(n=139)
34,4±2,0
-
18
55
47
17
2
13,8±0,3
5,4±0,2
121
114
113
73
21
6
1
15
29,2±0,7
50
51
26
12,9
39,6
33,8
12,2
1,4
87,1
82,0
81,3
52,5
15,1
4,3
0,7
10,8
36,0
33,7
18,7
%, от общего кол-ва
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Таблица 2 - Локализация миоматозных узлов у обследованных пациенток
Абсолютное
число
(n=139)
84
20
20
6
5
4
Локализация миоматозных узлов
Смешанная
Интерстициальная
Субсерозная
Субмукозная
Перешеечная
Интралигаментарная
%,
от
общего
кол-ва
60,4
14,4
14,4
4,3
3,6
2,9
Таблица 3 - Локализация миоматозных узлов у обследованных пациенток в зависимости от возраста
Возрастные группы
Локализация миоматозных узлов
Интерстициальная
Субмукозная
Субсер озная
Перешеечная
Интралигаментарная
Смешанная локализация
21-30
4 / 22,2*
1 / 5,6
5 / 27,8
31-40
8 / 14,5
2 / 3,6
11 / 20,0
41-50
6 / 12,8
2 / 4,3
4 / 8,5
51-60
2 / 11,8
1 / 5,9
0
61-70
0
0
0
0
0
1 / 1,8
1 / 1,8
3 / 6,4
2 / 4,3
1 / 5,9
1 / 5,9
0
0
8 / 44,4
32 / 58,2
30 / 63,8
12 / 70,6
2 / 100
Примечание: * - 4 / 22,2 – первая цифра – общее количество наблюдений, 22 – процент от общего числа
пациенток данной возрастной группы.
Анализ локализации миоматозных узлов в возрастных группах обнаружил, что с возрастом происходило увеличение частоты встречаемости миоматозных узлов смешанной локализации: от 44,4% в возрастной группе от 21 до 30 лет, до 70,6% в группе
пациенток 51-60 лет (таблица 3). При этом доля интестициальной и субмукозной локализации миомы с возрастом наоборот, снижалась. Так, из всех случаев интерстициальной локализации миомы (20 пациенток) у
12 (60%) пациенток она обнаруживалась в возрастной
группе от 21 до 40 лет, а субсерозная локализация в
большинстве своем, в 11 случаях (55%) из 20, отмечалась у пациенток в возрастной группе от 31 до 40 лет.
Проведенное нами исследование также показало, что помимо наличия миомы матки обследованные
пациентки имели высокую гинекологическую заболеваемость (таблица 4). В частности из 139 пациенток
обнаруживалось 430 случаев заболеваний, т.е. каждая пациентка с миомой имела в среднем около 3
сопутствующих гинекологических заболеваний. Наиболее частыми в анамнезе обследованных пациенток
были: гиперменструальный синдром (58,3%), хронические воспалительные заболевания женских половых органов (50,4%), генитальный эндометриоз
(45,3%). В целом же нами было обнаружено 16 сопутствующих миоме гинекологических заболеваний.
Нами также была зафиксирована относительно
большая частота соматических заболеваний у обследованных пациенток: 246 заболеваний на 139 пациентов, или 1,77 заболеваний на 1 пациентку (таблица 5).
Оказалось, что основной процент сопутствующих соматических заболеваний приходился на заболевания
сердечно-сосудистой системы (38,8%), из которых
доминирующим была гипертоническая болезнь (36,0%
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
от всего числа соматической патологии). Значительно
высоким был процент пациенток с сопутствующими
заболеваниями желудочно-кишечного тракта и печени, их доля среди общего числа наблюдений составляла 27,3%. У четверти из всех обследованных пациенток в анамнезе присутствовала анемия.
В целом, результаты проведенного анализа показали, что патогенез миомы значительно связан с определенными отклонениями в периоде становления
менструальной функции, а сама клиническая картина
существенно отягощена предсуществующей и сопутствующей патологией. Однако отнесение отмеченных
особенностей к факторам риска возможно лишь при
сравнении обследованных пациенток с группой из
аналогичной популяции, но без наличия миомы (так
называемый контроль). Учитывая то, что большинство
случаев обнаружения миомы диагностировалось в возрасте 30-50 лет, основную (миома матки) и контрольную группу составили женщины указанного возраста. Сравнительные характеристики обследованных
пациенток с миомой матки и пациенток группы контроля (без миомы) представлены в таблице 6.
Из таблицы 6 видно, что такие показатели, характеризующие становление менструальной функции, как
возраст менархе и время установления менструального
цикла, хоть и имели значения выше средних по популяции, статистически значимо от средней по популяции не
отличались. В анамнезе больных миомой матки обращает на себя внимание довольно высокая в отличие от
популяционной частота гиперменструального синдрома
(в 14,5 раз выше популяционной), наличие кист и эндометриоз (в 5 раз выше), а также медицинских абортов (в
2 раза выше средней по популяции). Из соматических
заболеваний в преморбидном фоне пациенток с миомой
39
Таблица 4 - Частота гинекологических заболеваний у обследованных пациенток
№
Гинекологические заболевания
Абсолютное число (n=139)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Гиперменструальный синдром
Хронические воспалительные заболевания
Генитальный эндометриоз
Ф ункциональные кисты яичников
Эрозия шейки матки
Эндометриоидная киста яичника
Сальпингоофорит
Аденомиоз
Поликистоз яичников
Хронический сальпингит
Хронический эндометрит
Вторичное беспло дие
Цервикоз
Гидросальпинкс
Гиперплазия и полипоз эндометрия
Цистаденома яичника
Всего
81
70
63
38
35
32
26
25
13
13
10
9
6
5
2
2
430
%, от
общего
кол-ва
58,3
50,4
45,3
27,3
25,2
23,0
18,7
18,0
9,4
9,4
7,2
6,5
4,3
3,6
1,4
1,4
309
Таблица 5 - Частота соматических заболеваний у обследованных пациенток
Абсолютное
число
(n=13 9)
54
50
7
10
17
%, от
общего колва
38,8
36,0
5,0
7,2
12,2
Заболевания желудочно-кишечного тракта (из них)
Заболевания желудка и кишечника
Болезни печени и желчно го пузыря
Анемия
Эндокринные заболевания (из них)
Сахарный диабет
Заболевания щитовидной железы
Заболевания мочевыделительной системы (мочекаменная болезнь, пиелонефрит,
цистит, гломерулонефр ит, нефроптоз)
Заболевания системы органов дыхания (хронический бро нхит, бронхиальная
астма)
Патология молочных желез (мастопатия, фиброаденома)
38
26
19
36
25
5
21
23
27,3
18,7
13,7
25,9
18,0
3,6
15,1
Соматические заболевания
Заболевания сердечно-сосудистой системы (из них)
Гипертоническая бо лезнь
ХИБС
Вегето-сосудистая дистония
Хроническая варикозная недостаточность
16,5
21
15,1
19
13,7
Глазные заболевания (миопия, катаракта)
13
9,4
Заболевания опорно-двигательной системы
Кожные заболевания (псориаз, экзема)
Заболевания нервной системы
Всего
11
5
1
246
7,9
3,6
0,7
177
матки в 1,62 раза чаще, чем в общей популяции, встречается анемия. При этом нами обнаружено, что частота
заболеваний желудочно-кишечного тракта и печени у
пациенток с миомой, наоборот, ниже средней по популяции почти в два раза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, проведенный ретроспективный
анализ клинико-анамнестических данных пациенток с
миомой матки позволяет отметить, что этиология и
40
патогенез миомы матки сочетаются с широким комплексом патологических нарушений во многих системах организма. Нарушения менструальной функции,
наличие гинекологической патологии и абортов для
изученной популяции являются одними из ведущих
факторов риска развития миомы. Из соматических
заболеваний для данной популяции только наличие
анемии в 1,6 раз повышает вероятность развития миомы. Такие, казалось бы, признанные факторы риска,
как задержка менархе, наличие заболеваний сердечВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Таблица 6 - Сравнение клинико-амнестических показателей обследованных пациенток со средними по популяции (контроль)
Клинические по казатели
Средний возраст (31-50 лет)
Основная группа
(n=102)
34,4±2,7
Контроль
(n=45)
35,9±1,2
-
13,4±0,4
13,0±0,5
-
Р(о)/Р(п)
Возраст менар хе (лет)
Время устано вления менструального цикла
(лет)
Гиперменструальный синдром (р±? p)
Кисты и поликистоз (р±? p)
5,4±0,2
5,2±0,4
-
0,58±0,05* (81)
0,81±0,04* (83)
0,04±0,03 (2)
0,14±0,05 (6)
14,5
5,79
Генитальный эндометр иоз (р±? p)
2 або рта и более (р±? p )
0,45±0,05* (63)
0,76±0,04* (78)
0,09±0,04 (4)
0,27±0,07(12)
5,00
2,81
Аборты (р±? p)
0,90±0,03* (92)
0,49±0,07(23)
1,84
Анемия (р±? p )
Роды (р±? p)
ИМТ, кг/м 2
0,26±0,04 (36)
0,92±0,03*(94)
29,2±0,7*
0,16±0,05 (7)
0,78±0,07(35)
26,3±1,1
1,62
1,18
1,11
Заболевания желудочно-кишечного тракта и
0,27±0,04* (38)
0,49±0,07 (22) 0,55
печени (р±? p)
Примечание: * - достоверные отличия от контроля при р<0,05. Р(о)/Р(п) – отношение доли встречаемости
признака в основной группе к доле встречаемости признака по популяции.
но-сосудистой системы и избыточный вес, не имели в
изученной популяции ярко обозначенной клинической
взаимосвязи с развитием миомы.
Список литературы
1 Вихляева Е.М. Руководство по диагностике и лечению
лейкомиомы матки. М.: МЕДпресс-информ, 2004. 400 с.
2 Миома матки / под ред. И.С. Сидоровой. М.: Медицинское
информационное агентство, 2002. 256 с.
3 Савицкий Г.А., Савицкий А.Г. Миома матки. СПб. : ЭлбиСПб, 2000. 130 с.
4 Тихомиров А.Л., Лубнин Д.М. Миома матки. М.: МИА, 2006.
174 с.
5 Schwartz S.M. Epidemiology of uterine leiomyomata // Clin.
Obstet. Gynecol. 2001. V. 44. № 2. Р. 316-326.
УДК 502.5
Т.А. Федорова
Курганский государственный университет
ФЛУКТУИРУЮЩАЯ
АСИММЕТРИЯ ЛИСТА ЛИПЫ
МЕЛКОЛИСТНОЙ (TILIA CORDATA
MILL.) КАК
БИОИНДИКАЦИОННЫЙ
ПАРАМЕТР ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
СРЕДЫ
Аннотация. В статье приведены исследования
по оценке показателя флуктуирующей асимметрии
листа липы мелколистной и возможности его использования для биоиндикационной оценки качества
среды на изучаемой территории.
Ключевые слова: биоиндикация, липа мелколистная, флуктуирующая асимметрия, оценка качества среды.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
T.A. Fedorova
Kurgan State University
FLUCTUATING ASYMMETRY OF A
LEAF OF THE SMALL-LEAVED
LINDEN (TILIA CORDATA MILL) AS
BIOINDICATIVE PARAMETER OF
ENVIRONMENT QUALITY
ASSESSMENT
Abstract. The article presents a research on the
performance evaluation of fluctuating asymmetry of a leaf
of the small-leaved linden and a possibility of its use for
bioindicative quality assessment of the environment in
the study area.
Index terms: bioindication, small-leaved linden,
fluctuating asymmetry, quality assessment of the
environment.
ВВЕДЕНИЕ
Проблемы экологии городской среды занимают
одно из первых мест в иерархии глобальных проблем
современности, так как эта среда отличается своеобразием экологических факторов, специфичностью техногенных воздействий, приводящих к значительной
трансформации окружающей среды. Воздух в городе
наполнен пылью, сажей, аэрозолями, дымом, твердыми частицами. К основным источникам загрязнения относятся промышленные и топливно-энергетические предприятия, транспорт. В настоящее время крайне актуален вопрос оптимизации городской среды. Для
этого используются древесные растения, основная
роль которых сводится к их способности нивелировать неблагоприятные для человека факторы природного и техногенного происхождения.
41
Cтабильность развития как способность организма к нормальному развитию является чувствительным
индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенной нагрузки. Наиболее простым и доступным для
использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей
асимметрии билатеральных морфологических признаков (ФА).
На сегодняшний день одним из эффективных и
недорогих методов биомониторинга является фитоиндикация, так как растения считаются надежными индикаторами загрязнения природной среды различными токсическими веществами.
Установлено, что явление флуктуирующей асимметрии связано с нарушением стабильности развития
организма в результате воздействия внешних факторов, в первую очередь – антропогенного. Степень выраженности ФА напрямую зависит от силы воздействия
фактора, что позволяет на макроскопическом уровне
использовать ее в качестве меры в оценке стабильности развития организма.
Предположим, что уровень функциональной асимметрии листовой пластинки липы мелколистной тем
выше, чем больше степень техногенной нагрузки на
территории произрастания липы мелколистной.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель данной работы заключалась в том, чтобы
определить уровни функциональной асимметрии листа липы мелколистной (Tilia cordata Mill), произрастающей в различных районах города Кургана, отличающихся степенью техногенной нагрузки.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи: изучить теоретические и практические
аспекты применения морфометрических методов биоиндикационных исследований; провести полный анализ морфометрических параметров листьев; оценить
состояние посадок липы мелколистной по морфометрическим характеристикам; определить возможность
использования липы мелколистной для мониторинга
окружающей среды и озеленения улиц города.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования явились листовые пластинки липы мелколистной, высокочувствительные к
выхлопным газам автотранспорта.
Морфологическое описание: липа – крупное листопадное дерево высотой от 20 до 40 м, которое широко используется в современном зеленом строительстве. Листья липы простые, очередные, сердцевидные, острозубчатые по краю и остроконечные. Цветки
душистые, желтые, собранные в щитковидные соцветия, обладают рядом целебных свойств. Плоды липы
– односемянные орешки. Цветение липы наступает
обычно в июле. Корневая система лип мощная, глубокая. Растения долговечны и газоустойчивы.
Были заложены пробные площадки. В качестве
контроля была выбрана популяция, произрастающая
в удалении от городской среды (Курганская область,
Кетовский район, п. Старый Просвет). Опытный обра-
42
зец №1 представлен популяцией липы мелколистной,
расположенной на удалении от техногенных источников загрязнения (г. Курган, ул. Набережная). Опытный
образец №2 собран на территории с высокой автотранспортной нагрузкой (г. Курган, ул. Ленина).
1 – ширина половинки листа (лист складывают пополам,
потом разгибают и по образовавшейся складке проводят
измерения);
2 – длина второй жилки от основания листа;
3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок;
4 – расстояние между концами этих жилок;
5 – угол между главной и второй от основания жилками.
Рисунок 1 – Параметры промеров листьев для детального
расчета
Материал для исследования собирали в июне
после остановки роста листьев. В каждом биотопе
собирали по 10-15 листьев приблизительно одного
размера, с укороченных побегов нижней части кроны
10 деревьев приблизительно одного генеративного возраста, без признаков фаутности. Сильно отличающиеся по размеру или имеющие повреждения листья выбраковывались. Из каждого биотопа было исследовано
не менее 100 листьев. Для оценки величины флуктуирующей асимметрии листовой пластинки липы мелколистной (Tilia cordata) использовали стандартный набор из 5 морфологических признаков, характеризующих стабильность формообразования листа в онтогенезе. Коэффициент флуктуирующей асимметрии определяли по формуле, предложенной В.М. Захаровым [1].
Показатель асимметрии указывает на наличие в
среде обитания живых организмов негативного фактора. Это может быть химическое загрязнение, изменение температуры, обитание биологического объекта на краю ареала. Показатель откликается повышением на изменение фактора и стабилен при адаптации
к имеющимся условиям. Таким образом, на основании периодического вычисления показателя можно
проследить изменения условий обитания объекта. В
исследовании была применена балльная система качества среды по показателям флуктуирующей асимметрии высших растений (таблица 1) [2].
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Таблица 1 - Балльная система качества среды по флуктуирующей асимметрии
Балл
Величина показателя стабильности
развития
I
II
III
IV
<0,040
0,040-0,044
0,045-0,049
0,050-0,054
VI
>0,054
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ходе исследования было установлено, что явление флуктуирующей асимметрии связано с нарушением стабильности развития липы мелколистной в
результате воздействия внешних факторов, в первую
очередь – от напряженности транспортного потока.
Курган относится к городам с умеренной степенью
загрязнений атмосферного воздуха. Основной источник загрязняющих веществ – автотранспорт, поэтому
на растительность в нашем городе преимущественно
воздействуют вещества, содержащиеся в его выбросах: оксиды углерода, азота, серы, соединения свинца, углеводороды, сажа, резиновая пыль и ряд других токсичных соединений. В среднем выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта по Курганской области составляют 120-126 тыс. тонн/год.
Проанализировав данные, полученные с изучаемых
площадок за весь период проведения исследования,
мы выявили следующие результаты: 1) в контрольной
группе (п. Старый Просвет, Кетовский район) коэффициент асимметрии составил 0, 042 (II балла, уровень загрязнения «норма»). Движение транспортных единиц на
данном участке минимально, так как это особо охраняемая природная территория – памятник природы регионального значения «Просветский дендрарий»; 2) на
объекте № 1 (г. Курган, ул. Набережная) коэффициент
ФА равен 0,05 (IV балла, уровень загрязнения «опасно»). В течение часа наблюдалось 1104 автомобиля с
бензиновым и 26 с дизельным двигателем. Количество
загрязняющих веществ, поступивших в атмосферу, составило: N02 – 1,2 (г/км), сажа (С) – 0,00015 (г/км), СН –
0,84 (г/км), SO2 – 0,31 (г/км), СO2 – 0,25 (г/км); 3) на
объекте № 2 (г. Курган, ул. Ленина) коэффициент ФА
составил 0,06 (VI баллов, уровень загрязнения «вредно»). На данной улице транспортный поток оказался
высокий (3003 единицы автомобилей с бензиновым и 45
с дизельным двигателем). Также довольно высокие концентрации загрязняющих веществ, привносимых автотранспортом в воздушную среду: N02 – 2,02 (г/км), сажа
(С) – 0,005 (г/км), СН – 3,2 (г/км), SO2 – 0,91 (г/км), СO2
– 0,603 (г/км).
Таким образом, применение морфогенетического
подхода, когда состояние организма оценивается по
показателям стабильности развития, позволяет получить объективную информацию, так как оценка стабильности развития по флуктуирующей асимметрии
позволяет судить об условиях, в которых находились
растения на ранних стадиях онтогенеза, когда происходило формирование изучаемых признаков, и являСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Уровень загрязнения
Чисто
Относительно чисто («норма»)
Загрязнено («тревога»)
Грязно («опасно»)
Очень грязно («вредно»)
ется неспецифической реакцией организма на стрессирующее воздействие.
Имеющиеся в настоящее время сведения, в том
числе полученные нами результаты, позволяют рекомендовать липу мелколистную в качестве надежного
биоиндикатора качества среды и как тест-объект для
оценки воздействия транспортного потока на растения,
так как данный вид является относительно устойчивым к воздействию газов.
Список литературы
1 Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация
и биотестирование / О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева.
М.: Издательский центр «Академия», 2007. 288 с.
2 Стрельцов А.Б. Региональная система биологического
мониторинга. Калуга: Изд-во Калужского ЦНТИ, 2003.
УДК 616-001-031.12/14-06:616.94
С.Н. Лунева1, Ю.И. Канашкова2, В.В. Колчерина3
1
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А.Илизарова, г.Курган
2
Городская клиническая больница № 15,
г. Москва
3
Окружная больница Травматологический
центр, г. Сургут
ИЗМЕНЕНИЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО
СОСТОЯНИЯ ПОЧЕК ПОСЛЕ
СКЕЛЕТНОЙ ТРАВМЫ
Аннотация. В представленной работе проведен анализ функционального состояния почек при лечении 185 пациентов с множественными закрытыми переломами длинных трубчатых костей. Показано, что при оперативном лечении переломов методом Илизарова преобладали преренальные механизмы почечных нарушений. В то время как у пациентов, находившихся на консервативном лечении,
преобладали повреждения тканей почек.
Ключевые слова: скелетная травма, функция
почек, чрескостный остеосинтез, консервативное
лечение.
43
S.N. Luneva1, Y.I. Kanashkova2, V.V. Kolcherina3,
1
FSIS RISC “RTO”, Kurgan
2
Municipal clinical hospital №15, Moscow
3
District hospital Traumatological center, Surgut
CHANGE OF THE FUNCTIONAL
CONDITION OF KIDNEYS AFTER
SKELETAL TRAUMA
Abstract. The research has carried out the kidney
functional condition analysis in treatment of 185 patients
with multiple close fractures of long tubular. It is shown
that in operating treatment of fractures with Ilizarov
method prerenal mechanism of kidney defect prevailed.
In case of conservative treatment of the patients, the
kidney tissues defects prevailed.
Index terms: skeletal trauma, kidney function,
transosseousosteosynthesis, conservative treatment.
ВВЕДЕНИЕ
В патогенезе травматического шока среди многих факторов нарушения деятельности почек занимают постоянное место, определяя нередко, в случае
развития острой почечной недостаточности (ОПН),
исход травматической болезни [3; 14]. Это особенно
относится к тем наблюдениям, когда травма носит
множественный либо сочетанный характер и сопровождается обширными повреждениями мягких тканей.
Однако диагностика заболеваний почек при травме по
клиническим признакам остается неудовлетворительной [10; 12]. Если последствия ушибов и ранений почек в достаточной мере известны, то изменение их
функционального состояния при травматической болезни изучены недостаточно. Это относится как к травме мирного времени, так и к боевой травме: в 60%
случаев патологические изменения почек, обнаруживаемые при вскрытии, при жизни не распознают [2;
13]. Нередко это происходит из-за неполноты обследования или недооценки травматологами необходимости инструментального и особенно лабораторного
исследования, в отдельных случаях допускается переоценка лабораторных и клинических данных [2].
Вместе с тем выход функции почек за физиологические границы может привести к развитию серьезных
осложнений, что, как было показано Т.А. Ларионовой,
отрицательно влияет на результаты и сроки лечения
травматических больных [4; 5]. Целью нашего исследования явилось исследование функционального состояния почек после множественной травмы костей
нижних конечностей у пострадавших, находящихся
на оперативном и консервативном лечении.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа основана на анализе лечения 158 пациентов с множественными закрытыми переломами длинных трубчатых костей, пролеченных оперативно с использованием метода чрескостного остеосинтеза по
Илизарову, и 27 пациентов с аналогичными переломами, пролеченными консервативно. Возраст больных
составлял от 30 до 51 года. Из общего числа обсле-
44
дованных больных мужчин было 164 (88,6%), женщин
- 21 (11,4%). Пациенты пожилого и старческого возраста (старше 55 лет), пациенты с травмой мочеобразующей и мочевыводящей систем, а также больные, у
которых в анамнезе имелись указания на заболевания мочеполовой системы, в исследование не включались.
Для определения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) применяли расчетный метод, при использовании 24-часового сбора мочи. В основе метода показатели мышечной массы (как основного источника креатинина крови), возраста и креатининемии [8]:
СКФ = (140 - возраст) х масса тела (кг) х 0,85
(только для мужчин) х 814 х Ркр (ммоль/л).
Для расчета осмолярности крови использовали
формулу [11]:
Росм = 2 х (Na + K) + глюкоза/18 + азот мочевины
крови/2,8.
Для расчета осмолярности мочи использовали
формулу [9]:
Uосм = 2 х (UNa + UК + UNН4 ) + Uмочевины.
Далее рассчитывали: осмолярный индекс (Сосм),
характеризующий количество воды, необходимое для
выведения всех осмотически активных веществ мочи
в связанном с водой состоянии: Сосм = Uосм х V/Росм
(мл/мин); экскретируемую фракцию осмотически активных веществ (EF): EF = Сосм/Скр х 100%; клиренс
осмотически свободной воды (Своды): Своды = V - Сосм
(мл/мин).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты изменения СКФ в динамике лечения
множественных переломов трубчатых костей нижних
конечностей в зависимости от способа лечения представлены на рисунке 1.
160
140
больные пролеченные
оперативно
120
100
80
больные пролеченные
консервативно
60
здоровые
40
20
0
1
2
3
4
5
6
N
Рисунок 1 - Динамика СКФ у больных с множественными
переломами длинных трубчатых костей нижних
конечностей: 1–4-е сутки после травмы; 2–8-е сутки после
травмы; 3–12-е сутки после травмы; 4–21-е сутки после
травмы; 5-30-е сутки после травмы; 6–перед выпиской;
N-значения СКФ у здоровых людей в возрасте
30–49 лет
Как видно из представленной гистограммы, у пациентов, находившихся на оперативном лечении, снижение СКФ не превышало 30% от должной, в то время
как у больных, находившихся на консервативном лечении, снижение СКФ через 8 дней после травмы составляло более 50% от нормальной и достоверно не
изменялась до одного месяца после травмы. Поскольку СКФ является чувствительным показателем функционального состояния почек, ее понижение наступало в обеих группах больных значительно раньше, чем
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
снижение концентрационной функции и накопление в
крови азотистых шлаков. Однако резкое снижение СКФ
и длительное нахождение ее значений на этом уровне
свидетельствовало о первичных клубочковых поражениях и недостаточности концентрационной функции
почек у пациентов, находящихся на скелетном вытяжении, тогда как у больных с применением чрескостного остеосинтеза на СКФ, очевидно, оказывали влияние экстраренальные факторы, т.к. колебания СКФ в
пределах 25-35% от должного наблюдаются обычно при
сердечной и сосудистой недостаточности [7].
Известно, что параллельное определение концентрации креатинина в крови и моче значительно расширяет диагностические возможности оценки функционального состояния почек [15]. Поэтому мы рассчитывали отношение креатинина мочи к креатинину крови (рисунок 2).
70
60
50
40
30
20
10
0
больные пролеченные
оперативно
больные пролеченные
консервативно
норма
1
2
3
4
5
6
N
Рисунок 2 - Отношение креатинин мочи/креатинин крови у
больных с множественными переломами длинных
трубчатых костей нижних конечностей: 1–4-е сутки после
травмы; 2–8-е сутки после травмы; 3–12-е сутки после
травмы; 4–21-е сутки после травмы; 5-30-е сутки после
травмы; 6–перед выпиской; N–значения КРМ/КРК у здоровых
людей в возрасте 30–49 лет
При изучении отношения креатинин мочи/креатинин крови мы ставили перед собой задачу определения ренальных и преренальных нарушений почечных
функций. Особенно важным нам представлялось установить момент перехода одной формы в другую, т.к.
это определяет изменение тактики лечения больных.
Нами было обнаружено, что лечение множественной
травмы методом чрескостного остеосинтеза сопровождалось ренальными формами почечных дисфункций,
тогда как при применении метода скелетного вытяжения на первой недели после травмы присоединялись
ренальные нарушения, и отношение креатинин мочи/
креатинин крови снижалось ниже 40 (рисунок 2).
По разнице между СКФ и диурезом вычисляли
канальцевую реабсорбцию (КР), в процентах к СКФ.
Результаты расчетов представлены на рисунке 3.
В норме КР воды составляет 98–99% клубочкового фильтрата. Как видно из рисунка 3, при лечении
больных методом чрескостного остеосинтеза КР была
незначительно снижена, тогда как у пациентов, находившихся на консервативном лечении, она была повышена, что обычно сопровождается нарушениями
концентрационной функции почек и сопутствует нефротическому синдрому.
При исследовании функциональной способности
почек к осмотическому концентрированию мочи мы
обнаружили, что при множественных переломах нижних конечностей на 4-е сутки после травмы независимо от вида лечения развивался гиперосмолярный синдром. Однако в случае оперативного лечения переломов методом чрескостного остеосинтеза значения
осмолярности не превышали 300 мосм/л, тогда как в
случае применения скелетного вытяжения осмолярность крови была выше 300 мосм/л, причем на сроках
4-8-е сутки после травмы она достигала 340 мосм/л,
что трактуется как неадекватная постагрессивная реакция организма [1].
Величина индекса осмолярности больных с множественными переломами нижних конечностей, находившихся на консервативном лечении, была на критическом уровне, предшествующем ОПН, особенно
у 3 больных (11%), в сочетании с низким выделением
мочевины (рисунок 4). Значения индекса осмолярности ниже 1,5 мосм/л, свидетельствующие о ренальном нарушении функции почек, сохранялись у больных второй группы вплоть до 1-го месяца после травмы. У больных, находившихся на лечении методом
чрескостного остеосинтеза, значения индекса осмолярности на протяжении всего периода нахождения в
стационаре не опускались ниже 1,72 мосм/л.
4
3,5
больные пролеченные
оперативно
больные пролеченные
консервативно
норма
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
N
Рисунок 4 - Динамика индекса осмолярности у больных
с множественными переломами длинных трубчатых
костей нижних конечностей: 1–4-е сутки после травмы;
2–8-е сутки после травмы; 3–12-е сутки после травмы;
4–21-е сутки после травмы; 5 - 30-е сутки после травмы;
6–перед выпиской; N–значения ИО у здоровых людей в
возрасте 30–49 лет
120
100
больные пролеченные
оперативно
80
больные пролеченные
консервативно
60
40
норма
20
0
1
2
3
4
5
6
N
Рисунок 3 - Динамика канальцевой реабсорбции у больных
с множественными переломами длинных трубчатых
костей нижних конечностей: 1–4-е сутки после травмы;
2–8-е сутки после травмы; 3–12-е сутки после травмы;
4–21-е сутки после травмы; 5-30-е сутки после травмы;
6–перед выпиской; N–значения КР у здоровых людей в
возрасте 30–49 лет
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
ОБСУЖДЕНИЕ
Предупреждение развития почечной недостаточности основывается на ранней диагностике этого состояния. В обычной клинической практике классическими индикаторами ОПН являются креатинин и мочевина, однако они повышаются в крови, когда в патологический процесс вовлечены более 50% нефронов
(на 3–4 день олигурии), поэтому в ранней диагностике ОПН значительной роли не играют. С учетом патогенеза ОПН, в основе которого лежит преимущественное поражение канальцевого аппарата, для ранней
диагностики ОПН чрезвычайно важно изучение осмотического концентрирования мочи канальцевым эпи-
45
телием. В этой связи высокой прогностической ценностью обладает метод определения осмолярности
мочи и клиренса свободной воды (КСВ) [6]. КСВ является чувствительным показателем концентрационной функции почек. Нами было обнаружено, что у больных, находившихся на консервативном лечении, значение КСВ, достоверно сдвинуто в положительную
сторону (рисунок 5). Величины КСВ, зарегистрированные нами у пациентов, леченных методом Илизарова,
указывали на сохранение осморегулирующей функции почек. Увеличение данного показателя при консервативном лечении до уровня более – 0,30 мл/мин
свидетельствовало о появлении морфологических
повреждений с потерей гипертоничности мозгового
вещества почек, определяющих способность концентрировать мочу. Прогрессивное увеличение осмолярности крови и относительно низкая осмолярность мочи,
а также соответственно выявленное нами достоверное снижение индекса осмолярности являлись одними из показателей поражения паренхимы почек у этой
группы больных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, применение системных индексов,
характеризующих почечную функцию, позволило выявить, что у пациентов с множественными переломами костей нижних конечностей происходили существенные нарушения почечных функций. Если у больных с оперативным лечением переломов преобладали преренальные механизмы почечных нарушений, в
основном вследствие накопления в крови осмотически активных веществ, то у больных, находившихся
на консервативном лечении, преобладали повреждения тканей почек.
0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
-0,7
-0,8
-0,9
5 Ларионова Т. А., Свешников А. А., Сиражетдинов Р. Р.
Зависимость плотности минеральных веществ в
скелете от функционального состояния почек // Новые
направления в клин. медицине. Ленинск - Кузнецкий,
2000. С.28-29.
6 Лыткин М.И., Костин Э.Д., Адамович Г.А. Клиническое
применение осмометрии // Вестн. хирургии. 1995. № 4.
С.130-135.
7 Назаренко Г. И., Кишкун А. А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. М.: Медицина, 2002.
544 с.
8 Нефрология: руководство для врачей / под. ред.
И.Е. Тареевой. М.: Медицина, 2000. 688 с.
9 Рябов С. И., Наточкин Ю. В. Функциональная нефрология.
СПб., 1997. 220 с.
10 Сочетанная травма и травматическая болезнь (общие и
частные вопросы патогенеза, клиника, лечение) /
С. А. Селезнев, В. А. Черкасов; под. ред. С. А. Селезнева. Пермь, 1999. 331 с.
11 Тиц Н. У. Клиническая оценка лабораторных тестов / пер.
с англ. М.: Медицина, 1986. 479 с.
12 Худайберенов Г. С., Селезнев С.А. Функциональная
органопатология шока. Ашхабад: Ылым, 2004. 315 с.
13 Цибин Ю. Н. Многофакторная оценка тяжести травматического шока // Вестн. хирургии. 1994. № 9. С.62-67.
14 Шок. Теория, клиника, организация первой противошоковой помощи / Г. С. Мазуркевич, С. Ф. Багненко; под ред.
Г. С. Мазуркевича. СПб. : Политехника, 2005. 538 с.
15 Le Gall J.-R., Klar J., Lemeshov S. et al.The logisic organ
dysfunction system. Anew way to assess organ dysfunction
inthe Intensive Care Unit // JAMA. 1996. Vol.276. № 10.
P.802-810.
больные пролеченные
оперативно
больные пролеченные
консервативно
норма
1
2
3
4
5
6
N
Рисунок 5 - Динамика КСВ у больных с множественными
переломами длинных трубчатых костей нижних
конечностей: 1–4-е сутки после травмы; 2–8-е сутки после
травмы; 3–12-е сутки после травмы; 4–21-е сутки после
травмы; 5-30-е сутки после травмы; 6–перед выпиской;
N–значения КСВ у здоровых людей в возрасте
30–49 лет
Список литературы
1 Амчеславский В. Г., Мошкин А. В., Маневич А.З. и др.
Дискриминанта осмолярности при оценке состояния
больных, требующих интенсивной терапии // Анастезиолог. и реаниматол. 1984. № 6. С.37-42.
2 Гембицкий, Е. В., Кирилов М.М. Патология внутренних
органов при травме. М.: Медицина, 1994. 256 с.
3 Гринев М. В., Цибин Ю. Н., Тарелкина М. Н. и др. Диагностика и лечение интоксикационного синдрома у пострадавших с шокогенной травмой и ее осложнениями. Л.,
1988. 21 с.
4 Ларионова Т. А. Функциональное состояние почек при
лечении переломов костей голени методом чрескостного остеосинтеза : автореф. дис. … канд. мед. наук.
Курган, 2004.
46
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ
где C* – теплоемкость. При разных температурах
спаев на концах термопары возникает ЭДС
УДК 537.322.11, 15; 537.311.6;
И.П. Попов1, Д.П. Попов2, С.Ю. Кубарева3
1
Департамент экономического развития,
торговли и труда Курганской области
2
ГОУ УКК «Курганскагропром»
3
ОАО «Курганмашзавод»
ET = ET 0 ∆T = 2 ET 0
РЕАКТИВНОСТЬ ТЕРМОРПАРЫ
Аннотация. Показано, что электрическое сопротивление термопары имеет емкостной характер.
Вводятся понятия искусственной электрической
емкости или электрической термоемкости.
Ключевые слова: термопара, реактивный,
электрическая термоемкость.
I.P. Popov , D.P. Popov , S.Y. Kubareva
1
Department of Economic Development, Trade and
Labor of the Kurgan Region
2
GOU UKK Kurganskagroprom
3
OAO Kurganmashzavod, (Open JSC)
1
2
3
THERMOCOUPLE SENSITIVITY
Abstract. The research shows that electrical
resistance of a thermocouple exhibits capacitive
reactance. The article introduces the concepts of artificial
electric capacity or electric thermal capacity.
Index terms: thermocouple, reactive, electric
thermal capacity.
ВВЕДЕНИЕ
Термопара обладает способностью как поглощать,
так и выделять энергию. Если при этом не происходит потерь энергии, то логично предположить, что указанное свойство термопары должно обусловливать
наличие ее некоего реактивного сопротивления, которое также характеризуется обменом энергии без ее
диссипации. Аналогичный подход используется в работах [1–6].
Для выяснения этого обстоятельства может быть
рассмотрен характер тока при подключении термопары к источнику переменного напряжения.
1 Явления Пельтье и Зеебека
Пусть в исходном состоянии температура обоих
спаев принимает значение:
Т1 = Т2 = Т0 .
При пропускании через термопару количества
электричества q в одном спае выделяется, а в другом поглощается теплота
Q = Пq, (явление Пельтье),
(1)
где П – коэффициент Пельтье. При этом появляется разность температур спаев
2Q
∆T = * ,
C
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
(2)
Пq
C*
(явление Зеебека), (3)
где ET0 – удельная термо-ЭДС. Здесь учтены (2)
и (1).
2 Подключение термопары к источнику синусоидального напряжения u = Usinwt.
Активное сопротивление, индуктивность и электрическая емкость не учитываются. В соответствии с
(3) баланс напряжений записывается в виде:
=
T *q U m sin ωt ,
где
T * = 2 ET 0
П
С*
– обобщенный коэффициент. Термо-ЭДС и приложенное напряжение направлены встречно друг другу.
При дифференцировании уравнения баланса напряжений:
T *i =U mω cos ωt ,
i=
U mω
Um
cos ωt= U m ωCT cos ωt=
cos ωt .
*
T
XT
π
Ток опережает напряжение на
/2. Таким образом, термопара имеет емкостной характер. При этом
CT =
1
T*
– электрическая термоемкость,
=
XT
1
T*
=
ωCT
ω
– реактивное термоемкостное сопротивление.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Термопара запасает тепловую энергию, чем принципиально отличается от конденсатора, который запасает энергию электрического поля. Вместе с тем, она
воспринимается цепью как емкостное устройство, поэтому может рассматриваться как искусственная электрическая емкость или электрическая термоемкость.
При соединении термоемкости с катушкой индуктивности образуется электрический колебательный
контур, в котором могут возникать свободные гармонические колебания с собственной частотой
ω
=
0
T*
=
L
2 ET 0 Π
.
C*L
Последнее выражение связывает величины различной физической природы, дополняя соотношения,
полученные в [7–9].
47
Список литературы
1 Попов И.П. Установление частной функциональной
зависимости между емкостью и массой // Вестник
Курганского государственного университета. Серия
«Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 85–87.
2 Попов И.П. Инертно-емкостное устройство // Актуальные проблемы современной науки и практики: материалы международной научно-практической конференции,
посвященной 85-летию транспортного образования в
Зауралье и 55-летию УрГУПС /под ред. Е.А.Худяковой.
Курган: Изд-во КГУ, 2011. С. 119–120.
3 Попов И.П. Переходный процесс при подключении инертноемкостного устройства к источнику постоянного
напряжения // Зауральский научный вестник. 2011.
Выпуск №1. С. 162–165.
4 Попов И.П. Вращательные инертно-емкостные устройства // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки».
2011. №3(31). С. 191–196.
5 Попов И.П. Упруго-индуктивное устройство // Зауральский
научный вестник. 2011. Выпуск №1. С. 181–183.
6 Попов И.П. Свободные гармонические колебания в упругоемкостной системе // Вестник Курганского гос.
университета. Серия «Естественные науки». 2011.
Вып. 4. №2(21). С. 87–89.
7 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //
Вестник Челябинского государственного университета. Физика. 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78–79.
8 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых
величин // Вестник Курганского государственного
университета. Серия «Естественные науки». 2010.
Выпуск 3. №2(18). С. 59–62.
9 Попов И.П. Сопоставление квантового и макро-описания
магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного
университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.
УДК 53.043
И.П. Попов
Департамент экономического развития,
торговли и труда Курганской области
КВАНТОВО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ
ЭФФЕКТА КОМПТОНА КАК
АЛЬТЕРНАТИВА ТЕОРИИ
УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ
Аннотация. Показан характер взаимодействия
фотонов с отражателем. Предложена квантово-волновая интерпретация эффекта Комптона, позволяющая не прибегать к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.
Ключевые слова: корпускулярный, волновой,
фотон, электрон.
I.P. Popov
Department of Economic Development, Trade And
Labor of Kurgan Region
QUANTUM-WAVE THEORY OF
COMPTON EFFECT AS AN
ALTERNATIVE TO THE THEORY
OF ELASTIC WAVE SCATTERING
48
Abstract. The research shows the nature of photon
interaction with a reflector. It offers a quantum-wave
interpretation of the Compton Effect, which allows for
avoiding the model based on the mechanical elastic
collision of a photon and an electron.
Index terms: corpuscular, wave, photon, electron.
ВВЕДЕНИЕ
Существует точка зрения, согласно которой фотоны обладают упругими свойствами [1], в связи с чем
они способны к соударениям с другими объектами и
могут, в частности, отражаться от них. Представление
об упругих свойствах фотонов лежит в основе теории
эффекта Комптона. Более того, считается, что их поведение в этом случае не может быть объяснено с
волновых позиций [2]. На фоне того, что волновыми
свойствами обладают инертные частицы, эта точка
зрения выглядит парадоксальной.
1 Об упругих свойствах фотонов
Действительно ли фотоны обладают способностью отражаться от объектов, можно выяснить из следующих рассуждений.
Пусть на зеркало падает луч света под прямым
углом. Тогда отраженный луч составляет с поверхностью зеркала также прямой угол. В соответствии с
теорией, наделяющей фотоны упругими свойствами,
обратный луч состоит из отраженных фотонов. Это
значит, что скорость фотонов при отражении изменилась на противоположную, то есть в какой-то момент
она равнялась нулю. Однако в состоянии покоя фотоны не существуют. Следовательно, при падении на
зеркало фотон неизбежно погибает (поглощается веществом зеркала), а отраженный луч формируется из
вновь излученных поверхностью зеркала других фотонов (за счет энергии поглощенных).
Таким образом, фотоны не обладают способностью отражаться от объектов.
В этой связи поведение фотонов в рамках эффекта Комптона должно найти объяснение с волновых
позиций.
Главное возражение против волнового подхода
сводится к тому, что при взаимодействии с частицей
частота фотона изменяться не может и объяснить ее
уменьшение с волновых позиций нельзя. В основе
этого возражения лежит представление о том, что «падающий» и «отраженный» – это один и тот же фотон.
Однако, поскольку это два разных фотона, объяснение вполне очевидно. Электрон, на который «падает»
фотон, приобретает движение. Поэтому в отношении
«отраженного» вторичного фотона проявляется эффект
Доплера, в силу чего его частота уменьшается.
2 Квантово-волновая теория эффекта Комптона
Пусть электромагнитная волна «падает» на неподвижный электрон (рисунок 1).
Поскольку волна обладает импульсом, электрону сообщается скорость v . При этом «падающий»
фотон поглощается электроном, после чего последний
излучает вторичный фотон. В соответствии с оптическим законом отражения угол «падения» ϕ равен углу
«отражения». Так как вторичный фотон излучается
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
движущимся источником, в отношении его частоты
будет проявляться эффект Доплера:
 v

ν 2 =ν1 1 − cos ϕ  ,
 c

c
c  v

= 1 − cos ϕ  .
λ 2 λ1  c

(1)
v
ϕ
ϕ
c(ν1)
Θ
c(ν2)
Рисунок 1 - Взаимодействие фотонов и электрона
Энергии фотонов [3; 4] и электрона [4; 5] связаны
соотношением
E=
E1 − Ee ,
2
hc hc mv 2
=
−
.
2
λ 2 λ1
(2)
При вычитании (1) из (2)
(3)

hc mv 2
c
mv 2 mv 2  c
=
−=
− 1 . (4)

2 v cos ϕ
2
2  v cos ϕ 
λ2
Из (3) и (4)
2hc v cos ϕ
2hc v cos ϕ
− 2
=
2
c
mv c − v cos ϕ mv
2hc cos ϕ 
1
1  2hc cos ϕ c − c + v cos ϕ
=
− 
=

mv  c − v cos ϕ c 
mv
c 2 − cv cos ϕ
2h cos2 ϕ
1
.
mc 1 − (v c) cos ϕ
С учетом того, что ϕ = ( π + Θ ) / 2 (рисунок 1) и
m ≈ m0 при v << c
∆λ = 2
h
Θ
sin 2 .
cm0
2
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Список литературы
1 Лоудон Р. Квантовая теория света. М., 1976. 488 с.
2 Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. М., 1956.Т.2.
696 с.
3 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых
величин // Вестник Курганского государственного
университета. Серия «Естественные науки». 2010.
Выпуск 3. №2(18). С. 59–62.
4 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //
Вестник Челябинского государственного университета. Серия «Физика». 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78–79.
5 Попов И.П. Сопоставление квантового и макроописания
магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного
университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.
М.В. Суслов, А.П. Тыщенко
Курганский государственный университет
При подстановке в (2)
∆λ = λ 2 − λ1 =
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 Фотоны не способны к упругим соударениям с
другими объектами.
2 Изменение частоты вторичного фотона после
взаимодействия с электроном обусловлено эффектом
Доплера.
3 Предложенная квантово-волновая трактовка
объясняет эффект Комптона и позволяет не прибегать
к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.
4 Совпадение формул для эффекта Комптона,
полученных при механическом и волновом походах,
объясняется корпускулярно-волновым дуализмом.
УДК 539.216.2:539.293.231:535.215
hc mv 2 hc hc v
−
− +
cos ϕ =0 ,
λ1
2
λ1 λ1 c
hc mv 2
c
=
.
λ1
2 v cos ϕ
Полученное выражение идентично формуле для
эффекта Комптона.
МОДЕЛЬ АНОМАЛЬНОЙ
ФОТОПРОВОДИМОСТИ ПЛЕНОК
СЕЛЕНА, АКТИВИРОВАННЫХ
РТУТЬЮ
Аннотация. В статье изложены результаты
исследования электрофизических свойств аномально фотопроводящих пленок аморфного селена, предложена модель аномально фотопроводящей системы.
Ключевые слова: полупроводники, фотопроводимость, селен, селенид ртути, гетеропереход, аномальная фотопроводимость.
A.P. Tyshchenko, M.V. Suslov
Kurgan State University
MODEL FOR ANOMALOUS
PHOTOCONDUCTIVITY OF
SELENIUM FILMS ACTIVATED
WITH MERCURY
49
Abstract. The article describes the results of
investigation of electrical and physical properties of the
films of amorphous selenium with anomalous
photoconductivity, the model of the abnormally
photoconductive system is proposed.
Index terms: semiconductors, photoconductivity,
selenium, mercuric selenide, heterojunction, anomalous
photoconductivity.
В пленках аморфного селена, подвергнутого воздействию паров ртути (Se(Hg)), наблюдается явление так
называемой аномальной фотопроводимости (АФ), характеризующееся спектральной памятью, независимостью
стационарной фотопроводимости от интенсивности света и др. особенностями [1]. Такие пленки могут стать
перспективным материалом для создания приборов,
запоминающих и распознающих цвет объектов, и для
создания устройств длительного хранения информации.
К настоящему времени существует несколько
различных моделей, объясняющих те или иные свойства аномальной фотопроводимости (АФ), но ни одна
из них не способна объяснить все явления АФ в целом. В [1] выдвинута гипотеза о существовании в пленках селена, активированного парами металлов, особых коллоидных частиц, в [2] АФ объясняют наличием потенциальных барьеров в приэлектродных областях образцов. С.М. Рывкин [3] предложил для объяснения АФ так называемую «трехслойную» модель полупроводника, в [4] рассмотрена модель искривленных зон. Нами были исследованы микрофотографии
АФ пленок селена, вольтамперные характеристики
пленок, спектры поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях, температурная зависимость проводимости образцов, кинетика фотопроводимости и
другие электрофизические свойства. Пленки были изготовлены по методике, описанной в [1], на подложках из стекла или оргстекла; оптимальный диапазон
сопротивлений пленок, при котором проявляется АФ (108 – 1010) Ом при комнатной температуре.
Наибольший интерес представляют результаты анализа микрофотографий аномально фотопроводящих пленок аморфного селена в отраженном свете на различных стадиях активации в парах ртути. Снимки получены
с помощью люминесцентного сканирующего микроскопа фирмы «Zeiss» при увеличении от х200 до х1250.
Чистый аморфный селен имеет однородную структуру, включающую в себя сферолиты диаметром 20100 мкм. На образцах с сопротивлением 1010 Ом появляется большое количество темных зерен диаметром
не более десятых долей мкм (рисунок 1).
Вероятнее всего, эти зерна представляют собой
островки селенида ртути нестехиометрического состава. С увеличением времени выдержки селена в парах ртути (до сопротивлений 107 Ом) на пленках растут размеры и плотность островков, появляются перемычки между островками. На низкоомных образцах
(сопротивление пленок менее 107 Ом) зерна селенида
ртути становятся практически черными, приобретают
неправильную форму, большая часть из них замыкается узкими дорожками (рисунок 2). Хорошо просматриваются сферолиты селена диаметром ~50 мкм, име-
50
ющие почти круглую форму.
Рисунок 1 - Микрофотография пленки селена
с сопротивлением при 1010 Ом
Рисунок 2 - Микрофотография пленки Hg(Se)
с сопротивлением 105 Ом
1
3
3
2
HgSe
HgSe
2
2
2
1
3
1
Se
3
HgSe
2
HgSe
3
Рисунок 3 - Модель пленки селена, активированной
парами ртути
Вольтамперные характеристики низкоомных образцов носят нелинейный характер, обусловленный при
высоких напряжениях, вероятнее всего, электрическим и тепловым пробоем. Проводимость высокоомных (~1010 Ом) образцов растет практически линейно
с напряжением до пробоя. В спектрах пропускания
пленок аморфного селена после выдержки в парах ртути
появляется дополнительный максимум для квантов с
энергией около 1,4 эВ. Из температурной зависимости
можно получить некоторые результаты относительно
ширины запрещенной зоны селенида ртути.
Анализ результатов наших исследований позволяет
объяснить природу АФ в исследованных нами пленках. Аморфный селен является широкозонным полуВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
проводником р-типа [5], сопротивление чистых пленок
аморфного селена ничтожно мало (в наших опытах оно
было более 1014 Ом). Образующийся в результате воздействия паров ртути селенид ртути – полупроводник
n-типа с шириной запрещенной зоны ~0,07 эВ [6], из
полученной нами температурной зависимости она составляет (0,1–0,2 эВ). Таким образом, АФ образцы
представляют собой сложную структуру, состоящую
из широкозонного полупроводника р-типа, на поверхности которого образуется островковая структура из
низкоомного полупроводник n-типа. С увеличением
времени воздействия на селен паров ртути островки
замыкаются перемычками, и затем образуется сплошной слой селенида (рисунок 3). На такой структуре можно выделить две области, отвечающие за электропроводность пленки, и одну область, являющуюся центром захвата и удерживания носителей тока. Участки 1
представляют собой дорожки, замыкающие островки
селенида ртути. Проводимость по дорожкам 1 носит чисто
омический характер и осуществляется электронами.
Участки 2 образуются на границе между островками
селенида ртути и селеном, когда расстояние между
островками селенида составляет сотые доли микрометра или менее. В этих областях проводимость между островками селенида ртути носит в основном туннельный характер и осуществляется как электронами, так и дырками. В области 3 на границе между селенидом ртути и селеном p-типа за счет перехода
носителей тока в селен возникает потенциальный барьер в зоне проводимости для электронов, одновременно в валентной зоне в состоянии равновесия образуется барьер для дырок. Согласно [7], на границе
узкозонного полупроводника n-типа и широкозонного
полупроводника р-типа возможно существование варианта зонной схемы с узкими потенциальными барьерами в валентной зоне и зоне проводимости; вид
такого профиля зонной схемы приведен на рисунке 4.
Именно на этом гетеропереходе в области 3 происходят процессы, обусловливающие все специфические
свойства аномальной фотопроводимости.
HgSe
Se p-типа
n-типа
С-зона
3
V-зона
Рисунок 4 - Схема переброса носителей на гетеропереходе
HgSe-Se
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Таким образом, рассмотренная здесь модель АФ
пленок Se(Hg) в некоторой степени сходна с трехслойной
моделью С.М. Рывкина. Принципиальное отличие нашей
модели состоит в том, что электропроводность образцов
Se(Hg) в основном обусловлена туннелированием электронов между островками селенида ртути, тогда как в модели С.М. Рывкина она носит омический характер. В трехслойной модели переброс носителей тока носит надбарьерный характер, ширина потенциального барьера велика. В соответствии с зонной схемой на рисунке 4 в образцах Se(Hg) существуют два вида потенциальных барьеров, и переброс носителей может не только иметь надбарьерный характер, но и осуществляться за счет туннельного эффекта через узкие вершины барьеров. Такая специфика предлагаемой нами модели позволяет объяснить
практически все свойства АФ пленок селена.
Авторы выражают благодарность заместителю
генерального директора ЗАО «Куганспецарматура»
В.Н. Белизину за возможность использования сканирующего люминесцентного микроскопа.
Список литературы
1 Корсунский М.И. Аномальная фотопроводимость и
спектральная память в полупроводниковых системах.
М.: Наука, 1978. 319 с.
2 Базакуца В.А., Мохов Г.Д. К вопросу о природе аномальной
фотопроводимости пленок селена, активированных
ртутью // Известия вузов. Серия «Физика». 1967. № 7.
С.139.
3 Рывкин С.М. О природе так называемой «аномальной»
фотопроводимости // ФТП. 1974. Т.8. В.2. С.373-382.
4 Шейнкман М.К., Шик Н.Я. Долговременная релаксация и
остаточная проводимость в полупроводниках // ФТП.
1976. Т.10. В.2. С. 209-232.
5 Чижиков Д.М., Счастливый В.П. Селен и селениды. М.:
Наука, 1964. 322 с.
6 Один И.Н. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на
их основе. М.: Наука, 1975. С.48-82.
7 Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Советское радио, 1979. С.35-37.
УДК 53, 533
А.С. Парахин, О.М. Басимова
Курганский государственный университет
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Аннотация. В работе рассмотрена двумерная
компьютерная модель идеального газа. Показано,
что строгие динамические законы приводят к статистическим закономерностям, в частности к законам идеального газа.
Ключевые слова: компьютерная модель, идеальный газ, законы идеального газа.
A.S. Parakhin, O. M Basimova
Kurgan State University
COMPUTER MODEL OF IDEAL
GAS
51
Abstract. The article considers a two-dimensional
computer model of ideal gas. It shows that rigorous
dynamic laws result in statistical regularities, in particular,
in laws of ideal gas.
Index terms: computer model, ideal gas, laws of
ideal gas.
ВВЕДЕНИЕ
Использование компьютерного моделирования
позволяет смоделировать почти любой физический процесс. Одним из таких процессов может быть процесс
столкновения молекул. На основе этой модели можно
построить новую модель идеального газа, которую
можно использовать для исследования законов идеального газа и для демонстрации.
1 Движение одной молекулы в замкнутом
объеме
1.1 Физическая и математическая модели движения молекулы в замкнутом пространстве
Моделью идеального газа в данной работе считается совокупность упругих шариков, взаимодействующих между собой только при ударе.
Для того чтобы смоделировать движение молекул идеального газа, необходимо смоделировать движение упругих шариков. Поскольку на расстоянии
шарики друг с другом не взаимодействуют, то от столкновения до столкновения они движутся в соответствии
с законами кинематики равномерного движения, то
есть физической моделью движения молекул между
столкновениями является закон равномерного движения. Поскольку молекулы движутся в замкнутом пространстве, то это значит, что в процессе движения они
обязательно будут сталкиваться либо между собой,
либо со стенками сосуда. Поэтому наряду с законами равномерного движения в физическую модель
нужно включить и законы столкновений.
Сначала будем считать, что все столкновения
упругие, то есть в процессе столкновения общая энергия молекул не меняется. Кроме того, если на газ не
действует внешняя сила и в процессе столкновения
нет никаких дополнительных сил, то и полный импульс
всех молекул, включая и импульс самого сосуда,
должен оставаться величиной постоянной. Таким образом, в физическую модель молекул идеального газа,
движущихся в замкнутом объеме, необходимо включить следующие законы:
1) закон равномерного движения;
2) закон сохранения энергии;
3) закон сохранения импульса.
Математическая модель соответственно будет
выглядеть следующим образом:
1)
- скорости тел до удара,
- скорости тел после удара;
(3)
– закон сохранения импульса.
Основываясь на этих двух моделях, строится программная модель. Однако в таком виде для процесса
столкновения молекул со стенками два послед-них
закона не очень удобны. Вместо них будем использовать следствия из этих законов. В этом случае мы
пользуемся тем, что требование минимальности аксиоматики модели не обязательно.
Итак, пусть молекулы сталкиваются со стенкой.
Найдем, как при этом меняется скорость молекулы
после удара.
Уравнения (2) и (3) необходимо решить как систему совместно. Однако первое уравнение в этой системе векторное, хотя и линейное, а второе – квадратное. Поэтому прежде чем решать эту систему, необходимо выбрать систему координат и спроецировать
векторное равенство на эти оси координат. При этом
са сосуда, причем
– закон сохранения энергии,
и
между собой;
52
m2 - массы двух тел, сталкивающихся
ся
- скорость сосуда
до удара и
Тогда система уравнений примет вид:
,
(4)
.
(5)
Систему координат выберем так, чтобы ось Ox
этой системы была бы направлена по направлению к
скорости
, а ось Oy ей перпендикулярна. Тогда в
этой системе координат вектор скорости
будет
иметь только одну проекцию
,
(6)
Теперь спроецируем первое равенство на оси
координат.
.
(7)
.
(8)
Из второго уравнения получаем с учётом (6):
,
(2)
- мас-
;
- скорость молекулы, а
– закон равномерного движения;
где
- масса молекулы,
будем считать, что
,
(9)
(10)
т.е. в выбранной системе координат проекция скорости молекул на ось Оy после удара не меняется.
Полученный вывод справедлив только в случае
упругих ударов и тогда, когда силы трения между шаВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
риками в процессе столкновения отсутствуют. Запишем с учетом проекций закон сохранения энергии.
.(11)
В результате получим новую систему уравнений,
в которой только два неизвестных:
,
(12)
.
(13)
Первые слагаемые справа от равенства переносим в левую часть и приводим подобные.
.
(14)
.
(15)
Воспользуемся формулой разности квадратов:
, (16)
(17)
и поделим первое уравнение на второе:
,
(18)
.
Таким образом, к основным трем законам физической модели добавляем ещё три следствия из них:
1 Сосуд остается в покое при ударе молекулы о
его стенку.
2 Нормальная составляющая скорости молекулы меняется на противоположную.
3 Тангенциальная составляющая скорости молекулы не меняется.
1.2 Движение молекулы внутри сосуда в виде
квадрата
Будем полагать, что радиус молекул , сторона
квадрата, в котором движется молекула, . В момент,,
когда молекула ударилась о стенку, расстояние её
центра до стенки равно её радиусу, а координаты либо
, либо
1 Умножим первое уравнение (18) на
.
Вдоль по нижней стороне квадрата направим ось
Ox, по левой стороне – ось Oy.
Для того чтобы смоделировать движение молекулы внутри сосуда в форме квадрата, нужно выполнить следующий алгоритм:
2 Определяется время столкновения с вертикальными
стенками.
(20)
Отсюда найдём скорость второго тела после удара:
.
, иначе
, тог;
Точно так же проверяется время столкновения
шаров с горизонтальными стенками.
, тогда
3 Если
(21)
1) Умножим первое уравнение (18) на
тогда
, иначе: если
да
.
,
Если
m1 и сло-
жим со вторым (19):
.
1 Задаются координаты x,y и скорости
(19)
В результате получили два линейных уравнения
с двумя неизвестными. Для отыскания неизвестных
выполним следующую последовательность операций:
-
, иначе: если
и вы-
, тогда
чтем из него второе (19):
, иначе
че
(22)
. Время, равное бесконечности, означает, что
о
Из получившегося уравнения находим скорость
первого тела после удара:
столкновения молекулы с данной стенкой не будет при
данном соотношении координат и скоростей.
4 Из найденных промежутков времени выбирает-
.
(23)
Проанализируем полученные уравнения.
В том случае, когда
, из (21) уравне-
ния следует, что скорость второго тела (сосуда) после удара остаётся практически нулевой. Т.е. в процессе удара сосуд не приобретает скорости. Из уравнения (23) следует, что проекция скорости первого тела
на ось Оx меняется на противоположную, не меняя
своей величины. Поскольку проекция скорости первого тела на ось Оy не меняется, то можно сказать,
что при ударе угол падения равен углу отражения.
Именно эти выводы и будем использовать в модели
при расчёте скоростей шаров после удара о стенку
сосуда.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
ся наименьший
, при этом определяется флаг ,
равный 1, если наименьшее время соответствует столкновению с вертикальной стенкой, и 2, если наименьшее время соответствует столкновению с горизонтальной стенкой. Именно этот промежуток и будет отвечать реальному столкновению молекулы со стенками.
После этого столкновения времена нужно будет рассчитывать заново.
5 Выбирается достаточно малый промежуток времени
.
6 Проверяется: если
че
, то
, ина-
.
53
7 Согласно закону равномерного движения молекулы между ударами о стенки сосуда координаты
молекулы пересчитываются по формулам:
,
.
(24)
8 Старое изображение молекулы стирается и рисуется новое с новыми координатами.
9 Время
уменьшается на один шаг:
. Проверяется: если
. (29)
В тот момент, когда шары столкнутся, расстояние
между их центрами будет равно двум радиусам, т.е.
d=2r. Так что в этот момент будет верно равенство:
. (30)
Раскроем скобки и приведём подобные члены:
, то
( ∆υ x2 + ∆2y )t 2 + 2t( ∆x∆ υ x + ∆y∆υ ) +
продолжается расчёт с п. 7, в противном случае расчёт продолжается с п. 11.
10 Если
, то меняем горизонтальную про-
екцию скорости на противоположную; если
, то
меняем на противоположную вертикальную проекцию
скорости молекулы.
11 Если не все детали поведения молекулы выяснены, идти к п. 2, иначе стоп.
2 Моделирование движения двух молекул
внутри квадрата
2.1 Расчёт времени столкновения молекул между собой
В том случае, когда внутри квадрата двигается
только одна молекула, достаточно следить только за
её столкновением со стенками. Но если внутри квадрата двигаются две молекулы, то, кроме столкновения со стенками, каждая из молекул может испытывать столкновение с другой молекулой. Поэтому для
организации правильной работы модели, нужно отслеживать не только столкновения молекул со стенками,
но и между собой. Для этого в первую очередь нужно
определить: столкнутся ли молекулы между собой,
если да, то через какой промежуток времени.
Пусть в некоторый момент времени координаты
и
молекул были соответственно
скорости
и
. А их
.
Координаты с течением времени будут меняться
в соответствии с формулами кинематики:
.
(25)
.
(26)
.
(27)
.
(28)
Введём обозначения:
∆x = x2 − x 1, , ∆y = y 2 − y1 , ∆υ x =
= ∆υ x 2 − ∆υ x1 , ∆υ y = ∆υ y 2 − ∆υ y 1 . Тогда
Квадрат расстояния между молекулами к моменту
времени можно выразить формулой:
54
+ ∆x 2 ∆y 2 − 4 r 2 = 0 .
(31)
В результате получаем квадратное уравнение для
отыскания момента столкновения t.
Поскольку уравнение квадратное, то оно либо
имеет корни, либо их не имеет. Если это уравнение не
имеет корней, то это значит, что молекулы не столкнутся до следующего отражения от стенки. Если это
уравнение имеет корни, значит, шары обязательно
столкнутся при такой комбинации начальных координат и скоростей.
Чтобы уравнение имело два корня, дискриминант
должен быть больше нуля.
.
Если
(32)
, то уравнение имеет два корня:
.
При этом первый корень (знак «+» перед корнем
квадратным из дискриминанта) соответствует ситуации, когда шарики касаются своими стенками, уже
разлетаясь друг от друга, т.е. их столкновение произошло (или могло произойти) в прошлом. Естественно, этот корень нужно отбросить. Второй корень (знак
«-» перед корнем квадратным из дискриминанта) соответствует ситуации, когда шарики касаются стенками, двигаясь на встречу друг другу. В этом случае их
столкновение произойдёт в будущем. Именно этот
корень и нужно сохранить.
2.2 Расчет скоростей молекул после взаимного удара
Для расчёта скоростей молекул после у дара друг
о друга нужно вновь использовать закон сохранения
импульса и энергии. Но для этого необходимо перейти в новую систему координат, в которой удар шаров
является прямым и центральным.
Пусть в момент столкновения молекул они располагались так, как показано на рисунке1.
Обозначим:
.
(33)
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
.
(34)
.
(35)
y’
A
x
C
B
α
. (44)
x’
Рисунок 1 - Старая и новая системы координат
при расчёте скоростей молекул после столкновения
Тогда тригонометрические функции угла поворота системы могут быть найдены следующим образом:
.
(36)
.
(37)
Координаты
известны из преды-
дущих этапов расчетов. Поэтому
и
тоже
величины известные. Найдем теперь скорости 1 и 2
молекул в новой системе координат. Для того чтобы
найти новые компоненты скоростей молекул, надо воспользоваться матрицей переворота:
.
(38)
Тогда чтобы найти новые скорости, надо найти
матрицу столбец этой скорости.
, (39)
то есть:
.
(40)
.
.
(41)
(42)
.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
Но в новой системе координат сила удара направлена вдоль оси x. Поэтому при ударе будет меняться
только x-я проекция скоростей молекул, а y-я проекция скоростей останется неизменной (в том случае,
если сила трения между шариками, моделирующими
молекулы, отсутствует).
Поскольку шары одинаковы по массе, то при их
ударе они поменяются проекциями скоростей, параллельными линии удара.
В новой системе координат сила удара направлена вдоль оси х. Поэтому при ударе будет меняться
только проекция скоростей шаров на ось ox, а проекция скоростей на ось oy останется неизменной.
Т.е.
(43)
Двумя штрихами обозначены скорости в новой
системе координат после удара, одним штрихом - скорости в новой системе координат до удара.
Для того чтобы найти скорости шаров после удара в старой системе координат, нужно воспользоваться матрицей обратного перехода:
.
(45)
Воспользуемся этой матрицей обратного поворота и перейдем от новой системы координат к старой:
,
где
,
(46)
- скорости 1-го шарика в старой
системе координат, но после удара. Тогда:
.
(47)
.
(48)
.
(49)
.
(50)
Теперь подставим сюда скорости из формул (44):
.
(51)
.
(52)
.
(53)
.
(54)
Наконец, воспользуемся формулами (40) – (43) и
найдём скорости в старой системе координат после
удара.
Новые значение скорости вдоль оси Ох для первого шара:
55
шара:
υ x1í = ( υ x 2 cos α + υ y 2 sin α ) cos α −
если
− ( −υ x1 sin α + υ y 1 cos α ) sin α = υ x 2 cos 2 α +
+ υ y 2 cos α sin α + υ x1 sin 2 α − υ y1 cos α sin α
(55)
да
υ x1í = υ x 2 cos 2 α + υ x1 sin 2 α + ( υ y 2 − υ y1 ) cos α sin α
,
тогда
, иначе: если
, тог-
, иначе
.
5 Для второго шара: если
Новые значение скорости вдоль оси Оy для первого шара.
υ y1í = ( υ x 2 cosα + υ y 2 sinα ) sinα +
, тогда
, иначе: если
да
, иначе
, тог.
6 Определяется время столкновения шаров между собой:
+ ( −υ x1 sinα + υ y1 cosα ) cosα = υ x 2 cosα sinα +
+ υ y 2 sin2 α − υ x1 cosα sinα + υ y1 cos2 α
∆x = x2 − x1 , ∆y = y 2 − y1 ,
6.1 ∆υ = ∆υ − ∆υ , ∆υ = ∆υ − ∆υ .
x
x2
x1
y
y2
y1
(56)
υ y1í = υ y1 cos2 α + υ y 2 sin2 α + ( υ x 2 − υ x1 ) sinα cosα .
Новые значение скорости вдоль оси x для второго шара:
6.2
υ x 2 í = ( υ x1 cos α + υ y1 sin α ) cos α −
D = ( ∆x∆υ x − ∆y∆υ y )2 −
− ( ∆υ x2 + ∆υ y2 )( ∆x 2 + ∆y 2 − 4 r 2 ) .
6.3 Если
− ( υ x 2 sin α + υ y 2 cos α ) sin α = υ x1 cos 2 α +
+ υ y1 cos α sin α − υ x 2 sin 2 α − υ y 2 cos α sin α
, тогда
(57)
,
υ x 2 í = υ x1 cos 2 α + υ x 2 sin 2 α + ( υ y1 − υ y 2 ) sin α cos α .
Новые значение скорости вдоль оси y для второго шара:
иначе
υ y 2 í = ( υ x1 cosα + υ y1 sinα ) sinα +
ся наименьший
+ ( −υ x2 sinα + υ y 2 cosα ) cosα = υ x1 cosα sinα +
равный 1, если наименьшее время соответствует столкновению с вертикальной стенкой первого шара; 2,
если наименьшее время соответствует столкновению
с горизонтальной стенкой первого шара; 3, если наименьшее время соответствует столкновению с горизонтальной стенкой второго шара; 4, если наименьшее время соответствует столкновению с горизонтальной стенкой второго шара. Если же наименьшим временем является время до столкновения шаров между собой, то флаг определяется как 5.
Именно этот промежуток и будет отвечать реальному столкновению молекул со стенками или между
собой.
8 Выбирается достаточно малый промежуток вре.
мени
+ υ y1 sin2 α − υ x 2 cosα sinα + υ y 2 cos2 α
2
(58)
2
υ y 2 í = υ y 2 cos α + υ y1 sin α + ( υ x1 − υ x 2 ) sinα cosα .
2.3 Модель движения 2-х шаров внутри
квадрата
Для того чтобы смоделировать движение 2 шаров внутри квадрата, нужно учесть их столкновение
со стенками и между собой и выполнить следующий
алгоритм:
и скорос-
1 Задаются координаты
ти шаров
.
, тогда
, иначе: если
тогда
, иначе
,
.
че
да
, иначе
, тог.
4 Точно так же проверяется время столкновения
шаров с горизонтальными стенками. Для первого
56
, ина-
10 Согласно закону равномерного движения молекулы между ударами координаты молекулы пересчитываются по формулам:
,
, тогда
, иначе: если
, то
.
3 Определяется время столкновения с вертикальными стенками второго шара. Если
, при этом определяется флаг ,
9 Проверяется: если
2 Определяется время столкновения с вертикальными стенками первого шара. Если
.
7 Из найденных промежутков времени выбирает-
.
,
.
11 Старое изображение молекулы стирается и
рисуется новое с новыми координатами.
12 Время
уменьшается на один шаг:
. Проверяется: если
, то про-
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
должается расчёт с п. 9, в противном случае расчёт
продолжается с п. 13.
13 Если
, то меняем горизонтальную про-
екцию скорости на противоположную у первого шара.
, то меняем на противоположную верти-
Если
кальную проекцию скорости первой молекулы. Если
, то меняем горизонтальную проекцию скорости на противоположную у второго шара. Если
чения, измеряемая в единицах энергии;
ние кинетической энергии под действием теплового
излучения.
, то из предыдущей фор-
Поскольку
мулы получаем:
,
, то меня-
ем скорости обеих молекул по формулам (55) – (58).
14 Если не все детали поведения молекулы выяснены, идти к п. 2, иначе стоп.
3 Моделирование движения идеального газа
3.1 Обобщение модели на случай движения N
шаров.
Для того чтобы обобщить модель на случай движения n молекул, необходимо:
во-первых, учесть столкновение каждой молекулы с каждой из четырех стенок сосуда и определить
наименьшее время столкновения;
во-вторых, учесть столкновение каждой молекулы с каждой другой молекулой. При этом необходимо
следить, чтобы пары сталкивающихся молекул не
повторялись. Вероятность тройственного и более столкновений молекул мы считаем равной нулю и не рассматриваем. Среди промежутков времени столкновения молекул между собой находим также минимальное время;
в-третьих, из двух минимальных времен столкновения молекул со стенками и между собой выбираем
наименьшее;
в-четвертых, с некоторым заданным шагом по времени в течение найденного промежутка времени смещаем все шарики в соответствии с направлением и
величиной их скоростей.
И после этого весь процесс повторяется снова.
3.2 Моделирование теплового контакта газа со
стенками и давления газа
Для исследования идеальных процессов на модели идеального газа необходимо в первую очередь
смоделировать явление теплового контакта газа со
стенками. В работе считается, что теплообмен между
стенками сосуда и молекулами газа осуществляется
через электромагнитное поле теплового излучения.
Если какая-либо молекула имеет кинетическую энергию больше, чем температура теплового излучения
стенок, то её кинетическая энергия уменьшается пропорционально этой разности:
,
(59)
где
- коэффициент теплообмена между стенка-
ми и газом; T – температура стенок и теплового излуСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
- измене-
тическая энергия данной молекулы;
,
то меняем на противоположную вертикальную проекцию скорости второй молекулы. Если
- кине-
где
(60)
– новая величина квадрата скорости,
– старая величина квадрата скорости.
Отсюда находится
.
.
(61)
В том случае, когда температура излучения выше,
чем энергия данной молекулы, энергия данной молекулы увеличивается. Если температура теплового излучения меньше кинетической энергии молекулы, кинетическая энергия молекулы уменьшается. Таким образом, с течением времени температура молекул газа
приближается к температуре теплового излучения, то
есть температуре стенок.
Для моделирования давления газа на стенки сосуда вычислялся средний импульс, переданный стенке за время всего наблюдения, и делился на это время. Тем самым определялась полная сила, действующая на все стенки сосуда. Для определения давления эта общая сила делилась на длину той части стенок, которая соприкасалась с молекулами. Из-за конечного радиуса молекул общая длина части стенок,
соприкасающихся с молекулами, меньше периметра
квадрата, в котором двигаются молекулы, на 8 радиусов молекул.
Для моделирования процесса изменения объёма
одна из сторон квадрата сделана подвижной. По нажатии кнопки запуска эта сторона начинает двигаться
в сторону уменьшения или увеличения объёма со скоростью гораздо меньшей скорости движения молекул.
4 Исследование модели идеального газа
Для исследования температуры газа и его зависимости от различных параметров рассчитывалась
средняя величина кинетической энергии молекул, которая и играла роль температуры. В модели имеется
возможность менять коэффициент теплообмена
в
формуле (59), не останавливая самой модели. В частности, его можно сделать равным нулю, тогда теплообмена не происходит и молекулы движутся в адиабатическом режиме. В этом случае температура газа
не меняется при изменении температуры стенок сосуда. Если же коэффициент теплообмена отличен от нуля,
при изменении температуры стенок меняется и температура газа. При этом зависимость температуры от
времени экспоненциальна (рисунок 2).
57
Рисунок 2 - Зависимость температуры газа от времени
Для исследования изохорического процесса менялась температура газа и измерялось давление. Результаты исследования приведены в таблице 1 и на
рисунке 3. Из таблицы видно, что зависимость давления от температуры линейна, как и следует из изохорического процесса.
Таблица 1 - Зависимость давления газа от температуры
при изохорическом процессе
T
P
400
439
350
384
300
329
250
275
200
219
150
165
100
109
Таблица 3 - Зависимость температуры газа от объёма в
изобарическом процессе
V
T
90
85 80 75 70 65 60 55 50
360 340 320 300 280 260 240 220 200
50
55
Рисунок 3 - Зависимость давления газа от температуры
при изохорическом процессе
Таблица 2 - Зависимость давления газа от объёма в
изотермическом процессе
V 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
P 439 467 498 526 564 610 660 719 794 880 998
Для исследования изотермического процесса
менялся объём и измерялось давление. Результаты
приведены в таблице 2 и на рисунке 4, из которых видно, что давление в изотермическом процессе обратно
пропорционально объёму.
Для исследования изобарического процесса менялся объём, при этом менялось и давление. Однако
затем температура менялась так, чтобы давление возвращалось к исходным значениям. После этого фиксировалась температура газа. Результаты, представленные в таблице 3 и на рисунке 5, указывают на линейный характер зависимости температуры от объёма.
58
Рисунок 4 - Зависимость давления газа от объёма в
изотермическом процессе
Рисунок 5 - Зависимость температуры газа от объёма в
изобарическом процессе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе построена и исследована модель идеального газа, способная работать как в адиабатическом режиме, так и в режиме теплового контакта со стенками. Показано, что модели выполняются все основные законы идеального газа, что может использоваться как в виртуальных лабораторных работах, так и в
режиме лекционных демонстраций.
Список литературы
1 Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. Механика, колебания
и волны, молекулярная физика. Издание 4-е. М.: Наука,
1970. 508 с.
2 Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. Термодинамика и
молекулярная физика. М.: Наука, 1979. 551 с.
3 URL: http://infima.kgsu.ruindex.php?option=com_content&view=
article&id=91:2012-12-29-06-01-07&catid=24:2012-12-0313-44-17&Itemid=40
4 URL:http://infima.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=
article&id=90:2012-12-29-05-11-57&catid=24:2012-12-0313-44-17&Itemid=40
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
УДК 538.9
В.И. Бочегов, А.С. Парахин
Курганский государственный университет
ПРЕДЕЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ПРИМЕСИ ПРИ ЗОННОЙ
ОЧИСТКЕ
Аннотация. В работе рассмотрены вопросы
предельного распределения примесей после зонной
перекристаллизации висмута. Показано, что по мере
увеличения числа проходов зоны распределение примесей приближается к некоторому предельному распределению.
Ключевые слова: расплавленная зона, предельное распределение, зонная перекристаллизация.
LIMITING DISTRIBUTION OF
IMPURITY IN CASE OF ZONE
REFINING
(2)
где A и B – константы, которые нужно найти из
уравнения и дополнительных условий.
Подставим (2) в (1)
ABe Bx =
(
)
k
Ae B( x + l ) − Ae Bx .
l
(3)
Сократив выражение, получим условие, накладываемое на константу B :
B=
(
)
k Bl
e −1 .
l
(4)
Bl = 1.25643121 .
Abstract. The article considers the issues of limiting
distribution of impurity after floating zone refining of
bismuth. It is shown that with an increase in number of
zone passes, impurity distribution comes steadily to some
limiting distribution.
Index terms: melted zone, limiting distribution,
floating zone refining.
ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ
В работе [1] показано, что при увеличении числа
проходов зоны эффективность зонной очистки падает. Иначе говоря, существует предельное распределение, к которому стремится распределение примесей после очередного прохода зоны при неограниченном увеличении числа проходов.
Для отыскания предельного распределения примеси при зонной очистке нужно решить дифференциальные уравнения, приведённые в указанной работе,
при условии, что распределение на данном проходе
зоны совпадает с распределением на предыдущем
её проходе. При отыскании предельного распределения нужно весь слиток разбить только на три области:
первая область от начала слитка до точки с координатой l0 − l , где l0 – длина всего слитка, а l – длина
расплавленной зоны. В этой области распределение
должно подчиняться уравнению:
(1)
В данном выражении в скобках и первое, и втоСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
csI ( x ) = Ae Bx ,
Получили транцендентное уравнение для отыскания этой константы. Корни этого уравнения в радикалах не выражаются, поэтому оно решалось численно
методом итераций. Для k = 0.5 получено решение
V.I. Bochegov, A.S. Parahin
Kurgan State University
dcs k
= (cs ( x + l ) − cs ( x )) .
dx l
рое слагаемые представляют собой функцию распределения примесей на данном проходе зоны только в
разных точках слитка.
Данное уравнение допускает аналитическое решение. Будем искать его решение в виде экспоненты:
Константа определяется из условия нормировки:
средняя концентрация примеси не должна меняться.
Во второй области слитка передний фронт расплавленной зоны попадает в третью область, где кристаллизация слитка на прошлом проходе осуществлялась нормально. Поэтому уравнение, которому подчиняется функция распределения примеси во второй
области, будет иметь вид:
(
)
dcsII k
= D( l0 − x − l )k −1 − csII ( x ) .
dx
l
(5)
Решение этого уравнения согласно работе [1]
будет иметь вид:
kx
kx
kx
−
k −
csII ( x ) = De l ∫ e l ( l0 − x − l )k −1 dx + Fe l . (6)
l
Наконец, в третьей области согласно работе [1]
уравнение для отыскания функции распределения
имеет вид:
dcsIII 1 − k
=
csIII ,
dx
l0 − x
(7)
решение которого есть степенная функция
csIII ( x ) = D( l0 − x )k −1 .
(8)
Константы D и F находятся из условия, что функции (2), (6) и (8) на совместных границах должны быть
«сшиты» непрерывно. Поэтому должны выполняться
два условия:
csI ( l0 − 2l ) = csII ( l0 − 2l ) ,
csII ( l0 − l ) = csIII ( l0 − l )
(9)
(10)
59
и условие нормировки:
csr l0 =
l0 − 2l
l0 −l
l0
0
l0 − 2l
l0 −l
∫ csI ( x )dx +
∫ csII ( x )dx +
∫ csIII ( x )dx . (11)
1 Предельное распределение примеси при k = 2
Рассмотрим сначала случай, при котором уравнения (1), (5) и (7) допускают элементарное решение.
Положим k = 2 . В этом случае функция (8) будет линейной функцией:
csIII ( x ) = D( l0 − x )k −1 ,
(12)
а интеграл в функции (6) легко находится по частям:
∫
=
=
kx
e l ( l0
− x −l )
k −1
dx =
∫
2x
e l (l
l0 − x − l = U dU = −dx
2x
e l dx
l
2
2x
l
l
= dV V = 2 e
2x
e l ( l0
l
− x −l )+ 
2
2
0
− x − l )dx =
=
(13)
2x
el
.
Подставив это выражение в (6), найдём выражение для функции распределения примеси во второй
области:
D
Из этого выражения можно выразить константу
через A :
D=
Ae B( l0 − 2l ) 2
.
3 + e2 l
(21)
С помощью (19) выражаем константу
через
A:
F=
Ae B( l0 − 2l )
3 + e2
2( l0 −l )
e l .
F также
(22)
В результате функция распределения во всех
трёх областях будет иметь вид:
 Ae Bx , åñëè 0 ≤ x < l0 − 2l

2 ( l0 − l − x ) 
 Ae B( l0 − 2l )  2
l
 ( l0 − x − l / 2 ) + e
.

2
 l

 3+e

c s ( x ) = åñëè l0 − 2l ≤ x ≤ l0 − l
 B( l0 − 2l )
2
(23)
 Ae
( l0 − x ),
2
 3+e
l

åñëè l0 − l < x ≤ l0

kx
−
l
c sII ( x ) = D( l0 − x − l ) + D + Fe l =
2
= D( l0 − x − l / 2 ) + Fe
−
kx
l
(14)
.
Из условия (9) получаем уравнение:
Ae B( l0 − 2l ) = D( l0 − ( l0 − 2l ) − l / 2 ) + Fe
−
2( l0 − 2l )
, (15)
l
преобразовав которое, получим:
2( l0 − 2l )
.
l
Ae
= 1.5 Dl + Fe
Из условия (10) получим уравнение:
−
B( l0 − 2l )
(16)
2( l0 −l )
l
D( l0 − ( l0 − l ) − l / 2 ) + Fe
= D( l0 − ( l0 − l )) , (17)
−
снова преобразовав, получим:
2( l0 −l )
l
Dl / 2 + Fe
= Dl .
−
(18)
Из этого уравнения выражаем константу
Dl
e
F=
2
2( l0 −l )
l
.
F:
(19)
Подставим эту константу в (16):
Dl
Ae B( l0 − 2l ) = 1.5 Dl +
e
2
Dl 2
= 1.5 Dl +
e .
2
60
2( l0 −l )
2( l − 2 l )
− 0
l
l
e
Рисунок 1 - Предельное распределение примеси при зонной
очистке для коэффициента сегрегации равного 2
Для отыскания константы A найдём полную величину примеси. Для этого проинтегрируем (23) по
всему слитку. Результат должен быть равен произведению средней концентрации на длину слитка:
csr l0 =
(
)
Ae B( l0 − 2l ) l
A B( l0 − 2l )
−1 +
( 5 + e − 2 ) . (24)
e
2
2
B
3+e
Из этого равенства и находим нужную константу:
=
(20)
A=
(
)
csr l0
1 B( l0 − 2l )
e B( l0 − 2l ) l
−1 +
( 5 + e − 2 ) .( 25)
e
2 2
B
3+e
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Построим график (рисунок 1) распределения концентрации примеси по формуле (23) с учётом (25) на
фоне графиков за конечное число проходов. На рисунке 1 серым цветом представлены графики распределения примеси за конечное число проходов зоны, а жирной чёрной линией - предельный график. Как видно из
рисунка, предельный график корректно описывает предельное распределение примеси по слитку после бесконечного числа проходов расплавленной зоны.
2 Предельное распределение при любом коэффициенте сегрегации
Рассмотрим теперь вопрос предельного распределения примеси для любого коэффициента сегрегации. Уравнения для областей останутся прежними,
прежними останутся и функции распределения (2), (6)
и (8). Для второй области интеграл будем находить по
частям:
∫
kx
e l (l
0
− x − l )k −1 dx =
kx
k l
e dx
l
=U
=
=
k
k −1
−
−
(
l
x
l
)
( l0 − x − l ) dx = dV V = − 0
k
kx
el
dU =
kx
l
(26)
kx
( l0 − x − l )k
k
+
e l ( l0 − x − l )k dx.
k
l ⋅k
Появившийся здесь интеграл снова находим по
частям:
= −e
∫
=
=
∫
kx
e l ( l0 − x − l )k dx =
kx
el
kx
dU =
=U
k l
e dx
l
( l0 − x − l )k dx = dV V = − ( l0 − x − l )
k +1
kx
−e l
( l0 − x − l ) k + 1
k
+
k +1
l ⋅( k + 1 )
∫
k +1
kx
e l ( l0
+
kx
l (l
0
− x − l )k −1 dx = −e
kx
l
(27)
( l0 − x − l )k
+
k
Преобразуем выражение:
∫
kx
−e l
0
− x −l )
dx =
kx
−e l
( l0 − x − l )k
−
k
k ( l0 − x − l ) k + 1
+
l k ⋅( k + 1 )
2
kx
1
k
+ 
e l ( l0 − x − l )k +1 dx.
 l  k ⋅( k + 1 )
∫
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
kx ∞
l
n
. (30)
( l0 − x − l ) k + n
k
 
l
k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )...⋅ ( k + n )
n =0  
∑
Покажем, что полученный ряд сходится. Для этого воспользуемся признаком Даламбера. Найдём предел отношения последующего члена ряда к предыдущему:
k
lim  
→
∞
n
l
n +1
( l0 − x − l )k + n +1
k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n ) ⋅ ( k + n + 1 )
n
 l  k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n )
=
 
( l0 − x − l )k + n
k
k l0 − x − l
= lim
= 0.
n →∞ l k + n + 1
(31)
Значит, согласно признаку Даламбера ряд сходится и может играть роль первообразной в формуле
(6). Пользуясь этой первообразной, найдём функцию
распределения во второй области слитка:
kx
n
−
k ∞ k
( l0 − x − l )k + n
csII ( x ) = − D ∑  
+ Fe l .(32)
l n =0  l  k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n )
Покажем, что эта функция удовлетворяет уравнению (5). Для этого найдём производную от (32) и
подставим в (5). Поскольку ряд (30) сходится, его
можно дифференцировать. Производная от (32) будет
иметь вид:
n
dcsII ( x ) k
( l0 − x − l )k + n−1
k
= D  
−
dx
l n=0  l  k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n − 1 )
∑
kx
∞
n −1
( l 0 − x − l ) k + n −1
−
k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )...⋅ ( k + n − 1 )
−
k −l
k k
k
=
Fe
D  
l
l l n =0  l 
−
k −l
k
= D( l0 − x − l )k −1 +
Fe
l
l
+
k k
k
D  
l l n =1  l 
∑
kx
∫
k −1
= −e
− x − l )k +1 dx.
kx
kx
 (28)
( l − x − l )k + 1
k 
k
e l ( l0 − x − l )k +1 dx .
× −e l 0
+

l ⋅k 
k +1
l ⋅( k + 1 )


kx
e l (l
∫
kx
e l ( l0 − x − l )k −1 dx =
∞
=
В результате искомый интеграл будет вычисляться по формуле:
∫e
Продолжая таким образом и далее, получим формулу:
∞
∑
n −1
. (33)
kx
( l0 − x − l ) k + n − 1
k −
− Fe l
k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n − 1 ) l
Из полной суммы мы выделили слагаемое с
n = 0 . Последние два слагаемых в этом выражении
представляют собой снова функцию csII ( x ) , только
умноженную на
k
и с противоположным знаком. Так
l
что из (33) следует:
(29)
dcsII ( x ) k
k
= D( l0 − x − l )k −1 − csII ( x ) . (34)
dx
l
l
Подставив это в (5), получим тождество, что и
доказывает наше предположение.
Обозначим:
61
−
n
k ∞ k
( l0 − x − l )k + n
= S( x )
 
∑
l n =0  l  k ⋅ ( k + 1 ) ⋅ ( k + 2 )... ⋅ ( k + n )
, (35)
тогда из (32) получим:
kx
−
csII ( x ) = D ⋅ S ( x ) + Fe l .
(36)
Пользуясь этим выражением, составим уравнения для отыскания констант, исходя из условий (9) и
(10).
Ae
B( l0 − 2l )
k ( l0 − 2l )
.
l
= D ⋅ S ( l0 − 2l ) + Fe
−
(37)
k ( l0 −l )
.
l
D⋅l
= D ⋅ S ( l0 − l ) + Fe
Как видно из (35)
(38)
S ( l0 − l ) = 0 .
(39)
−
k −1
Так что уравнение (38) упрощается:
D ⋅l
k −1
= Fe
−
k ( l0 −l )
.
l
(40)
Из этого уравнения можно выразить константу
F = D⋅l
k ( l0 −l )
.
e l
F:
(41)
k −1
Подставим это выражение в (37):
Ae B( l0 − 2l ) = D ⋅ S ( l0 − 2l ) +
+ D ⋅l
k −1
k ( l0 − l )
k ( l − 2l )
− 0
l
l
e
e
=
(42)
= D ⋅ S ( l0 − 2l ) + D ⋅ l k −1e k .
Выразим константу
D=
Ae B( l0 − 2l )
S ( l0 − 2l ) + l k −1ek
Тогда и константу
станту
A:
F=
D:
.
(43)
F можно выразить через кон-
Ae B( l0 − 2l )
S ( l0 − 2l ) + l k −1e k
⋅l
k ( l0 −l )
e l
k −1
.
(44)
Функцию распределения во второй области можно представить выражением:
c sII ( x ) =
+
Ae B( l0 − 2l )
S ( l0 − 2l ) + l k −1e k
Ae B( l0 − 2l )
S ( l0 − 2l ) + l k −1e k
⋅l
k −1
S( x ) +
k ( l0 − l − x )
,
l
e
(45)
csIII ( x ) =
Ae B( l0 − 2l )
S ( l0 − 2l ) + l
k −1 k
e
( l0 − x )k −1 .
(46)
Подставив теперь эти выражения в условие нормировки (11), найдём и константу A .
График предельного распределения представлен
на рисунке 2. На нём серым цветом вновь изображены графики распределения при конечном числе проходов. А жирной чёрной линией показан график предельного распределения. Как видно из рисунка, графики распределения для конечного числа проходов
постепенно приближаются к предельному графику.
3 Исследование предельного распределения
Для построения графиков распределения примесей
при конечном и бесконечном числе проходов была построена программа в среде программирования Делфи.
С её помощью возможно исследование графиков распределений при различных условиях зонной очистки
материала. Эта программа основана на результатах пункта 2 и применима для коэффициентов распределения,
как меньших, так и больших единицы. В частности для
k = 2 она даёт те же результаты, что и для расчёта по
формулам (23). Исследование результатов работы этой
программы показывает, что для коэффициента распределения 0.5 и относительной длине расплавленной зоны,
равной 0.2, десятый проход приводит к распределению,
практически совпадающему с предельным.
Если же относительную длину расплавленной
зоны сделать равной 0.1, то для достаточно близкого
соответствия распределения предельному нужно взять
20 проходов.
Аналогично ведёт себя функция распределения
примеси и при изменении коэффициента распределения. Если для коэффициента 0.5 и ширины расплавленной зоны равной 0.2 нужно 10 проходов, чтобы
практически достичь предельного распределения, то
для коэффициента 0.7 количество проходов должно
быть не менее двадцати.
Если же коэффициент распределения равен 0.2,
то количество проходов для достижения предельного
распределения будет равно 4-5.
Рассмотрим процесс очистки от примесей с коэффициентом сегрегации более единицы.
Если коэффициент сегрегации равен 1.5, то для
достижения предельного распределения достаточно
двадцати проходов, для k = 2 число таких проходов
равно 10.
Но в любом случае при разумных параметрах
очистки 20 проходов соответствуют практически предельному распределению.
Таким образом, чем ближе коэффициент распределения к единице, тем больше нужно проходов для
достижения заданной чистоты материала. Чем меньше относительная длина расплавленной зоны, тем
больше требуемое число проходов зоны.
а в третьей области соответственно выражением:
62
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
УДК 538.9
А.С. Парахин, Л.В. Крайнюченко
Курганский государственный университет
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ
ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ
РЕШЁТКИ
Рисунок 2 - Предельное распределение примеси после зонной
очистки материала для коэффициента сегрегации,
меньшего единицы
Аннотация. В работе построена модель фазированной антенной решётки. Показано, что путём изменения сдвига фаз излучения вдоль линии расположения излучателей можно менять направление главного
максимума излучения и тем самым сканировать пространство на предмет обнаружения воздушных целей.
Ключевые слова: фазированная антенная решётка, модель, сдвиг фаз, главный максимум.
Эффективность первого прохода зоны также зависит от коэффициента сегрегации и относительной ширины расплавленной зоны. С удалением коэффициента сегрегации от единицы, степень очистки в первом
проходе возрастает, так же она ведёт себя и при уменьшении относительной длины расплавленной зоны.
COMPUTER MODEL OF THE
PHASED ARRAY ANTENNA
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе рассмотрен график предельного распределения примесей при зонной очистке. Показано, что
предельное распределение описывается тремя функциями. Установлено число проходов зоны для достижения распределения, практически не отличающегося от предельного.
Abstract. The model of a phased array antenna is
designed. It is shown that by switching radiation phase
along the line of transmitter layout, it is possible to change
the direction of the primary maximum of radiation and by
that to scan the space for the purpose of air target detection.
Index terms: phased array antenna, model, phase
shift, primary maximum.
Список литературы
1 Бочегов В.И., Парахин А.С. Расчёт распределения примесей после нескольких проходов зоны // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естествееные науки». 2012. Выпуск 5. С.83–88.
2 URL: htp://infima.kgsu.ru/
index.php?option=com_content&view=article&id=102:201307-26-06-19-29&catid=34:2013-07-26-05-54-26&Itemid=38
3 Пфан В. Зонная плавка. М: Мир, 1970. 367 с.
4 Cheung T., Cheung N., Tobar C. M. T., Caram R. and Garcia A.
Application of a Genetic Algorithm to Optimize in the Zone
Refining Process Purification // Materials and
Manufacturing Processes. 2011. № 26. P. 493–500.
5 CheunG Thais, Cheung Noe, and Garcia AmaurI. Application of
an Artificial Intelligence Technique to Improve // Journal of
Electronic Materials. 2010. Vol. 39. No. 1. P. 49-55.
6 Mimura Kouji, Sato Takanori, Isshiki Minoru. Purification of
lanthanum and cerium by plasma arc zone melting. //
J Mater Sci. 2008. № 43. P. 2721–2730.
7 Коровкин П.П. Математический анализ. М.: Просвещение,
1974. 463 с.
8 Парахин А.С. Решение физических задач на ЭВМ: учебное
пособие. Курган, 2000. 71 с.
ВВЕДЕНИЕ
Для обнаружения воздушных целей используются
устройства, называемые радарами. Суть работы этих
устройств состоит в том, что в направлении цели испускается электромагнитный импульс и фиксируется время
его испускания. После некоторого времени принимается
отражённый луч, и снова фиксируется время. На этот раз
время прихода отражённого луча. Зная скорость распространения электромагнитного импульса и измерив время
его прохождения расстояния туда и обратно до цели,
можно найти расстояние до цели. Однако прежде чем
измерять расстояние до цели, нужно обнаружить её в
пространстве. Для этого устройство, излучающее электромагнитный импульс, поворачивают вокруг своей оси,
чтобы электромагнитный импульс испускался в разных
направлениях. Поскольку это устройство является механической антенной больших размеров, на её поворот требуется значительное время. Поэтому во многих случаях
механическую антенну радаров стараются заменить электронной антенной, у которой направление испускание
электромагнитного импульса меняется с помощью электронных устройств, сдвигающих фазу излучения соседних излучателей антенны. Такие антенны и называются
фазированными антенными решётками (ФАР).
Изучение ФАР вызывает весьма значительные
трудности у студентов, поэтому построение компьютерной демонстрационной модели является весьма ак-
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
A.S. Parakhin, L.V. Krainyuchenko
Kurgan State University
63
туальным для повышения наглядности в преподавании этого вопроса в вузе.
1 Линейная ФАР
Пусть излучатели в фазированной антенной решётке расположены по отрезку прямой и расстояние
между соседними излучателями равно d . Пронумеруем излучатели слева направо (0,1,…,n-1) . Каждый
излучатель излучает электромагнитные волны равномерно во все стороны.
Тогда фаза электромагнитной волны, пришедшей
в точку сканирования от нулевого излучателя, будет
определяться по формуле:
(1)
ϕ ( 0) = ω ⋅ t − k ⋅ r ,
ω - частота излучателей; k − волновое числоо
излучателей; λ − длина волны; r − расстояние от ну-
от нулевого излучателя. Дополнительное опережение
по фазе равно:
∆ϕдоп = ω ⋅ tдоп ,
(4)
где tдоп − время, которое требуется лучу, чтобы
пройти расстояние AC.
tдоп =
Обозначим ∆ϕ – разность фаз между двумя соседними излучателями, и тогда фаза электромагнит-
ной волны от излучателя с номером j , учитывающая только аппаратный сдвиг фаз, будет равна:
ϕ ( j ) = ω ⋅ t − k ⋅ r − j ⋅ ∆ϕ .
(2)
Считаем, что фаза излучателей уменьшается с
ростом их номера. Найдём теперь дополнительный
сдвиг фазы электромагнитной волны от излучателя с
номером j . Расстояние от нулевого излучателя до
излучателя с номером
j равно:
(3)
l =d⋅ j.
Обозначим треугольник, образованный частью
фазированной решётки, перпендикуляром, опущенным
из излучателя j на направление до цели, и отрезком
между основанием этого перпендикуляра и нулевым
излучателем как треугольник (ABC)(рисунок 1).
AC = AB ⋅ sinθ
A
B
Рисунок 1 - Схема линейной ФАР
Отрезок AC есть то лишнее расстояние, которое
прошёл луч, испущенный нулевым излучателем, по
сравнению с лучом, идущим от излучателя с номером j . Это означает, что луч, идущий от излучателя
с номером
64
j , будет опережать по фазе луч, идущий
(6)
AB = j ⋅ d
∆ϕдоп =
ω
c
⋅ j ⋅ d ⋅ sinθ .
(7)
Тогда с учётом дополнительного сдвига фаза
электромагнитной волны, пришедшей к цели от излучателя с номером j , будет определяться следующим
образом согласно (2):
ϕ ( j ) = ω ⋅ t − k ⋅ r − j ⋅ ∆ϕ +
ω
c
⋅ j ⋅ d ⋅ sin θ .
(8)
Зная фазу волны, можно записать её уравнение:
E( j ) = E0 ⋅ cos( ω ⋅ t − k ⋅ r − j ⋅ ∆ϕ +
ω
c
⋅ j ⋅ d ⋅ sin θ ) , (9)
где E 0 − амплитудное значение напряжённости
электрического поля.
Так как
k=
то
ω
c
,
(10)
E( j ) = E0 ⋅ cos( ω ⋅ t − k ⋅ r − j ⋅ ∆ϕ + k ⋅ j ⋅ d ⋅ sin θ ) . (11)
Чтобы найти результирующее значение напряжённости электромагнитного поля, нужно просуммировать
все электромагнитные волны, пришедшие от разных
излучателей в соответствии с принципом суперпозиции электромагнитных полей:
E=
C
θ
(5)
где c - скорость света.
Отрезок AC найдём из треугольника ABC, треугольник ABC прямоугольный по построению, отрезок
AC в нём есть катет, а угол ABC равен углу θ , углу
между нормалью к оси антенной решётки и направлением на цель. Расстояние AC равно:
где
левого излучателя до точки наблюдения.
Для того чтобы определить фазы электромагнитных волн от других излучателей, нужно учесть, во-первых, аппаратный сдвиг фаз (в нашем случае сдвиг фаз
соседних излучателей одинаковый для всех пар соседних излучателей); во-вторых, сдвиг фаз, обусловленный разностью хода волн от источников до точки
сканирования по отношению к нулевому излучателю.
AC
,
c
n −1
∑ E( j ) .
(12)
j =0
Подставив (11) в (12), найдём выражение для результирующей электромагнитной волны:
E=
n −1
∑ E0 ⋅ cos( ω ⋅ t − k ⋅ r −
j =0
j ⋅ ∆ϕ + k ⋅ j ⋅ d ⋅ sin θ ) . (13)
E0 выносим за знак суммы, косинус под знаком
суммы распишем по формуле Эйлера:
i⋅ d
− i⋅ d
e +e
cosα =
,
(14)
2
где i − мнимая единица. В результате получим
формулу:
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
E = E0 ⋅
n −1 ei( ω ⋅t − k ⋅r − j ⋅∆ϕ + k ⋅ j ⋅d ⋅ sinθ ) + e −i( ω ⋅t − k ⋅r − j ⋅∆ϕ + k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ )
∑⋅
.
2
j =0
Разобьём эту сумму на две суммы, а дробь
(15)
1
вынесем за знак суммы:
2
n −1
n −1
E
E = 0 ⋅ ( ∑ ei( ω ⋅t − k ⋅r − j ⋅∆ϕ + k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) + ∑ e −i( ω ⋅t − k ⋅r − j ⋅∆ϕ + k ⋅ j ⋅d ⋅sin θ ) ) .
2
j =0
j =0
(16)
Раскроем в показателях экспонент скобки:
n −1
n −1
E
E = 0 ⋅ ( ∑ ei( ω ⋅t − k ⋅r )−i( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sin θ ) + ∑ e −i( ω ⋅t − k ⋅r )+ i( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) ) .
2
j =0
j =0
(17)
Экспоненту под знаком суммы представим в виде произведения двух экспонент:
n −1
n −1
E
E = 0 ⋅ ( ∑ ei( ω ⋅t − k ⋅r ) ⋅ e −i( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) + ∑ e −i( ω ⋅t − k ⋅r ) ⋅ ei( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) .
2 j =0
j =0
Под знаками сумм первые сомножители от индекса
(18)
j не зависят. Это значит, их можно вынести за знаки сумм:
n −1
n −1
E
E
E = 0 ⋅ ei( ω ⋅t − k ⋅r ) ⋅ ∑ e −i( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) + 0 ⋅ e −i( ω ⋅t − k ⋅r ) ⋅ ∑ ei( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ ) .
2
2
j =0
j =0
Найдём первую сумму отдельно, для этого в показателе экспоненты j вынесем за скобку как общий
множитель:
n −1
∑e
−i( j ⋅∆ϕ − k ⋅ j ⋅d ⋅sinθ )
=
j =0
n −1
∑e
− j ⋅i( ∆ϕ − k ⋅d ⋅sinθ )
j =0
Всё, что в скобках, обозначим
δ
q=e
m +1
1− q
.
1− q
(24)
Тогда формулу (22) можно преобразовать следующим образом:
−i δ ⋅n
n −1
−iδ j 1 − e
(
e
)
=
∑
.
(25)
1 − e − iδ
j =0
По аналогии находим вторую сумму, но здесь
вместо − δ будет стоять
n −1
∑e
j =0
jiδ
δ
:
i δ ⋅n
= 1−e
.
1 − ei δ
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
E0 i( ω ⋅t − k ⋅r ) 1 − e −iδ ⋅n
E=
⋅e
⋅
+
2
1 − e − iδ
:
По формуле суммы первых членов геометрической прогрессии находим:
Sm =
Подставим найденную сумму в общее выражение для напряжённости электрического поля в точке,
где находится цель:
.(20)
(21)
δ = ∆ϕ − k ⋅ d ⋅ sin θ .
Тогда сумму можно представить следующим образом:
n −1
n −1
∑ e − j ⋅iδ = ∑ ( e −iδ ) j .
(22)
j =0
j =0
В этом виде наша сумма представляет собой
сумму геометрической прогрессии со знаменателем:
−i δ .
(23)
(26)
(19)
+
E0 −i( ω ⋅t − k ⋅r ) 1 − e iδ ⋅n
.
⋅e
⋅
2
1 − e iδ
(27)
Преобразуем полученное выражение. Из числиi δ ⋅n
теля первой дроби вынесем − 2 , а из знаменатеe
iδ
, аналогично из числителя второй дроби e 2
iδ ⋅n
iδ
, а из знаменателя - 2 :
2
e
e
Воспользуемся второй формулой Эйлера:
ля -
−
sin α =
e
i⋅d
−e
2i
− i⋅d
.
(28)
В формуле (27) заменим в числителе и знаменателе выражения с экспонентами через синус:
i( ω ⋅t − k ⋅r −δ ⋅
E
E = 0 ⋅e
2
( n −1 )
)
2
⋅
sin
δ ⋅n
sin
2 ⋅+
δ
2
δ ⋅n
( n −1 )
sin
E0 −i( ω ⋅t − k ⋅r −δ ⋅ 2 )
2 .
+
⋅e
⋅
δ
2
sin
2
(29)
65
В результате мы получаем два слагаемых, в которых вторые сомножители одинаковые, выносим их
за скобку:
E = E0 ⋅
⋅(
sin
δ ⋅n
sin
2 ⋅
δ
2
( n −1 )
i( ω ⋅t − k ⋅r −δ ⋅
)
2
e
( n −1 )
−i( ω ⋅t − k ⋅r −δ ⋅
)
2
+e
2
(30)
).
В получившемся выражении воспользуемся формулой Эйлера для косинуса:
i ⋅d
e +e
cos α =
2
− i⋅d
.
(31)
В результате выражение для результирующей
волны будет иметь вид:
E = E0 ⋅
sin
δ ⋅n
2 ⋅ cos( ω ⋅ t − k ⋅ r − δ ⋅ ( n − 1 ) )
. (32)
δ
2
sin
2
Отсюда видно, что электромагнитное излучение в
точке цели представляет собой также электромагнитную волну с той же самой частотой, но только со сдвигом фаз по отношению к излучению от нулевого излучателя. Кроме того, амплитуда электромагнитной волны отличается от амплитуды волны вблизи излучателя.
Амплитудное значение напряжённости электрического поля результирующей электромагнитной волны с учётом (21) определяется формулой:
1
sin⋅ [ ⋅ ( ∆ϕ − k ⋅ d ⋅ sin θ ) ⋅ n ]
2
Ea = E0 ⋅
. (33)
1
sin⋅ [ ⋅ ( ∆ϕ − k ⋅ d ⋅ sin θ )]
2
дения цели зависит от угла ( θ ), под которым видна
цель по отношению к нормали решётки, и от сдвига
фаз между соседними излучателями ( ∆ϕ ). Это означает, что в одном направлении амплитуда результирующей волны будет одна, а в другом совсем иная.
В связи с этим будет меняться и интенсивность волны, которая пропорциональна квадрату амплитуды:
2
I ~ E0 .
(34)
Интенсивность результирующей волны можно
представить по формуле:
1
sin 2 [ ⋅ ( ∆ϕ − k ⋅ d ⋅ sin θ ) ⋅ n ]
2
I = I0 ⋅
, (35)
2 1
sin [ ⋅ ( ∆ϕ − k ⋅ d ⋅ sin θ )]
2
где
I 0 - интенсивность излучения одного излуча-
теля в точке обнаружения цели.
График этой функции в полярной системе координат показан на рисунке 2, на котором вдоль координатной линии r откладывается интенсивность результирующей электромагнитной волны. Вдоль координатной линии ϕ откладывается θ . Из рисунка 2 видно,
что интенсивность излучения зависит от угла θ немонотонно. Наблюдаются несколько максимумов и минимумов интенсивности. При этом число максимумов
зависит от соотношения между длиной волны и расстоянием между соседними излучателями. Если это
расстояние будет меньше длины волны, то интенсивность излучения будет иметь только один максимум.
График интенсивности в этом случае показан на рисунке 3. Разность фаз между соседними излучателями для графика на этом рисунке равна нулю. Поэтому
направление на максимум строго перпендикулярно оси
решётки.
Если менять разность фаз между соседними излучателями, то направление на максимум интенсивности будет меняться. Так, на рисунке 4 показан график интенсивности для отрицательного сдвига фаз, а
на рисунке 5 - для положительного.
Рисунок 2 - График зависимости интенсивности излучения
ФАР от угла
θ
Из формулы (33) можно заключить, что амплитудное значение электромагнитной волны в точке нахож-
66
Рисунок 3 - График интенсивности излучения ФАР в случае,
когда длина волны излучения больше расстояния
между соседними излучателями
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
внутри некоторого плоского прямоугольника и сосредоточены в узлах равномерной прямоугольной сетки.
Расстояние между излучателями вдоль по оси x обозначим dx , вдоль по оси
y обозначим dy .
Рисунок 4 - Направление максимума интенсивности
излучения для отрицательного сдвига фаз
между соседними излучателями
Рисунок 6 - Диаграмма направленности излучения
линейной ФАР
Найдём результирующую электромагнитную волну, которую излучает решётка в некотором направлении, определяемом углами θ и ϕ – углами сферической системы координат. Полярная ось этой системы направлена по нормали к плоскости решётки. Обо-
значим m − номер линии, а j − номер столбца, в которых находится данный излучатель.
Тогда фаза его излучения будет равна фазе источника, расположенного в начале координат с добавлением смещения фаз по линиям и столбцам.
ϕij = ϕ00 − ∆ϕ x ⋅ m − ∆ϕ y ⋅ j ,
Рисунок 5 - Направление максимума интенсивности
излучения для положительного сдвига фаз
между соседними излучателями
Таким образом, если сдвиг фаз между соседними излучателями сделать функцией времени, луч электромагнитного излучения, соответствующий максимуму интенсивности, будет перемещаться в пространстве, осуществляя его сканирование.
1.2 Двумерная фазированная антенная
решётка
Линейная фазированная решётка позволяет локализовать цели на некотором расстоянии, но с её помощью можно определить только один угол – угол
между направлением на цель и перпендикуляром к
оси решётки. Этого недостаточно, чтобы точно локализовать цель в пространстве. Поскольку сканирующая электромагнитная волна представляет собой конусообразную поверхность (рисунок 6), то сигнал, пришедший после определения цели, может прийти от
любой точки поверхности конуса, и по этой причине
определить точное расположение цели нельзя.
Для того чтобы определить положение цели однозначно, необходимо вместо одномерной ФАР использовать двумерную ФАР.
Будем полагать, что излучатели располагаются
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
где
(36)
∆ϕ x -разность фаз между соседними линия-
ми излучателей;
∆ϕ y - разность фаз между соседними столбцами излучателей.
Кроме этого сдвига фаз, волна, испущенная из-
лучателем с номером m , j , будет иметь дополнительный сдвиг фаз, обусловленный наклоном излучения
по отношению к полярной оси.
z
d
θ
A
m
j
O
ϕ
y
B
x
Рисунок 7 - Двумерная фазированная антенная решётка
Для отыскания дополнительного сдвига фаз рассмотрим рисунок 7. На нём изображены два луча, один
из которых идёт от излучателя, расположенного в начале координат. Второй луч идёт от излучателя с но-
67
мерами
Раскроем скобки и приведём подобные:
вый луч. В результате будет построен треугольник OAB.
Этот треугольник прямоугольный, катет OA в нём представляет собой разность хода двух лучей. Для отыскания дополнительной разности фаз между этими лучами нужно найти длину этого катета. Обозначим длину этого катета d . Тогда координаты точки A можно
определить по формулам:
+ d ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y − d 2 ⋅ sin 2 θ ⋅ sin 2 ϕ ) −
m , j параллельно первому. Проведём из источника с номерами m , j перпендикуляр AB на пер-
x A = d ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ,
y A = d ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ,
(37)
z A = d ⋅ cos θ .
Координаты точки B можно найти по формулам:
xB = m ⋅ d x , yB = j ⋅ d y , zB = 0.
(38)
По построению угол OAB прямой, так что вектор


аOA перпендикулярен вектору AB , и, значит, их ска-
лярное произведение равно нулю, т.е.
d ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ( m ⋅ d x − d ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ) +
d ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x − d 2 ⋅ sin 2 θ ⋅ cos 2 ϕ +
− d 2 ⋅ cos 2 θ = 0 ⇒ d ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x +
= d ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y − d 2 = 0 .
Из последнего уравнения находим:
d = sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x + sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y . (41)
Это и есть разность хода двух лучей, идущих в
одном направлении, один из которых испускается источником, расположенным в начале координат, другой – источником, расположенном в точке с координатами:
(m ⋅ d x , j ⋅ d y ,0) . Зная разность хода лучей,
найдём их дополнительную разность фаз:
∆ϕ = ω ⋅
d ω
= ⋅ (sinθ ⋅ cosϕ ⋅ m ⋅ d x + sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y ) . (42)
c c
Дополнив выражение (36), получим выражение
для полного сдвига фаз между лучами из начала координат и из точки с координатами
d ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ( j ⋅ d y − d ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ) −
(39)
− d 2 ⋅ cos 2 θ = 0
(40)
(m ⋅ d x , j ⋅ d y ,0) :
ϕ mj = ϕ 00 − ∆ϕ x ⋅ m − ∆ϕ y ⋅ j +
+
ω
c
⋅ (sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x + sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y ).
(43)
Это позволяет записать уравнение электромагнитной волны, испущенной источником с координатами
( m ⋅ d x , j ⋅ d y ,0 ) :
ω


E mj = E0 cos ϕ00 − ∆ϕ x ⋅ m − ∆ϕ y ⋅ j + ⋅ (sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x + sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y )  .
(44)
c


Чтобы найти полную электромагнитную волну от всех источников, нужно просуммировать по всем источникам:
E=
n x − 1n y − 1
∑ ∑ Emj
m =0 j = 0
== E0
n x − 1n y − 1
∑ ∑ cos[ϕ00 − ∆ϕ x ⋅ m − ∆ϕ y ⋅ j +ω / c ⋅ (sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅ d x + sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y )] ,
m =0 j =0
(45)
где n x - количество излучателей вдоль по оси ox; n y - количество излучателей вдоль по оси oу..
Преобразуем это выражение следующим образом:
n x −1n y −1
ω
ω


cos ϕ00 − ∆ϕ x ⋅ m + ⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ m ⋅d x−∆ϕ y ⋅ j + ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ j ⋅ d y 
c
c


m =0 j =0
И воспользуемся снова формулой Эйлера (14):
E = E0
∑ ∑
ω
(46)
ω
n −1 i ϕ00 − ∆ϕ x ⋅m + ⋅sinθ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x − ∆ϕ y ⋅ j + ⋅ sinθ ⋅ sinϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 n x −1 y
c
c
+
E=
⋅ ∑ ∑ e
2 m =0 j =0
ω
ω
n −1 −i  ϕ00 − ∆ϕ x ⋅m + ⋅sinθ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x − ∆ϕ y ⋅ j + ⋅ sinθ ⋅ sinϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 n x −1 y
c
c

+
⋅ ∑ ∑ e 
2 m =0 j =0
(47)
Пользуясь свойствами показательных функций, это выражение можно преобразовать так:
ω
ω
n −1 −i  ∆ϕ x ⋅m − ⋅sin θ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x  −i  ∆ϕ y ⋅ j − ⋅sin θ ⋅sin ϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 iϕ00 n x −1 y
c
c
 ⋅e 
+
E=
⋅e
⋅ ∑ ∑ e 
2
m =0 j =0
ω
ω
n −1 i  ∆ϕ x ⋅m − ⋅sin θ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x  i  ∆ϕ y ⋅ j − ⋅sin θ ⋅sin ϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 −iϕ00 nx −1 y
c
c
 ⋅e 

+
⋅e
⋅ ∑ ∑ e
2
m = 0 j =0
68
(48)
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Распределив слагаемые по индексам, от которых они зависят, найдём:
ω
ω

 n −1


−i  ∆ϕ y ⋅ j − ⋅sin θ ⋅sin ϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 iϕ00 n x −1 −i ∆ϕ x ⋅m − c ⋅sin θ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x  y
c
+
E=
⋅e
⋅ ∑ e
⋅ ∑ e 
2
m =0
j =0
ω
ω

 n −1 

i  ∆ϕ y ⋅ j − ⋅sin θ ⋅sin ϕ ⋅ j ⋅d y 
E0 −iϕ00 n x −1 i ∆ϕ x ⋅m − c ⋅sin θ ⋅cos ϕ ⋅m⋅d x  y
c

+
e
⋅ ∑ e
∑e
2
m =0
j =0
Аналогично поступим со всеми дробями, получим:
Введём обозначения:
δ x = ∆ϕ x −
= ∆ϕ y −
ω
c
ω
c
(49)
⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ d x ,δ y =
δ y ⋅ ny
δ ⋅n
sin x x sin
2
2 +
⋅
δx
δy
sin
sin
2
2
δ
ny
⋅
( n y −1 ) 

n
⋅
( n x −1 )
δ
y
 sin x x sin
−i  ϕ00 −δ x ⋅
−δ y ⋅

E0
(55)
2
2
2
2
⋅
+
⋅e 
.
δx
δy
2
sin
sin
2
2
( n y −1 ) 

( n −1 )

i  ϕ00 −δ x ⋅ x
−δ y ⋅
2
2 

E
E = 0 ⋅e 
2
(50)
⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ d y .
Тогда (49) перепишется в виде:
n −1
x
E
E = 0 ⋅ e iϕ00 ⋅
e − iδ x m ⋅
2
m =0
∑
n y −1
∑e
− iδ y j
+
j =0
(51)
Наконец, вынеся за скобки общий множитель и
снова воспользовавшись формулой Эйлера, найдём:
Подобные суммы мы уже находили (25). Так что
(51) будет иметь вид:
δ y ⋅ny
δ ⋅n
sin x x sin
2
2 ⋅ cos ϕ − δ ⋅ ( n x − 1 ) − δ ⋅ ( n y − 1 ) 
E = E0 ⋅
⋅
x
y

 00
δx
δy
2
2
 . (56)

sin
sin
2
2
n x −1
E
+ 0 ⋅ e −iϕ00 ⋅
e iδ x m ⋅
2
m =0
∑
E=
n y −1
∑e
iδ y j
.
j =0
Из этой формулы видно, что результирующая
волна снова той же частоты, но другой фазы и амплитуды. А именно:
− iδ y ⋅ny
− iδ x ⋅ n x
E0 iϕ00 1 − e
1− e
⋅e
+
− iδ x
− iδ
2
1− e
1− e y
iδ ⋅ny
E0 −iϕ00 1 − e iδ x ⋅n x 1 − e y
+
⋅e
.
2
1 − e iδ x 1 − e iδ y
δ y ⋅ ny
δ ⋅n
sin x x sin
2 ⋅
2
Eампл = E0 ⋅
δx
δy .
sin
sin
2
2
(52)
Снова вынесем из числителя первой дроби
e
−i
δ x ⋅n x
2
,
ны:
(53)
e
−i
δx
2
.
Зная амплитуду, можно найти интенсивность вол-
δ y ⋅ ny
δ ⋅n
sin 2 x x sin 2
2 ⋅
2
I = I0 ⋅
δy .
2 δx
2
sin
sin
2
2
а из знаменателя:
(54)
(57)
(58)
Вернёмся к прежним обозначениям:
I = I0 ⋅
sin
2
( ∆ϕ x −
sin 2
ω
c
∆ϕ x −
⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ d x ) ⋅ nx
ω
c
2
⋅ sin θ ⋅ cos ϕ ⋅ d x
2
sin
2
( ∆ϕ y −
sin 2
ω
c
∆ϕ y −
⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ d y ) ⋅ n y
ω
c
2
⋅ sin θ ⋅ sin ϕ ⋅ d y
.
(59)
2
Таким образом, интенсивность результирующей волны зависит от двух углов: полярного и азимутального.
График этой зависимости в 3-d формате показан на рисунке 8.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
69
Если разность фаз сделать функцией времени,
луч электромагнитной волны будет поворачиваться,
сканируя пространство.
Рисунок 8 - График зависимости интенсивности излучения
двумерной ФАР
Как видно из этого рисунка, график представляет
собой совокупность лучей, направленных под разными углами. Как и в одномерной ФАР, чтобы остался
только один луч, нужно выполнить условие: длина волны излучения должна быть больше расстояния между излучателями. Такой график показан на рисунке 9.
Разность фаз между соседними излучателями для этого
рисунка была выбрана нулевой, поэтому луч направлен строго по нормали к плоскости решётки. Если разность фаз будет отлична от нуля, луч будет наклонён в
ту или иную сторону, как показано на рисунке 10.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложенная в работе программа позволяет
смоделировать достаточно сложный процесс интерференции излучения, испускаемого разными излучателями решётки и наглядно показать формирование
луча, сканирующего пространство. Программа может
быть использована в качестве наглядного пособия в
лекционном курсе.
Список литературы
1 Коровкин П.П. Математический анализ. М.: Просвещение,
1974. 463 с.
2 Парахин А.С. Решение физических задач на ЭВМ: учебное
пособие. Курган: Издательство Курганского государственного университета, 2000. 71 с.
3 Парахин А.С. ЭВМ в лабораторном практикуме: учебное
пособие. Курган: Издательство Курганского государственного университета, 2000. 109 с.
4 Ландсберг Г.С. Оптика: учебное пособие для вузов. 6-е
издание, стереотипное. М.: ФИЗМАЛИТ, 2003. 848 с.
5 URL: http://radiosounding.ru/fazirovannaya-antennayareshyotka. html
6 URL:http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/n-i-ch/1968/orbita.html
УДК 546.28 (519.6)
Б.С. Воронцов
Курганский государственный университет
УЧЕТ РАСТВОРИТЕЛЯ В
МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ
МОДИФИКАЦИИ КРЕМНЕЗЕМОВ
Рисунок 9 - График зависимости интенсивности излучения
от углов при выполнении условия - длина волны больше
расстояний между соседними излучателями
Аннотация. Приведены примеры учета растворителя в квантовохимических расчетах моделей поверхностных комплексов кремнезема.
Ключевые слова: модифицированные кремнеземы, молекулярное моделирование, контикуальные
модели растворителя.
B.S. Vorontsov
Kurgan State University
SOLVENT ACCOUNTING IN
MODELING SILICA MODIFICATION
PROCESSES
Рисунок 10 - Наклон луча сканирования при разности фаз
между излучателями, отличной от нуля
Abstract. The article gives examples of accounting
the solvent in quantum chemical computation for models
of silica surface complexes.
Index terms: modified silica, molecular simulation,
continual solvation models.
Таким образом, если разность фаз между излучателями сделать переменной величиной, луч будет
поворачиваться в пространстве, выполняя его сканирование.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из направлений работы вузовско-академической лаборатории «Физическая химия гетерогенных
систем» КГУ является синтез и исследование моди-
Рис. 10. Наклон луча сканирования при разности фаз между излучателями, отличной от
70
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
фицированных органическими соединениями кремнеземов. Актуальность данной области убедительно показана, например, в обзоре [1]. В лаборатории используются экспериментальные методы изучения структуры, такие как ИК-спектроскопия, порометрия; экспериментальное исследование и теоретический расчет протолитических свойств полученных образцов [2].
Для получения дополнительной информации, а также
обеспечения более корректной интерпретации экспериментальных данных нами применяются также различные методы молекулярного моделирования [3; 4],
основу которых составляют квантовохимические расчеты.
Модификация образцов для исследования осуществляется различными методами. При изготовлении по
золь-гель технологии модификация реализуется на
стадии синтеза [5]. Модификацию же используемых
для этой цели промышленных силикагелей проводят,
как правило, в различных растворах веществ, прививаемых к поверхности кремнеземов [6].
В модельном эксперименте изучаемую систему
такого рода представляют в виде молекулярного поверхностного комплекса [7; 8]. В наших работах применен аналогичный подход. Ранее в работе [9] были
представлены результаты исследования влияния жесткости кремнеземного фрагмента в молекулярных моделях поверхностного комплекса, показанного на рисунке 1. Эти молекулярные комплексы изучались с
целью модельной проверки гипотез, высказанных при
интерпретации результатов авторами работы [6]. Образцы для натурных экспериментов в работе [6] получали модифицированием в растворе толуола. Модели
же, аналогичные показанной на рисунке 1, являются
моделями в «вакууме». Для приближения компьютерного эксперимента к натурному нами и продолжена
работа по усложнению моделей.
Рисунок 1 - Пример молекулярной модели «в вакууме»
поверхностного комплекса на основе кремнезема
Современные расчетные комплексы, такие как
GAUSSIAN, GAMESS, Firefly, Hyper Chem, позволяют
проводить расчеты молекулярных комплексов с учетом растворителя. При этом возможны различные методики и варианты таких расчетов [10]. Достаточно
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
эффективной в решении задач учета растворителя
является поляризационная континуальная модель РСМ
(polarizeble continuum model) [11]. В частности, эта
модель была с успехом применена в работе [12] для
объектов, близких к изучаемым нами.
Схематически модель с учетом растворителя в
континуальном приближении показана на рисунке 2,
основа которого взята по адресу [13].
Рисунок 2 - Схема молекулярного комплекса с учетом
растворителя в континуальной модели
Неэмпирические расчеты проведены с базисом
6 - 31G для максимально жесткой модели с учетом
растворителя в приближении РСМ. Толуол включен в
качестве одного из «стандартных» растворителей в пакете Firefly, поэтому дополнительного описания молекул толуола для проведения расчетов не потребовалось.
Учет растворителя привел к значимому изменению энергии модели комплекса с оптимальной геометрией. Изменение же электронных и геометрических характеристик (длин связей, их порядков и зарядов на атомах) находится в пределах погрешности
расчетов этих величин. Энергия комплекса с учетом
его взаимодействия с растворителем по модулю увеличилась (понизилась, т.к. она отрицательна) на
52,2 КДж/моль. Однако энергия самой модели внутри
диэлектрической полости незначительно повысилась
( ≈ 1,43 КДж/моль). Энергия «растворения» при этом
составила 53,63 КДж/моль.
Полученные в лаборатории «Физическая химия
гетерогенных систем» кремнеземы, модифицированные моноэтаноламином, предназначены для работы
в водных растворах [2]. В связи с этим, представляет
интерес проследить изменения, к которым приведет
помещение комплекса в растворитель. В левой части
рисунка 3 расположена модель в «вакууме» жесткого
комплекса кремнезема с моноэтаноламином.
При учете растворителя в приближении РСМ этот
комплекс помещается в диэлектрическую полость объемом ≈ 314
0 3
0 2
А с площадью поверхности ≈ 319 А .
71
«Сольватация» привела к следующим результатам:
отрицательный заряд на атоме азота увеличился по
модулю на 0,01 ( ≈ 1,1%), положительный заряд на каждом из связанных с ним атомах водорода увеличился на 0,012 ( ≈ 3,6%). Заметно изменились характеристики связи С-О, сшивающей привитую молекулу с
кремнеземной поверхностью. Она стала длиннее на
«0,06», а ее порядок уменьшился от 0,626 до 0,603.
Эти изменения свидетельствуют о некотором ослаблении связи привитой молекулы с поверхностью. Аналогичные изменения зарядов и заселенностей предсказывают также незначительное ослабление N-H-связей.
Рисунок 3 - Пример модели комплекса с учетом
растворителя в приближении супермолекулы
Энергия модели в полости, как и в предыдущем
примере, повышается на 7,16 КДж/моль. Энергия
сольватации при этом равна 129,8 КДж/моль, что значительно больше, чем при «растворении» в толуоле –
неполярном растворителе.
При моделировании процесса протонирования
возникает необходимость учета растворителя в супермолекулярном приближении. Оценка энергии протонирования на моделях в вакууме дает нереалистичные
результаты. Так например, энергетический эффект присоединение протона к атому азота в комплексе с моноэтаноламином (-1000 кДж/мол) сопоставим с энергией химической связи (здесь и далее приводятся
результаты полуэмпирического расчета методом PM3).
Так же, как и в работе [11], в состав модели дополнительно к изучаемому комплексу с моноэтаноламином
мы включили кластер из четырех молекул воды. Пример такой модели показан на рисунке 3. При таком
подходе протонирование сводится к переносу протона от кластера воды к поверхностному комплексу.
Стабилизировать модель и перенести протон на атом
азота удается, когда кластер расположен в непосредственной близости от поверхностного комплекса и не
образуется дополнительных водородных связей. Для
переноса протона необходимо затратить энергию порядка 130 КДж/мол. При образовании водородной
связи О(воды) – H—N такой перенос осуществить не
удалось ни при одном из вариантов стартовой геометрии с переносом протона. После оптимизации геометрии во всех случаях устанавливались длины связей:
H—N - 1,84 А , О(воды) – H – 0,97A, т.е. протон возвращался в кластер воды.
72
Список литературы
1 Химия привитых поверхностных соединений / под ред.
Г.В. Лисичкина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 592 с.
2 Шаров А.В., Филистеев О.В. Строение и взаимодействие
с растворами металлоиндикаторов, модифицированных моноэтаноламином // Сорбционные и хромотографические процессы. 2010. №3. С.364-370.
3 Воронцов Б.С., Накоскин А.В. Методические аспекты
квантово-химического моделирования аминокислотных комплексов кальция // Вестник КГУ. Серия «Естественные науки». 2011. №2(21). Выпуск 4. С.120-123.
4 Воронцов Б.С., Москвин В.В. Опыт применения молекулярного моделирования в решении прикладных и научных
задач // Вестник КГУ. Серия «Естественные науки».
2012. №3(25). Выпуск 5. С.78-83.
5 Филистеев О.В., Воронцов Б.С. Получение и свойства
пористых стекол // Вестник КГУ. Серия «Естественные науки». 2011. №2(21). Выпуск 4. С.94-103.
6 Попов И.С., Шаров А.В. Синтез и адсорбция хлорметилдиметилхлорсилана и дихлорметилдиметилхлорсилана
на кремнеземной поверхности // Труды XI Российского
семинара «Компьютерное моделирование физикохимических свойств стекол и расплавов». Курган, 2011.
С. 73.
7 Лыгин В.И. Изменение структуры поверхности кремнеземов при химическом модифицировании // Журнал
физической химии. 1999. Т.68, №5. С.866-869.
8 Лыгин В.И. Модели «жесткой» и «мягкой» поверхности.
Конструирование микроструктуры поверхности
кремнеземов // Российский химический журнал. 2002.
Т.X6V1, №3. С.16-18.
9 Купервассер О.Ю., Жатин С.Н., Мартынов Я.Б., Федулов К.М.
и др. Континуальная модель растворителя: программа
DESOLV – алгоритмы, реализация и валидация //
Вычислительные методы и программирование. 2011.
Т.12. С.246-261.
10 Maurizio Cossi, Nadia Rega, Giovanni Scalmani, Vincenzo
Barone: Energies, structures, and electronic properties of
molecules in solution with the C-PCM solvation model. Journal
of Computational Chemistry. 2003. №24(6). С.669-681.
11 Демьяненко Е.Н., Власова Н.Н., Головкова Л.П. и др.
Изучение адсорбции акридина и профлавина на поверхности кремнезема // ХФТП. 2012. Т.3, №2. С.145-154.
12 Воронцов Б.С. Молекулярное моделирование комплексов
дихлорметилдиметилхлорсилана на поверхности
кремнезема. Зауральский научный вестник. 2013.
№1(3). С.57-59.
13 URL:www.cobalt.chem.ucalgaryca/ziegler/Chem575/Lab8.html
УДК 621. 922
А.Б. Переладов, И.П. Камкин
Курганский государственный университет
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С
ЗАГОТОВКОЙ
Аннотация. В работе описаны методика и результаты исследований изменения показателей и
условий работы режущих зерен с учетом изменения
площади и формы контакта взаимодействия рабочей поверхности шлифовального круга с заготовкой, вследствие износа инструмента. Изучение проводилось с использованием полученных экспериментальных данных и результатов компьютерного
моделирования рабочей поверхности шлифовальноВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
го круга и параметров ее контакта с обрабатываемой заготовкой. Изложены основные принципы разработанной методики корректировки элементов
режима шлифования с целью стабилизации показателей процесса обработки.
Ключевые слова: режущие зерна, шлифовальный круг, рабочая поверхность, компьютерное моделирование, оптимизация режима.
A.B. Pereladov, I.P. Kamkin
Kurgan State University
PARAMETER ANALYSIS OF THE
ABRASIVE WHEEL INTERACTION
WITH THE WORKPIECE
Abstract. The paper describes the methodology and
results of studying the changes of parameters and
conditions of shearing grains considering changes of the
area and form of contact interaction of the abrasive wheel
working surface with the workpiece due to tool wear. The
study was conducted with application of the obtained
experimental data and the results of computer modeling
of the abrasive wheel working surface and of the
parameters of its contact with a workpiece. The article
describes the basic principles of the developed method
of element adjustment of a grinding mode in order to
stabilize the process.
Index terms: cutting grain, grinding wheel, work
surface, computer modeling, mode optimization.
В условиях жесткой конкуренции на мировом
рынке продукции машиностроения большое внимание
уделяется качеству выпускаемой продукции и экономичности производства. К важным мерам, способствующим улучшению качества обработки и снижению
производственных расходов, относится совершенствование режимно-инструментального оснащения
шлифовальных операций, которые в большинстве своем являются финишными и в значительной мере определяют качество поверхностного слоя изделий и
срок их эксплуатации. Доля шлифовальных операций
в общем объеме технологических процессов механической обработки достаточно высока и составляет в
машиностроении в среднем 30-50%, при производстве
двигателей внутреннего сгорания - 60-80%, в инструментальном производстве - до 100%. В настоящее время сохраняется тенденция увеличения доли абразивной обработки при получении точных и качественных
поверхностей с наименьшими затратами.
Эффективность процесса шлифования в значительной степени определяется правильным подбором
характеристик шлифовальных кругов (ШК) и режимов
обработки для конкретных условий. Однако решение
подобных оптимизационных задач связано с определенными трудностями, обусловленными в основном
отсутствием универсальных математических моделей,
адекватно описывающих факторное пространство системы операции шлифования и учитывающих наибоСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
лее значимые элементы. Это, как правило, не позволяет в полной мере использовать все имеющиеся
резервы процесса шлифования в существующих технологических процессах и затрудняет проектирование
операций шлифования для обработки новых сложнолегированных сталей и других труднообрабатываемых
материалов и сплавов с повышенными показателями
твердости, прочности, других физико-механических
свойств, в значительной степени затрудняющих процесс резания.
Решение вопросов, связанных с выбором оптимальных характеристик ШК и режимов обработки для
конкретных условий расчетными методами, сегодня
практически невозможно. Показатели процесса шлифования, определяющие качество обработки поверхностного слоя изделия, в значительной мере изменяются в течение периода стойкости ШК и времени его
работы до полного износа. Причинами этому являются, в том числе, уменьшение размеров ШК, изменение формы его рабочей поверхности (РП), которые, в
свою очередь, приводят к изменению размеров и формы поверхности контакта ШК и заготовки. При этом
меняются параметры и эффективность резания активными зернами материала заготовки, удельная работа
шлифования, режим работы инструмента (осыпание,
самозатачивание, затупление), мощность шлифования, шероховатость шлифованной поверхности, другие значимые показатели.
Необходимый режим работы инструмента (самозатачивания, затупления, осыпания) поддерживается
постоянством определенного соотношения сил резания, действующих на единичные режущие зерна (Рр),
и прочностью их удержания на РП ШК (Руд). Постоянство Рр, очевидно, должно обеспечиваться адекватным изменением режимов обработки. Но в настоящее
время в научно-технической литературе практически
отсутствуют расчетные методики и рекомендации по
рациональной корректировке элементов режима шлифования с целью сохранения требуемых показателей
работы инструмента путем поддержания постоянной
нагрузки на активные абразивные зерна, находящиеся на рабочей поверхности. Кроме того, в справочниках, имеющихся сегодня в распоряжении специалистов металлообрабатывающих предприятий, не учитываются многие важные факторы, определяющие значение Рр (размеры ШК, заготовки, параметры их контакта, многие параметры режима шлифования), в отличие от аналогичных методик расчета режимов резания для лезвийного инструмента, в которых аналогичные данные являются основой математических моделей для определения стойкости, сил и других показателей процесса резания.
Следовательно, определение параметров контакта
инструмента с заготовкой, максимальных и средних
значений длины и глубины резания активными зернами и закона их изменения позволит судить о силах,
действующих на единичные режущие зерна и, соответственно, обоснованно осуществлять корректировку режима работы инструмента в соответствии с изменившимися условиями обработки.
Основной целью проведенных исследований было
73
изучение параметров резания инструментом припуска с учетом изменения размеров и площади (F) поверхности контакта (ПК) РП ШК с заготовкой, затупления вершин режущих зерен в процессе шлифования.
Исследования проводились с использованием
разработанной методики компьютерного моделирования [1] и пакетов инженерных программ твердотельного параметрического трехмерного проектирования.
В процессе исследований решалась практическая задача оптимизации режимов обработки на операциях
шлифования шеек и бочек прокатных валков в условиях ОАО «Уралмашзавод» на вальцешлифовальных
станках фирмы «HERKULES» (Германия).
Ранее [1] были проведены исследования влияния факторного пространства на изменение показателей ПК РП ШК с заготовкой. В качестве изменяемых
факторов процесса обработки учитывались (рисунки
1, 2): диаметр ШК (Dкр), радиус износа РП в осевом
сечении ШК (R), диаметр обрабатываемой заготовки
(Dз), параметры режима шлифования (t – глубина шлифования; Vр – скорость резания), величина круговой
(продольной) подачи заготовки (Vдет), величина поперечной (осевой) подачи ШК относительно заготовки
(Sпоп).
На схеме (рисунок 1) представлены 2 варианта
проекций ПК (для неизношенного (а) и изношенного,
имеющего радиус износа рабочей поверхности R (б)
ШК). Изменение вышеуказанных факторов позволило
получить наглядное представление о форме и размерах ПК.
ле правки (R=0);
- дугами AC, EAI и отрезком прямой СE (при
R=0,5Rmax);
- дугой ААI (при R=Rmax).
Рисунок 2 – Форма профиля модели РП ШК в осевом сечении
Примеры трехмерных изображений, полученных
моделированием поверхностей контакта ШК с заготовкой (вид со стороны оси вращения ШК), приведены
на рисунке 3.
а)
б)
а) R=0, Sпрод=10 мм/об. заготовки;
б) R=0,5Rmax, Sпрод=10 мм/об. заготовки;
в) R=Rmax, Sпрод=40 мм/об. заготовки
в)
Типоразмер ШК 1 900Ч80Ч305
Диаметр заготовки - 1800 мм
Глубина шлифования, t - 0,05 мм
Рисунок 3 – Примеры полученных моделированием
трехмерных изображений поверхностей контакта ШК с
заготовкой (вид со стороны оси вращения ШК)
(а) проекции поверхности контакта для неизношенного ШК;
(б) для ШК, имеющего радиус износа в поперечном сечении РП;
Т – высота ШК; l, (lmax) – длина дуги контакта
(максимальная) ШК с заготовкой; Тр - ширина ПК; Fдо, Fдт –
зоны неэффективного резания активными зернами
(начальная и текущая); Fро, Fрт – зоны эффективного
резания активными зернами (начальная и текущая);
∆o , ∆m – расстояние от нулевой линии границы перехода
(m) от пластического деформирования к
стружкообразованию.
Рисунок 1 – Схема для анализа условий работы режущих АЗ
Форма профиля поперечного (осевого) сечения
модели РП ШК, в зависимости от степени износа инструмента, в процессе моделирования задавалась
следующим образом (рисунок 2):
- отрезками AB и BF при отсутствии «заборного
конуса» в начальный период работы инструмента пос-
74
Влияние упругих и тепловых деформаций в процессе проведения исследований не учитывалось.
Полученные данные позволили составить математическую модель для определения текущей площади
контакта Fт вида:

Rx 
FT = F0 ⋅ 1 + K ⋅ T ⋅
 ,

S
прод 

где Fо – начальная площадь поверхности контакта при R=0 (Fо = lЧSпрод);
К, х – эмпирические коэффициенты.
Параметр tср определяет среднюю глубину шлифования для всей ПК и рассчитывается с использованием зависимости:
=
tср 0, 667 ⋅ t ⋅
F0
,
FT .
Графики зависимостей параметров, рассчитанных
с использованием полученной математической модели, приведены на рисунке 4.
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
Изучение полученных моделированием изображений поверхностей контакта инструмента с заготовкой (рисунки 1, 3) позволило сделать более полный
анализ условий и эффективности работы режущих
зерен.
Из схемы рисунка 1 видно, что увеличение R приводит к увеличению ширины зоны резания (Тр) и уменьшению числа эффективно работающих АЗ и ШК,
вследствие увеличения числа зерен, работающих с
меньшей длиной и, следовательно, глубиной резания,
не позволяющей срезать стружки (зона Fд), осуществляющих только деформирование металла и скольжение по нему. Соотношение площадей зон эффективного резания и деформирования зернами материала заготовки Fр /Fд, разграниченных линией m, условно определяющей начало или конец срезания зернами стружек, в зависимости от направления вращения
ШК, уменьшается, т.е. доля давящих зерен возрастает, что приводит к увеличению удельной работы шлифования по удалению припуска и к снижению эффективности работы инструмента в целом. Положение
линии m (расстояние ∆ ) определяется критической
глубиной внедрения вершин активных зерен в материал заготовки, обеспечивающей стружкообразование. При этом по причине изнашивания вершин режущих зерен требуется большая глубина внедрения их
в материал заготовки для обеспечения возможности
срезания стружки, что приводит к увеличению числа
неэффективно работающих зерен и большим силам
резания. Общее число активных зерен (nа) с увеличением общей площади поверхности контакта также
возрастает, что способствует повышению мощности
процесса и температуры шлифования.
а)
Таким образом, использование вышеприведенных
схем позволяет наглядно увидеть качественную картину нагруженности режущих зерен, распределенных
по поверхности контакта РП ШК с заготовкой, определить количественные показатели их работы, зависимость от изменения режимов, износа РП ШК и вершин режущих зерен, других условий шлифования.
На основе полученных данных для сохранения
исходных режимов работы инструмента (осыпание,
самозатачивание, затупление) были разработаны основы алгоритма оптимизации показателей элементов
факторного пространства процесса шлифования. В
качестве основного критерия и принципа оптимизации
было принято постоянство средней силы резания Рр,
действующей на активные зерна, величина которой
определялась с учетом изменения радиуса износа их
вершин (rаз) и tср. Требуемые значения tср при изменении R, rаз обеспечивались комплексной последовательной корректировкой параметров режима обработки с
доминирующим уменьшением Vр (в 1,30-1,55 раза),
увеличением Sпр (в 1,1-2,0 раза) и t (в 1,10-1,25 раза)
относительно исходных значений. Такой приоритет и
степень изменения факторов в процессе корректировки режима шлифования позволяет сохранить значения отношения Fр/Fд на исходном уровне, эффективность работы режущих зерен и, следовательно, стабилизировать износ инструмента, мощность процесса, свести к минимуму риск термических повреждений шлифованной поверхности, сохранить требуемые
показатели качества по точности и шероховатости обработки.
Результаты исследований были использованы для
назначения оптимальных режимов обработки и их корректировки при проектировании операций шлифования
бочек и шеек прокатных валков на ОАО «Уралмашзавод» (г. Екатеринбург), внедрении и адаптации импортозамещающего инструмента отечественного производства на ОАО «Курганмашзавод» (г. Курган), решении проблем обработки эвольвентных поверхностей зубчатых колес из сложнолегированных сталей и
ряде других проблемных операций абразивной обработки.
Список литературы
1 Переладов А.Б., Кожевников И.В. Изучение геометрических
параметров поверхности контакта шлифовального
круга с заготовкой для схем круглого и плоского
шлифования с использованием твердотельного
моделирования // Вестник Курганского университета.
Серия «Технические науки». 2005. Вып.2. 249 с.
б)
а) F от Dкр (1 – R=0, 2- R=0,5хRmax, 3 - R=Rmax);
б) tср от R
Рисунок 4 – Графики зависимости
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
75
УДК 534.014
И.П. Попов
Департамент экономического развития,
торговли и труда Курганской области
СВОБОДНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ,
ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В
КИНЕТИЧЕСКУЮ
Аннотация. Рассматривается механическая колебательная mm-система, состоящая только из
инертных элементов. Показана возможность возникновения в ней свободных гармонических колебаний. В
mm-системе происходит взаимный обмен кинетической энергией между инертными элементами.
Ключевые слова: колебательная система, инертные элементы, гармонические колебания, частота.
I.P. Popov
Department of Economic Development, Trade and
Labor of the Kurgan Region
FREE MECHANICAL HARMONIC
VIBRATIONS CAUSED BY
TRANSFORMATION FROM
KINETIC INTO KINETIC ENERGY
Abstract. The article considers the mechanical
vibration mm-system consisting only of inert components.
The research shows a possibility of occurrence in such a
system of free harmonic vibrations. In the mm-system
there is a mutual exchange of kinetic energy between the
inert elements.
Index terms: vibration system, inert elements,
harmonic vibrations, frequency.
ВВЕДЕНИЕ
Свободные гармонические колебания основаны
на обмене энергией между элементами колебательной системы [1; 2].
В механическом линейном гармоническом осцилляторе происходит обмен энергией между разнородными элементами – грузом массой m (инертным элементом) и пружиной с коэффициентом упругости k (упругим элементом). При механических колебаниях кинетическая энергия груза преобразуется в потенциальную энергию пружины и наоборот. Существуют
электромеханические колебательные системы, в которых свободные гармонические колебания осуществляются за счет взаимного преобразования потенциальной энергии пружины в энергию электрического
поля конденсатора или кинетической энергии груза в
76
энергию магнитного поля катушки индуктивности [3–5].
Таким образом, колебания сопровождаются самыми
разнообразными вариантами преобразования энергии.
Целью настоящей работы является установление
условий возникновения свободных гармонических колебаний, осуществляемых за счет преобразования
кинетической энергии в кинетическую. Реализующая
такие колебания mm-система должна состоять только
из инертных элементов. Механизм обмена энергией
между ними позволит, в частности, расширить возможности нейтрализации реакции этих элементов на внешние периодические воздействия.
1 Синтез mm-системы
Синтез системы осуществляется на основе двух
исходных условий.
Первое исходное условие. Cистема содержит два
инертных элемента – два груза массой m каждый.
Элементы совершают гармонические колебания
x2 = Asin( ζ + ζ 2 ),
x1 = Asin( ζ + ζ 1 ),
где x1, x2 – текущие координаты грузов, A – амп-
литуда колебаний, ζ – фаза, ζ 1 ,ζ 2 – начальные фазы.
Второе исходное условие. Энергия системы при
колебаниях не меняется
W1 + W 2 = const.
Одновременный учет обоих исходных условий
дает представление о характере связи между инертными элементами. Действительно,
2
2
m  dx1  m  dx2 
const ,

 + 
 =
2  dt  2  dt 
cos2( ζ + ζ 1 ) + cos2( ζ + ζ 2 ) = const2.
Последнее справедливо при условии:
ζ 1 −ζ 2 = ±π 2 .
Полученное соотношение позволяет определить связующее звено между инертными элементами. Таким звеном является устройство, изображенное на рисунке 1.
m
l
ϕ
m
Рисунок 1 - mm система
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
2 Анализ mm-системы
Внешние усилия к грузам не приложены. Масса
промежуточного стержня и трение не учитываются.
Координаты грузов, соответственно,
x1 = l cos ϕ , x2 = l cos( π / 2 − ϕ ) .
(1)
Запись третьего закона Ньютона для грузов с
учётом (1)
m
d 2 x1
dt 2
d 2 x2 1
1
=m
cos ϕ
dt 2 sin ϕ ,
2
d 2ϕ
 dϕ 
2
− cos ϕ sin ϕ 
 − sin ϕ 2 =
dt
 dt 
2
d 2ϕ
 dϕ 
2
= − cos ϕ sin ϕ 
 + cos ϕ 2 ,
dt
 dt 
d 2ϕ / dt 2 = 0.
Решение этого уравнения:
dϕ / dt = C1 ,
ϕ = C1t + C 2 .
Пусть начальные условия
ϕ ( 0 ) = ϕ0 ,
dϕ
(0) = ω0 .
dt
Тогда
C 2 = ϕ0 ,
C1 = ω0 .
При этом (1) принимает вид:
x1 = l cos( ω0 t + ϕ0 ) , x2 = l cos( π / 2 − ω0 t − ϕ 0 ).
Пусть
1)
x1 ( 0 ) + x10 , cos ϕ0 = x10 / l ,
ϕ 0 = arccos( x10 / l )( = arcsin( x20 / l ))
dx 2
( 0 ) = v20 , lω0 cos( ω0 + ϕ 0 ) = v20 ,
dt
2)
ω0 = v20 / x10 ( = −v10 / x20 )
x1 = l cos[( v20 / x10 )t + arccos( x10 / l )] ,
на. После этого первый груз начинает ускоряться за
счет энергии второго груза, который приобретает отрицательное ускорение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлены условия возникновения свободных
гармонических колебаний в mm-системе, состоящей
только из инертных элементов, которые происходят
при обеспечении сдвига по фазе между колебаниями
элементов.
В отличие от традиционных или смешанных [3–5]
колебательных систем при энергообмене между инертными элементами представленной системы вид энергии не меняется, т.е. грузы обмениваются кинетической энергией. При этом суммарная энергия системы
при колебаниях не изменяется.
Другим отличием является то, что частота свободных колебаний системы с инертными элементами
не зависит от параметров элементов и определяется
исключительно начальными условиями. Иначе говоря, в рассмотренной системе могут происходить свободные гармонические колебания с любой изначально заданной частотой.
Колебательные свойства mm-системы могут учитываться при проектировании двигателей внутреннего сгорания, поршневых пневмосистем и прочих преобразователей возвратно-поступательного движения
во вращательное в плане взаимной компенсации реактивного характера масс движущихся частей – поршней, штоков и пр.
Список литературы
1 Попов И.П. Свободные гармонические колебания в системах с однородными элементами // Прикладная математика и механика. 2012. Т. 76. Вып. 4. С. 546–549.
2 Попов И.П. Свободные механические гармонические
колебания в системах с кривошипно-кулисными
механизмами // Вестник Курганского государственного
университета. Серия «Технические науки». 2012. Вып. 7.
№2(24). С. 15, 16.
3 Попов И.П. Свободные гармонические колебания в упругоемкостной системе // Вестник Курганского государственного университета Серия «Естественные
науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 87–89.
4 Попов И.П. Установление частной функциональной
зависимости между емкостью и массой // Вестник
Курганского государственного университета. Серия
«Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 85–87.
5 Попов И.П. Реактивные элементы электрических цепей с
«неэлектрическими» параметрами // Вестник. Самарского государственного технического университета.
Серия «Технические науки». 2010. №4(27). С. 166–173.
x 2 = l cos[ π / 2 − ( −v10 / x20 )t − arcsin( x 20 / l )].
v1 = l( v10 / x 20 ) sin[( −v10 / x20 )t + arcsin( x10 / l )] ,
v2 = l( v 20 / x10 ) cos[( v 20 / x10 )t + arccos( x20 / l )].
Таким образом, грузы массой m совершают свободные гармонические колебания (внешние усилия к
грузам не приложены).
В рассмотренной колебательной системе происходит взаимный обмен кинетической энергией между
инертными элементами. При ϕ = 0 кинетическая энергия первого груза равна нулю, а второго – максимальСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
77
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 543.426:62-7
Е.П. Выхованец, Л.В. Мосталыгина,
Ю.С. Русаков
Курганский государственный университет
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
СПЕКТРОВ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ЖИДКОСТЕЙ АВТОМОБИЛЯ
Аннотация. Методом флуоресцентной спектроскопии исследованы эксплуатационные жидкости
автомобиля (моторные, адгезионные масла). Показано, что спектры флуоресценции имеют характерные максимумы в области 300-330 нм и 340-370 нм.
Пики свидетельствуют о нахождении би- и трициклических ароматических углеводородов. Наличие
максимумов в спектре флуоресценции позволит решать идентификационные задачи путем сравнения
спектра неизвестной жидкости с полученными нами
спектрами.
Ключевые слова: флуоресцентная спектроскопия, эксплуатационные жидкости автомобиля, спектры флуоресценции, пожарно-техническая экспертиза.
E.P. Vykhovanets, L.V. Mostalygina, Y.S. Rusakov
Kurgan State University
COMPARATIVE ANALYSIS OF
FLUORESCENCE SPECTRA OF
OPERATIONAL LIQUIDS FOR THE
VEHICLE
Abstract. The article investigates working liquids for
vehicles (engine, adhesive oils) by means of fluorescent
spectroscopy. It is shown that the fluorescence spectra
have specific maximums within the range of 300-330
nanometers and 340-370 nanometers. The peaks identify
bi-and tricyclic aromatic hydrocarbons. Such occurrences
of maximums in fluorescence spectra will allow for solving
identification problems by comparing the spectrum of
unknown liquid with the spectra received.
Index terms: fluorescent spectroscopy, operating
liquids for vehicles, fluorescence spectra, fire
investigation.
ВВЕДЕНИЕ
Моторные и адгезионные масла часто являются
объектом исследования в практике пожарно-технической экспертизы. При производстве подобных исследований перед экспертом-криминалистом стоит основная задача – идентификация эксплуатационных жидкостей автомобиля. Идентификацию проводят различ-
78
ными аналитическими методами. Среди них заслуживает внимания метод флуоресцентной спектроскопии.
Это быстрый, простой и вместе с тем очень чувствительный метод, который не требует большого количества вещества. Целью настоящей работы является
исследование и сравнение эксплуатационных жидкостей автомобиля методом флуоресцентной спектроскопии.
ПРИНЦИП МЕТОДА
Применение метода флуоресцентной спектроскопии для исследования эксплуатационных жидкостей
основано на способности некоторых органических
молекул, входящих в состав этих жидкостей, флуоресцировать под воздействием излучения в ультрафиолетовой и видимой частях спектра. Такими компонентами в кругу изучаемых жидкостей являются монои полициклические ароматические углеводороды, некоторые присадки к моторным топливам, а также смолистые компоненты.
Способность нефти, отдельных нефтяных фракций и нефтепродуктов люминесцировать известна давно. Этот эффект используется не только в науке, но и
в технике, например, для обнаружения нефтепродуктов (НП) в природных и сточных водах и т.д
В качестве растворителя используют н-гексан
категории «особо чистый» (ОСЧ), так как даже незначительное количество примесей может привести к искажению спектра исследуемого вещества.
Для исследования заполняют кювету ёмкостью 3 мл
гексаном и устанавливают заполненную кювету в кюветное отделение.
Для снятия спектра флуоресценции гексана используют программу «Panorana Pro» (также данную
программу использует для снятия спектра флуоресценции эксплуатационных жидкостей).
Микрошприцем отбирают пробу исследуемого
вещества объёмом 0,1-1 мкл, помещают в кювету с
гексаном, после чего снимают спектр.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Исследовано адгезионное масло для цепей.
Спектр флуоресценции масла представлен нечетко
выраженным максимумом в пределах ~ 310-330 нм,
что характерно для бициклических ароматических углеводородов (БАУ) (рисунок 1). БАУ представляют
собой дифенилы и гомологи нафталина.
Спектр флуоресценции моторного масла 10W-40
mobil 1000 минерального, имеет один интенсивный
максимум в области ~ 310-330 нм, что соответствует
БАУ. На спектре зафиксированы два плеча, одно в
пределах ~ 270-300 нм соответствует моноароматическим углеводородам (МАУ), гомологам бензола, в
частности, ди- и тризамещенным алкилбензолам, другое плечо – в области ~ 350-360 нм, что говорит о наличии в пробе трициклических ароматических углеводородов (ТАУ) (рисунок 2).
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
Рисунок 1 - Спектр флуоресценции адгезионного масла
Рисунок 4 - Спектр флуоресценции моторного лукойл sae
5W 40 масла
Для моторного масла fosser premium LA 5W 10 синтетического характерен интенсивный спектр флуоресценции с одним максимумом в области ~ 330-350 нм, что
свидетельствует о присутствии ТАУ в образце, и второй
максимум в области ~ 270-280 нм (МАУ) (рисунок 5).
Рисунок 2 - Спектр флуоресценции моторного минерального
10W-40 mobil 1000 масла
Изучен спектр флуоресценции моторного синтетического масла, в спектре которого наблюдается два
максимума: один соответствует ароматическим аминам и появляется в области ~ 320-340 нм, другой лежит в пределах ~ 410-430 нм и соответствует полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ), которые, как известно, применяются для повышения октанового числа. Есть в спектре также и слабовыраженный максимум в области ~ 270-280 нм (МАУ) и нечетко выраженное плечо (~ 300-320нм) (рисунок 3).
Рисунок 3 - Спектр флуоресценции моторного
синтетического 5W-49 mobil 3000 масла
Анализ спектра флуоресценции моторного масла
лукойл sae 5w 40 позволяет выделить максимум в области ~ 270-280 нм, что соответствует МАУ, и слабо
выраженный максимум в области ~ 350-360 нм (ТАУ)
(рисунок 4). Наличие плеча в области ~ 410-420 нм свидетельствует о присутствии в пробе ПАУ. Данное плечо
определяет наличие присадок, которые в данном масле добавляются для повышения октанового числа.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
Рисунок 5 - Спектр флуоресценции моторного
синтетического fosser premium la 5W 40 масла
ВЫВОДЫ
Общим дифференцирующим признаком масел
различного назначения является наличие в спектрах
флуоресценции максимумов в областях 300-330 нм и
340-370 нм, соответствующих би- и трициклическим
ароматическим углеводородам.
Соотношение относительных высот максимумов
и форма спектров флуоресценции различных масел
достаточно специфична, что делает возможным решение идентификационных задач путём сравнения неизвестной жидкости с конкретными образцами из гидросистем автомобильной техники.
Полученные аналитические данные будут использованы при производстве пожарно-технических экспертиз и исследований, связанных с анализом нефтепродуктов, в ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Курганской области.
Список литературы
1 Чешко И.Д и др. Техническое обеспечение расследования
поджогов, совершенных с применением инициаторов
горения. СПб., 2002. 131 с.
2 Чешко И.Д. и др. Обнаружение и установление состава
легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при
поджогах: методическое пособие. М., 2010. 89 с.
79
УДК 544.72: 546.48
Л.В. Мосталыгина, Е.Г. Худякова,
К.П. Двухватская, Л.А. Кискина, С.Н. Елизарова,
А.В. Костин
Курганский государственный университет
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ
КАДМИЯ ПИЩЕВЫМИ
ВОЛОКНАМИ МАСЛИЧНЫХ
КУЛЬТУР ЗАУРАЛЬЯ
Аннотация. Изучен процесс сорбции ионов кадмия пищевыми волокнами, выделенными из масличных культур Зауралья. Показано, что скорость сорбции максимальна в первые 5 минут. Получена изотерма сорбции. Проведено математическое описание процесса сорбции с использованием уравнения
Ленгмюра.
Ключевые слова: пищевое волокно, ионы свинца, сорбция, загрязнение окружающей среды.
L.V. Mostalygina, E.G. Khudyakova,
K.P. Dvukhvatskaya, L.A. Kiskina, S.N. Elizarova,
A.V. Kostin
Kurgan State University
STUDYING SORPTION OF
CADMIUM IONS BY DIETARY
FIBRES OF ZAURALYE REGION OIL
CROPS
Abstract. The research has been carried out about
the process of sorption of cadmium ions by dietary fibers
separated from Zauralye region oil crops. It is shown that
the speed of sorption is maximal during the first 5 minutes.
The sorption isotherm is drawn up. Mathematical
formulation of the sorption process with application of
Lengmuir equation is carried out.
Index terms: dietary fiber, lead ions, sorption,
environmental pollution.
ВВЕДЕНИЕ
Среди тяжелых металлов, все более загрязняющих окружающую среду, наибольшей токсичностью
обладает кадмий. Происходит интенсивное накопление этого иона в различных природных объектах. Источники поступления ионов кадмия в окружающую
среду - неочищенные стоки предприятий цветной металлургии, ТЭЦ на угле и нефти, предприятия по производству пластмасс (содержание кадмия может достигать 0,2-4 мг/л), использование фосфатных удобрений; естественные пути поступления - вулканические извержения (вулканические породы содержат до
0,2 мг/кг кадмия), выщелачивание почв. В дождевой
воде концентрация кадмия может превышать 50 мкг/л.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах
80
кадмий содержится в малых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация может достигать десятков микрограммов в 1 дм3 [1].
Через почву и растения большая часть ионов кадмия поступает в организм человека и животных. Высокие концентрации ионов кадмия в организме человека приводят к нарушению функций печени и почек,
а также к деформации скелета.
По химическим свойствам кадмий подобен цинку.
Он может замещать его в активных центрах металлсодержащих ферментов, приводя к резкому нарушению
в функционировании ферментативных процессов [2].
Основным механизмом токсического действия кадмия
считается блокирование сульфгидрильных групп ферментов, которые обеспечивают равновесие оксидантных и прооксидантных процессов в биологических
мембранах. Кадмий также образует комплексы с аминокислотами, полисахаридами, гуминовыми кислотами. Он взаимодействует с компонентами клетки, молекулами клеточных органел и мембран, проникая в
клетку через потенциал зависимые кальциевые канальца. Так, металл оказывает заметное влияние на
обмен нуклеиновых кислот и белка. Он ингибирует включение тимидина в ДНК регенерирующей печени, угнетает синтез белка в печени. Соединения кадмия отрицательно действуют на нервную систему, поражают дыхательные пути и вызывают изменения внутренних органов [3].
Поиск эффективных методов уменьшения подвижности ионов кадмия в природных объектах окружающей среды является актуальной задачей. Целесообразность использования природных сорбентов
очевидна. Они являются экологически чистыми, и их
воздействие безвредно для окружающей среды, человека и животных. Наше внимание привлекли пищевые волокна районированных масличных культур Зауралья. Актуальным в настоящее время является создание композитов на основе двух и более материалов, что позволит плавно менять сорбционные свойства такого материала и воздействовать на ионы металла в «нужном» количестве. Поэтому наши исследования являются первой ступенью на пути создания
таких материалов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для выполнения эксперимента использованы следующие средства измерений, оборудование, материалы и реактивы:
1 рН-метр-иономер Эксперт-001.
2 Индикаторный электрод-кадмийселективный
электрод ХС-Cd-001.
3 Электрод сравнения — хлорсеребряный в КСI
насыщенном.
4 Весы лабораторные аналитические марки GR200 Эй энд Ди(Япония).
5 Встряхиватель марки АВУ-6с.
6 Шкаф сушильный электрический круглый с
терморегулятором, обеспечивающим температуру
нагрева 105-110°С.
7 Колбы мерные, вместимостью 50, 200, 500, 1000 мл
8 Колбы конические, вместимостью 100 мл.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
где С 0 – исходная концентрация ионов
Cd2+ (ммоль/л);
С – концентрация ионов Cd2+ после сорбции (равновесная концентрация) (ммоль/л);
V – объем раствора Cd(NO3)2 (л);
m – масса сорбента (г).
Концентрацию ионов кадмия во всех случаях определяли ионометрически. Подготовку ионоселективного электрода к работе проводили в соответствии с
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
паспортными данными. Для построения калибровочного графика использовали стандартные растворы
нитрата кадмия с концентрацией 1.10-7- 1.10-1моль/л.
Исходный раствор готовили по навеске азотнокислого кадмия, взвешенной на аналитических весах. Остальные растворы готовили последовательным разбавлением.
Ионоселективный электрод подключали к высокоомному (индикаторному) входу иономера или цифрового вольтметра, а электрод сравнения — к входу
«вспомогательный». Электрод сравнения использовали с электролитическим ключом с малым истечением,
заполненным насыщенным раствором хлорида калия.
Проводили подготовку ионоселективного электрода к работе, затем выполняли калибровочное измерение в приготовленных стандартных растворах, последовательно меняя концентрацию раствора от меньшей
к большей. Измерение потенциала при калибровке и
последующем определении концентрации кадмия в
анализируемом растворе проводили в стандартных
условиях. По окончании измерений электрод промывали дистиллированной водой до потенциала ниже
соответствующего потенциала в самом разбавленном
растворе на 5-10 мВ.
По полученным данным строили график зависимости потенциала электрода от отрицательного логарифма концентрации ионов кадмия в стандартом растворе (рисунок 1).
0
-50 0
-100
E,mB
9 Пипетки мерные, вместимостью 5,0; 10,0; 25,0 мл.
10 Стаканы химические, вместимостью 50, 100,
400, 500 мл.
11 Пробки резиновые.
12 Воронка стеклянная.
13 Бюкс стеклянный.
14 Ступка фарфоровая.
15 Бумага фильтровальная.
16 Чашки выпаривательные фарфоровые, вместимостью 200 мл.
17 Вода дистиллированная.
18 Кадмий азотнокислый четырехводный.
19 Калий хлорид.
Для анализа использованы пищевые волокна
(ПВ), которые выделяли из жмыха масличных культур. К навеске жмыха массой 3,0000 добавляли в стакан вместимостью 500 мл стократный избыток дистиллированной воды (300 мл) и кипятили в течение одного часа. Операцию повторяли трижды. Далее отстаивали раствор и отделяли волокно методом декантации. ПВ сушили в течение трех часов при температуре 100°С в сушильном шкафу. Таким образом удаляли свободный крахмал, оксид серы (IV), водорастворимые фракции [4].
Основной стандартный раствор азотнокислого кадмия с молярной концентрацией 1 моль/л готовили растворением 30,8400 г Cd(NO3)2 в 100 мл дистиллированной воды. Растворы с меньшей концентрацией получали путем последовательного разбавления основного стандартного раствора. Для изучения влияния времени контакта сорбционного материала на сорбцию ионов кадмия ПВ навеску сорбента массой 0,5000 г помещали в
50,0 мл исследуемого модельного раствора. Исходная
концентрация ионов кадмия в растворе для каждого сорбента составляла 5,0 ммоль/л. Определение равновесной концентрации ионов кадмия в растворе проводили
через 5, 15, 30, 45, 60, 90, 180 минут после встряхивания раствора на механическом встряхивателе.
Сорбционную способность пищевых волокон определяли в диапазоне концентраций ионов кадмия от
0,5 до 10,0 ммоль/л ( 0,5; 0,7; 1,0; 2,0; 5,0; 7,0;
10,0 ммоль/л). В конические колбы вместимостью
100 мл помещали 50 мл раствора азотнокислого кадмия соответствующей концентрации, 0,5000 г ПВ и оставляли для достижения равновесия на 24 часа. Определяли равновесную концентрацию ионов кадмия
в растворе.
Сорбцию А, ммоль/г рассчитывали по формуле:
-150
1
2
3
4
5
6
7
8
f(x) = -20,86x - 230,57
-200
-250
-300
-350
-400
pC
Рисунок 1 — Калибровочный график
Результаты исследования и их обсуждение
Изучено влияние времени контакта на сорбцию
ионов кадмия на ПВ в интервале от 5 до 180 минут.
Построена зависимость А-t (рисунок 2).
Рисунок 2 - Зависимость сорбции ионов свинца на пищевых
волокнах от времени контакта с сорбентом
В первые 5 минут скорость сорбции составила
6,70·10-4 моль.г/мин. Далее процесс замедляется и че-
81
рез три часа равновесие устанавливается.
Исследования показали, что при максимальной
концентрации 10 ммоль/л сорбция ионов кадмия на
пищевом волокне составляет 0,4 ммоль/г.
на рисунке 4, значения констант A∞ и К могут быть
найдены следующим образом:
A = ctgα
где Z — отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.
Для пищевого волокна значения A∞ и К равны,
соответственно 0,52 ммоль/г и 5,70.
Уравнение принимает вид:
.
Рисунок 3 - Изотерма сорбции ионов кадмия на пищевых
волокнах масличных культур
В пищевых волокнах, полученных нами водным
гидролизом, возможно, преобладают группы, создающие на поверхности ПВ отрицательный заряд, поэтому поверхность ПВ электростатически притягивает
положительно заряженные катионы свинца. Кроме того,
в составе функциональных групп, располагающихся
на поверхности волокна, могут присутствовать катионы, способные к обмену с ионами металла, находящегося в растворе.
Проведено математическое описание процесса
сорбции с использованием уравнения Ленгмюра. Графическое решение этого уравнения позволило рассчитать константы, характеризующие сорбент и растворенное вещество.
Уравнение Ленгмюра имеет вид:
.
Уравнение Ленгмюра в линейном виде:
где А” - предельная сорбция (ммоль/г);
К — константа сорбционного равновесия;
С — концентрация (ммоль/л).
Определены константы уравнения Ленгмюра для
сорбции ионов кадмия на пищевом волокне (рисунок 4).
Как видно из полученных данных, в изученном
интервале температур сорбционная способность ПВ
по отношению к ионам кадмия невелика. Можно предположить, что ионы кадмия электростатически притягиваются к отрицательно заряженным участка поверхности пищевого волокна. Кроме того, возможен обмен с положительно заряженными ионами функциональных групп (ионный обмен) на поверхности природного материала. Увеличить сорбционную активность ПВ можно добавлением других природных сорбентов (например, бентонитовой глины или цеолита).
Создавая композиционные материалы с различным
соотношением природных компонентов, можно варьировать сорбционную активность – увеличивать или
уменьшать ее, добиваясь нужного конечного результата по связыванию ионов кадмия.
Список литературы
1 Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и
экологии человека. М.: Издат. дом «ОНИКС XXI век»:
Мир, 2004. 216 c.
2 Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ,
1994. 237 с.
3 Исидоров В.А. Экологическая химия. СПб.: Химиздат, 2001.
304c.
4 Дудкин М.С.,Черно Н.К., Казанская И.С. и др. Пищевые
волокна. Киев: Урожай, 1988. 152 с.
УДК 544.72:57.044
Л.В. Мосталыгина, М.А. Баймышева,
К.П. Двухватская, Л.А. Кискина, С.Н. Елизарова,
А.В. Костин
Курганский государственный университет
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ
СВИНЦА НА ПИЩЕВОМ
ВОЛОКНЕ
Рисунок 4 — Графическое описание процесса сорбции ионов
кадмия на пищевом волокне
В соответствии с зависимостью, представленной
82
Аннотация. Изучен процесс сорбции ионов свинца на пищевом волокне масличных культур Зауралья. Показано, что скорость сорбции максимальна
в первые 5 минут.
Ключевые слова: пищевое волокно, ионы свинца, сорбция, загрязнение окружающей среды.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
L.V. Mostalygina, M.A.Baimyshev,
K.P. Dvukhvatskaya, L.A. Kiskina, S.N. Elizarova,
A.V. Kostin
Kurgan State University
STUDY OF LEAD IONS SORPTION
USING DIETARY FIBRE
Abstract. The process of lead ion sorption using
dietary fiber of the Zauralye region oil crops is studied. It
is shown that the speed of sorption is maximal during the
first 5 minutes.
Index terms: dietary fiber, lead ions, sorption,
environmental pollution.
ВВЕДЕНИЕ
Постоянно усиливающееся антропогенное давление на объекты окружающей среды приводит к увеличению содержания в них токсичных элементов, которые могут появиться и в пищевых продуктах, а затем и
в организме человека. Наиболее важными в гигиеническом контроле пищевых продуктов (в соответствии с
требованиями, предъявляемыми к пищевым продуктам объединенной комиссией ФАО (Продовольственная организация ООН) и ВОЗ (Всемирная организация
здравоохранения), представленными в документе «Кодекс алиментариус») являются восемь элементов:
ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, медь, цинк, олово и
железо. В России сюда относят еще никель, хром, селен, алюминий, фтор и йод. Среди наиболее опасных
элементов - свинец и кадмий. Эти элементы, накапливаясь во внутренних органах человека, провоцируют
возникновение и развитие тяжелых заболеваний. Наиболее активно накапливается кадмий (в почках), свинец (в почках, печени, замещает кальций в костях).
Устойчивое загрязнение среды обитания человека соединениями кадмия и свинца провоцирует поиски методов уменьшения содержания этих элементов
в организме. Можно использовать два пути: воздействие на вредные факторы среды и воздействие на
организм. Второй путь включает и использование энтеросорбентов природного происхождения (минералы,
растительное сырье и т.п.). Эффективные энтеросорбенты не только уменьшают содержание вредных, но
и являются источником полезных веществ. Часто необходимо снижать концентрацию того или иного иона
не «до бесконечности», а до определенного предела,
то есть «мягко» регулировать его концентрацию в живом организме. В этом плане актуальным является
создание композиционных материалов на основе двух
и более природных сорбентов, варьируя состав которых можно добиваться необходимого результата.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При выполнении количественного химического
анализа были использованы следующие средства
измерений, оборудование, материалы и реактивы:
1) рН-метр-иономер Эксперт-001;
2) индикаторный электрод — свинецселективный
ХС-Pbст.-001;
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
3) электрод сравнения — хлорсеребряный в KCl
насыщенном;
4) весы лабораторные аналитические марки GR200 Эй энд Ди(Япония);
5) встряхиватель марки АВУ-6с;
6) шкаф сушильный электрический с терморегулятором;
7) колбы мерные, вместимостью 50, 100, 200, 500,
1000 мл;
8) колбы конические, вместимостью 100 мл;
9) стаканы химические, вместимостью 50, 100,
400, 500 мл;
10) пробки резиновые;
11) воронки;
12) бюксы стеклянные;
13) ступка фарфоровая;
14) чашки выпаривательные фарфоровые, вместимостью 200 мл;
15) палочка стеклянная;
16) бумага фильтровальная;
17) вода дистиллированная;
18) калия хлорид;
19) свинец азотнокислый.
Для анализа использованы пищевые волокна
(ПВ), которые выделяли из жмыха масличных культур
Зауралья методом водного гидролиза. К навеске жмыха массой 3,0000 г добавляли 300 мл дистиллированной воды и кипятили в течение часа. После чего воду
сливали, добавляли вновь 300 мл дистиллированной
воды и операцию повторяли еще дважды. После отстаивания и декантации пищевое волокно сушили в
течение трех часов при температуре 1000С в сушильном шкафу [1]. Такая обработка приводила к удалению из жмыха свободного крахмала, диоксида серы,
других веществ, растворимых в воде. Содержание
общего крахмала уменьшалось с 10-12% до 4-5%,
белковых веществ на 1-2%.
Основной стандартный раствор нитрата свинца
готовили растворением навески соли массой 33,1200 г
в мерной колбе вместимостью 100 мл. Концентрация
данного раствора 1 моль/л. Для исследований процессов сорбции растворы с меньшими концентрациями 10, 7, 5, 2, 1, 0,7, 0,5 ммоль/л готовили последовательным разбавлением исходного раствора.
Для построения калибровочного графика использовали стандартные растворы нитрата свинца с концентрацией 10-7–10-1 моль/л, которые готовили из основного стандартного раствора последовательным
разбавлением.
Содержание ионов свинца в модельном растворе
до и после контакта с пищевым волокном измеряли
ионометрически. Ионоселективный электрод подключали к высокоомному (индикаторному) входу иономера, а электрод сравнения — к входу «вспомогательный». Хлоридсеребряный электрод сравнения заполняли насыщенным раствором KCl и использовали с
электролитическим ключом с малым истечением.
Ионоселективный электрод промывали дистиллированной водой, а затем проводили калибровочные
измерения в приготовленных стандартных растворах,
последовательно меняя концентрацию раствора от
83
меньшей к большей. Измерения потенциала при калибровке и последующем определении концентрации
свинца в анализируемом растворе проводили в стандартных условиях.
По окончании измерений электрод промывали
дистиллированной водой до потенциала, ниже соответствующего потенциала в самом разбавленном растворе на 5-10 мВ.
По полученным данным построили график зависимости потенциала электрода от отрицательного логарифма концентрации ионов свинца в растворе (рисунок 1).
лены в виде кривых сорбции ионов свинца (II) (рисунок 3).
Рисунок 2 – Зависимость сорбции ионов свинца на пищевых
волокнах от времени контакта с сорбентом
Рисунок 1 - Калибровочный график
Для исследования скорости сорбции ионов свинца на ПВ в конические колбы вместимостью 100 мл
помещали навески сорбента массой 0,5000 г, добавляли по 50 мл раствора свинца с исходной концентрацией 5,0 ммоль/л. Полученную смесь встряхивали
на приборе для встряхивания и через 5, 15, 30, 45, 60,
90, 180 мин проводили измерения равновесной концентрации ионов свинца(II) в растворе ионометрически.
Сорбционную способность пищевых волокон определяли в диапазоне концентраций ионов свинца (II) от 0,5
до 10 ммоль/л (0,5, 0,7, 1,0, 2,0, 5,0, 7,0, 10,0 ммоль/л). В
конические колбы вместимостью 100 мл вносили по
0,5000 г пищевого волокна. В каждую колбу наливали
по 50 мл раствора Pb(NO3)2 соответствующей концентрации. После этого систему оставляли при периодическом перемешивании на 24 часа. Через сутки равновесную концентрацию (С ммоль/л) ионов свинца (II) в растворе определяли ионометрически.
Сорбцию рассчитывали по формуле:
где С0 – исходная концентрация ионов Pb2+ (моль/л);
С – концентрация ионов свинца после сорбции
(равновесная концентрация) (ммоль/л);
V – объем раствора Pb(NO3)2 (л);
m – масса сорбента (г).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение зависимости величины сорбции ионов
свинца на ПВ от времени (режим встряхивания, без
предварительного смачивания сорбента) показало, что
наибольшая скорость сорбции наблюдается в первые
5 минут и составляет 0,24 ммоль/л·мин (рисунок 2).
Изучена эффективность сорбции ионов свинца (II) пищевым волокном. Экспериментальные данные представ-
84
Рисунок 3 – Изотерма сорбции ионов свинца пищевыми
волокнами масличных культур
Максимальная величина сорбции ионов свинца
на ПВ составила 0,17 ммоль/г при исходной концентрации раствора соли свинца 5 ммоль/л.
Проведенное исследование показало, что пищевое волокно сорбирует ионы свинца. Известно, что
основные компоненты пищевых волокон - целлюлоза,
гемицеллюлоза, лигнин, пектин, альгиновая кислота.
По структуре ПВ разнообразны, но в большинстве своем это полисахариды [2]. Однако близость структуры
не приводит к схожести свойств. Отсюда следует вывод, что необходимо изучать разные виды волокон.
ПВ могут существенно отличаться по сорбционным
свойствам. Известно, что волокна содержат в своем
составе огромное количество функциональных групп
несущих положительный или отрицательный заряд. А
значит, волокна могут быть и катионо- и анионообменниками. Могут различаться и механизмы сорбции:
ионный обмен, комплексообразование, электростатическое притяжение, образование водородных связей.
Таким образом, особенности структуры и химического состава приводят к различной субстрат-связывающей способности пищевых волокон по отношению к веществам, то есть одно и то же волокно ведет
себя по-разному в отношении различных веществ (неорганических и органических). Кроме того, разные
виды волокон обладают неодинаковой способностью
к сорбции одного и того же вещества. Полученные
результаты, несомненно, расширят наши представления о свойствах волокон, выделенных из масличных
культур Зауралья. Интересным было бы выявить заВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
кономерности сорбционных равновесий при наличии
в модельном растворе двух и более ионов, что нам
еще предстоит выяснить.
В пищевых волокнах, полученных нами водным
гидролизом, возможно, преобладают группы, создающие на поверхности ПВ отрицательный заряд, поэтому поверхность ПВ электростатически притягивает положительно заряженные катионы свинца. Кроме
того, в составе функциональных групп, располагающихся на поверхности волокна, могут присутствовать
катионы, способные к обмену с ионами металла, находящегося в растворе.
Проведено математическое описание процесса
сорбции (использовали уравнение Ленгмюра). Его графическое решение позволяет найти константы, характеризующие сорбент и растворенное вещество.
Уравнение Ленгмюра в общем виде:
.
Уравнение Ленгмюра в линейном виде:
где A∞ - предельная сорбция (ммоль/г);
К — константа сорбционного равновесия;
С — концентрация (ммоль/л).
Определены константы уравнения Ленгмюра для
сорбции ионов свинца на пищевом волокне (рисунок 3).
сочетании с другими природными сорбентами (глины,
цеолиты) в различных соотношениях могло бы способствовать созданию материалов с заранее заданной сорбционной активностью. Такие материалы можно применять в качестве дешевых экологичных природных сорбентов для очистки природных объектов и
организма человека и животных от тяжелых металлов.
Список литературы
1 Дудкин М.С.,Черно Н.К., Казанская И.С. и др. Пищевые
волокна. Киев: Урожай, 1988. 152 с.
2 Шатнюк Л.Н. Пищевые волокна зерновых культур: новые
тенденции // Хлебопекарное производство. 2011. №2.
С.64-66.
УДК 544.774.2
А.В. Шаров
Курганский государственный университет
ВЛИЯНИЕ МОЛЯРНОГО
СООТНОШЕНИЯ ВОДЫ И
ТЕТРАЭТОКСИСИЛАНА НА
СОДЕРЖАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО
УГЛЕРОДА В СИЛИКАГЕЛЯХ
Аннотация. В работе выявлено минимальное
молярное соотношение воды и тетраэтоксисилана, необходимое для синтеза силикагелей, не содержащих остатков органических веществ.
Ключевые слова: силикагель, золь-гель метод,
термический анализ.
A.V. Sharov
Kurgan State University
Рисунок 3 – Графическое описание процесса сорбции ионов
свинца на пищевом волокне (уравнение Ленгмюра)
В соответствии с представленной на рисунке 3
зависимостью, построенной с использованием экспериментальных данных, реальные значения констант
A∞ и К, могут быть найдены следующим образом:
где Z — отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.
Для пищевого волокна значения A∞ и К равны
соответственно 0,23 ммоль/г и 0,64.
Уравнение принимает вид:
.
Сорбционная способность ПВ по отношению к
ионам свинца невелика, однако использование его в
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
INFLUENCE OF MOLAR RATIO OF
WATER AND
TETRAETHOXYSILANE ON
ORGANIC CARBON CONTENT IN
SILICA GELS
Abstract. The article has defined the minimum molar
ratio of water and tetraethoxysilane required for synthesizing
silica gels without gel residues of organic substances.
Index terms: silica, sol-gel method, thermal
analysis.
ВВЕДЕНИЕ
В синтезе силикагелей как матриц для ковалентной и нековалентной иммобилизации различных веществ особое внимание следует уделять их чистоте.
При получении силикагелей традиционным методом
кислотного гидролиза силиката натрия необходимо
применять отмывку продукта от солей натрия [1]. Если
в качестве исходного вещества используется тетраалкоксисилан, среди продуктов, загрязняющих обра-
85
зец силикагеля, могут быть негидролизованные эфиры кремневой кислоты, остатки кислотных и основных
катализаторов гидролиза и конденсации [2]. Если иммобилизация модификатора производится после синтеза носителя, указанные загрязнители удаляются
прокаливанием при температуре 500–6000С в воздушной среде [3]. Если же внесение органического модификатора происходит в процессе синтеза на стадии
конденсации, последующее прокаливание готового
ксерогеля приведет к его разложению. В связи с этим
актуальным является вопрос подбора условий гидролиза тетраалкоксисиланов для получения образцов
силикагелей, не содержащих примесей органического углерода, кислот и оснований.
В данной работе исследовалось влияние количества воды в смеси для кислотного гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) на содержание органического
углерода в полученных силикагелях.
1 Экспериментальная часть
Применяли тетраэтоксисилан (ТЭОС) фирмы
Merck. В качестве катализатора гидролиза и конденсации использовали концентрированную соляную кислоту (х.ч.). Использовали молярное отношение
n(ТЭОС)/n(HCl), равное 0,33, что соответствует концентрации ионов водорода в растворе для гидролиза,
равной 0,45 моль/л. Молярное соотношение R = n(H2O)/
n(ТЭОС) варьировали от 7 до 20. Для гомогенизации в
исходную смесь вносили 30 мл этанола. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 3
часов, после чего оставляли на 1 сутки и высушивали
при температуре, равной 800С до постоянной массы.
Полученные образцы силикагелей измельчали, просеивали через сито с ячейкой 0,1 мм и промывали до
исчезновения хлорид-ионов в фильтрате.
Содержание общего углерода определяли сжиганием пробы в токе кислорода при 10000С с волюмометрическим определением углекислого газа. Термический
анализ осуществляли на комплексном термическом анализаторе системы Paulik-Paulik-Erday в интервале температур 20–1000ºС со скоростью 100С/мин.
2 Результаты и их обсуждение
Результаты определения содержания общего углерода в полученных образцах представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Содержание общего углерода в образцах
Минимальное содержание общего углерода наблюдается у образцов, полученных при молярном отноше-
86
нии R = 13. В образцах, полученных при R = 15 и 20,
углерод не обнаружен. Наиболее качественная аппроксимация зависимости (коэффициент корреляции
равен 0,9878) наблюдается при использовании экспоненциальной функции
− x −6,84
.
y = −0,07 + 1,41e 2,71
Присутствие углерода в силикагелях может быть
связано с неполным гидролизом ТЭОС и, как следствие, с наличием группы
. Результаты исследования температурных изменений
представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Кривые комплексного термического анализа
силикагелей, полученных при мольных соотношениях
R=n(H2O)/n(ТЭОС), которые равны 7 (а), 10 (б), 15 (в), 20 (г)
Кривые образцов, полученных при R = 15 и 20 (рисунки 2в и 2г), соответствуют кривым комплексного термического анализа чистых силикагелей. Пики на кривых
ДТГ и ДТА при температуре 1500С соответствуют эндотермическому удалению гигроскопичной и физически
связанной с силанольными группами воды. Процесс
начинается при температуре 200С и заканчивается при
2500С. До температуры 6600С протекает разрушение
силанольного покрова с образованием силоксановых
мостиков. По данным термического анализа, на 1 нм2
поверхности приходится в среднем 4,6 группы.
Кривая ДТА на рисунке 2а имеет пики в интервале температур 260–450ºС, на рисунке 2б – 260–440ºС.
По всей вероятности, они соответствует термическому окислению не подвергшихся гидролизу этоксигрупп
кислородом воздуха. Аналогично данным, представленным на рисунке 1, термический анализ указывает
на отсутствие органического углерода в образцах,
полученных при R больше 15.
Таким образом, минимальное молярное соотношение R=n(H2O)/n(ТЭОС) при концентрации ионов водорода 0,45 моль/л, необходимое для получения чистых ксерогелей, равно 15.
Список литературы
1 Айлер Р.К. Химия кремнезема: в 2 т. / пер с англ. М.: Мир,
1982.
2 Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технолоВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
гии нанодисперсного кремнезема. М.: Академкнига,
2004. 208 с.
3 Неймарк И. Е., Шейнфайн Р. Ю. Силикагель, его получение,
свойства и применение. Киев: Наукова думка, 1973. 200 с.
УДК 544.774.2
А.В. Шаров, Т.В. Морозова
Курганский государственный университет
АНАЛИЗ ИОННЫХ РАВНОВЕСИЙ
ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАУКСУСНОЙ
КИСЛОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ
АЛГОРИТМА CLINP 2.1
Аннотация. Для обработки кривых титрования
ЭДТА при разных ионных силах применен алгоритм
CLINP 2.1. Определены термодинамические константы кислотности ЭДТА.
Ключевые слова: ЭДТА, кривая титрования,
термодинамическая константа равновесия, алгоритм CLINP 2.1.
A.V. Sharov, T.V. Morozova
Kurgan State University
работе представлены результаты анализа кислотноосновных равновесий карбоксильных групп этилендиаминтетрауксусной кислоты в водных растворах с
применением программы CLINP 2.1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали потенциометрический метод исследования кислотно-основных равновесий.
Титрование осуществляли при температуре 25±0,5ºС
с использованием иономера «Эксперт 001» (Россия)
с комбинированным рН-электродом при ионных силах
0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4, задаваемых хлоридом
калия. Титрование в каждом солевом фоне проводили
не менее трех раз. Использовали динатриевую соль
этилендиаминтетрауксусной кислоты квалификации
х.ч., в качестве титрантов применяли стандартные
растворы соляной кислоты и гидроксида калия. Соляную кислоту стандартизировали по тетраборату натрия.
Раствор гидроксида калия очищали от карбонатов по
методике, изложенной в [5], и стандартизировали по
соляной кислоте.
Обработку полученных кривых титрования осуществляли с применением программы CLINP 2.1.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ANALYSIS OF THE EDTA ION
EQUILIBRIUMS USING THE CLINP
2.1 ALGORITHM
Abstract. The CLINP 2.1 algorithm is used for
treatment of EDTA titration curves at different ionic
strengths. The thermodynamic acidity constants of EDTA
are identified.
Index terms: EDTA, titration curve, thermodynamic
equilibrium constant, the CLINP 2.1 algorithm.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование химических равновесий с участием различных функциональных групп в сложных системах, таких как почвы, донные отложения, поверхность сорбента и т.д., требует применения различных
численных алгоритмов обработки зависимости состав
исследуемой системы – измеряемое свойство. Применение таких алгоритмов позволяет выявить количество процессов в системе, их константы равновесия,
различные типы функциональных групп [1–3]. Одним
из указанных алгоритмов является алгоритм CLINP,
реализованный в одноименной программе [4]. Одной
из отличительных особенностей алгоритма является
возможность характеризовать равновесия на границе
раздела фаз. В вузовско-академической лаборатории
физической химии гетерогенных систем КГУ ведется
работа по исследованию химических равновесий, протекающих с участием твердых пористых адсорбентов.
Для использования возможностей алгоритма CLINP в
полной мере целесообразно изначально применять его
для исследования равновесий в растворах. В данной
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
Рисунок 1 - Кривая титрования ЭДТА при концентрации
солевого фона, равной 0,01 (точки – интегральная кривая,
линия – дифференциальная кривая)
На рисунке 1 представлен пример кривой титрования раствора ЭДТА. Кривая имеет два скачка, отчетливо отделенные друг от друга на дифференциальной кривой, и три буферные области. В первой области (рН от 2 до 3,5) при движении слева направо происходит отщепление двух ионов водорода в соответствии с процессами (1) и (2). Буферная область при
рН от 5,8 до 6,7 соответствует равновесию (3), а при
рН от 10,5 – процессу (4). Описанные характеристики
кривой титрования совпадают с изложенными в литературе [6]. Для дальнейшего анализа были выбраны
экспериментальные точки, соответствующие буферным
участкам кривой. В качестве базисных частиц при обработке первого участка были выбраны H4Y и H+, второго участка – H2Y2– и H+, третьего участка – HY3– и H+
(Y4– - анион этилендиаминтетрауксусной кислоты). Учитывали протекание следующих процессов в системе:
87
H4Y=H++H3Y–
H3Y–=H++H2Y2–
H2Y2–=H++HY3–
HY3–=H++Y4–
H2O=H++OH–
(1)
(2)
3)
(4)
(5)
фия. Иваново, 2005. С. 57.
2 Данченко Н.Н., Перминова И.В., Гармаш А.В. и др. Определение карбоксильной кислотности гумусовых кислот
титриметрическими методами // Вестн. Моск. ун-та.
Сер. 2. Химия. 1998. Т. 39. №2. С. 127–131.
3 Евсеев А.М., Николаева Л.С. Математическое моделирование химических равновесий. М.: Изд-во МГУ, 1988. 192 с.
4 Холин Ю.В. Количественный физико-химический анализ
комплексообразования в растворах и на поверхности
химически модифицированных кремнеземов: содержательные модели, математические методы и их приложения. Харьков: Фолио, 2000. 290 с.
5 Альберт А., Сержент Е. Константы ионизации кислот и
оснований / пер. с англ. М.: Химия, 1964. 179 с.
6 Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и
комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. 545 с.
7 Васильев В.П. Термодинамические свойства растворов
электролитов. М.: Высш. шк., 1982. С. 267.
8 Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.:
Химия, 1971. 454 с.
УДК 504.064.47
Рисунок 2 - Зависимость концентрационных кислотности
ЭДТА от ионной силы
Зависимость концентрационных констант кислотности от ионной силы для каждой карбоксильной группы ЭДТА (рисунок 2) обрабатывалась с применением
линейной формы уравнения третьего приближения теории Дебая-Хюккеля [7]:
0,5108 I
= pK i0 − cI ,
6)
1 + 1,16 I
0
где pKi и pK – концентрационная и термодиi
намическая константы равновесия; I – ионная сила
раствора; c – эмпирическая константа.
pK i +
В таблице 1 представлены термодинамические
константы, найденные как отрезки, отсекаемые на оси
ординат прямыми на рисунке 2.
Таблица 1 - Показатели термодинамических констант (I=0)
кислотности этилендиаминтетрауксусной кислоты
pK i0
Данные эксперимента
Данные литературных
источников
2,068±0,102
1,99 [8]
pK 0
1
2,822±0,143
2,67 [8]
pK 0
2
0
6,211±0,091
6,27 [8]; 6,32 [6]
pK
3
11,021±0,162
10,95 [8 ]; 11,014 [6]
pK 40
Удовлетворительная сходимость величин констант, полученных в данной работе и представленных
в литературе, позволяет говорить об успешном применении алгоритма CLINP для описания ионных равновесий в растворах ЭДТА.
Список литературы
1 Филиппов Д.В., Улитин М.В., Черников В.В. Потенциометрическое исследование адсорбционных равновесий в
слоях переходных металлов // Проблемы термодинамики поверхностных явлений и адсорбции: моногра-
88
М.Ф. Бирюков1, Н.В. Бирюкова1
А.В. Костин2, Л.В. Мосталыгина2,
А.Г. Мосталыгин2, К.П. Двухватская2,
Л.А. Кискина2
1
ООО НПП «РусОйл»
2
Курганский государственный университет
КЛАССИФИКАЦИЯ ОТХОДОВ И
ТЕХНОЛОГИИ ИХ
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ
Аннотация. Рассмотрены классификации отходов. Дано понятие опасные отходы. Рассмотрены физические, химические, физико-химические, биохимические и комбинированные способы переработки отходов.
Ключевые слова: классификация, отходы, переработка.
M.F. Biryukov1, N.V. Biryukova1
A.V. Kostin2, L.V. Mostalygina2, A.G. Mostalygin2,
K.P. Dvukhvatskaya2, L.A. Kiskina2
1
OOO NPP Rus Oil (LLC)
2
Kurgan State University
CLASSIFICATION OF WASTE
PRODUCTS AND THE
TECHNOLOGY OF WASTE
NEUTRALIZATION
Abstract. The article considers waste classifications.
It offers a definition of hazardous wastes. The article
considers physical, chemical, physical and chemical,
biochemical and combined ways of waste recycling.
Index terms: classification, waste, recycling.
ВВЕДЕНИЕ
Человек в процессе жизнедеятельности постоянВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
но «производит» отходы. Количество отходов на Земном шаре постоянно накапливается. Проблема обезвреживания и переработки отходов остаются одними
из актуальных проблем современности. Понятие «отходы» и сегодня трактуется неоднозначно. В 1998
году в Российской Федерации появилось понятие отходов, данное федеральным законом (ФЗ «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998
года). В соответствии с законом: «отходы производства и потребления (далее отходы) – остатки сырья,
материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция),
утратившие свои потребительские свойства».
СИСТЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ОТХОДОВ
Существуют разные системы классификации отходов. Их делят на группы по материальной субстанции: вещественные и энергетические.
По вещественной форме различают:
- отходы по агрегатному состоянию – газообразные,
жидкие, твердые, пастообразные (условно твердые);
- по химическому составу – органические и неорганические;
- по генезису – бытовые и производственные; производственные делят на промышленные, сельскохозяйственные и промысловые);
- по возможности применения – вторичные материальные ресурсы (используются или пригодны к эффективному употреблению на данном этапе развития
науки и техники) и отбросы;
- по токсическому действию - чрезвычайно опасные отходы (первый класс), высокоопасные (второй
класс), умеренно опасные (третий класс), малоопасные
(четвертый класс), практически неопасные (пятый класс);
- по способности к самостоятельному горению –
горючие и негорючие.
По мнению Ф. Корте с сотр.[1], отходы чаще делят на промышленные (специальные) (95%) и мусор
бытовой, крупногабаритный и с улиц.
Иногда отходы делят на следующие группы:
- некондиционные остатки сырья, материалов,
которые образовались в процессе производства;
- товары, утратившие свои потребительские свойства;
- нецелевые продукты;
- отбросы и мусор.
В последнее время опасность представляет все
увеличивающийся выход опасных отходов, которые
содержат в своем составе вещества, обладающие такими опасными свойствами, как токсичность, пожарои взрывоопасность, высокая реакционная способность;
содержат возбудителей инфекционных болезней и т.п.
Например, неиспользованные ядохимикаты, лекарственные препараты с просроченным сроком годности. Предметом специального исследования являются
радиоактивные отходы. В России масса опасных отходов составляет 5%, в Японии – 0,3%.
Химический состав, класс опасности, вид отхода
определяет путь его дальнейшего движения – захоронение на полигоне твердых бытовых отходов (ТБО), исСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
пользование после переработки или обезвреживание.
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
Технологии переработки отходов можно разделить
на две группы. Первая группа – переработка по схемам и на оборудовании, аналогичном для получения
товарной продукции из первичного сырья (переработка металлолома в сталеплавильных печах). Эти технологии называют «индустриальными». Вторая группа – технологии, применяемые только для переработки вторичного сырья или защиты окружающей среды. Такие технологии названы «утилизационными».
Существует другая классификация – по природе
процесса способы переработки делят на:
- физические;
- химические;
- физико-химические;
- биохимические;
- комбинированные.
Физический способ: изменяются физические, но
не химические свойства (окомкование, брикетирование и т.п.) [2].
Химический способ – изменяется качественный химический состав исходного сырья. На отходы оказывают тепловое воздействие – термические способы переработки: сжигание, газификация, пиролиз, нагревание на
воздухе, в вакууме и т.д. Используют для удаления и
обезвреживания, в первую очередь, органических веществ, некоторых цветных металлов, термической стабилизации грунтов, сжигания строительных отходов и т.п.
Термические методы отличаются разной степенью окисленности атмосферы, в которой проходит процесс. Сжигание горючих отходов проводят в окислительной атмосфере, газификацию — в частично окислительной атмосфере, пиролиз - в неокислительной атмосфере (без доступа кислорода и других окислительных газов) [3].
В процессе сжигания промышленных отходов
образуются оксиды углерода, серы, азота, вода, аэрозоли. Методы сжигания не нуждаются в организации
шламового хозяйства, имеют компактное, простое в
обслуживании оборудование, низкую стоимость очистки отходящих газов [4].
Методы сжигания нельзя использовать для переработки отходов, содержащих фосфор, галогены,
серу, так как возможно образование высокотоксичных
(во много раз превышающих по токсичности исходные отходы) продуктов реакции: диоксинов, фуранов,
гетероциклических соединений. [4]. В процессе сгорания образуются твердые отходы, которые вывозят
на захоронение, а тепло отходящих газов применяют
для выработки пара, электроэнергии, горячей воды для
производственных и бытовых нужд.
Сущность газификации заключается в обработке
угля при 600-1100°С водяным паром, кислородом (воздухом) или диоксидом углерода. В результате образуется равновесная смесь вновь образованных (водород, оксид углерода) и исходных газов. Эта смесь
(генераторный газ, синтез газ), включающая продукт
неполного окисления угля (оксид углерода), а также
водород, обладает восстановительным потенциалом
и используется как газообразное топливо [2; 4]. Газ
89
паро-кислородной конверсии (содержание H2 и CO
доходит до 70%) может использоваться для получения новых органических промышленных продуктов.
Пиролиз используют при сухой перегонке дерева,
коксовании угля, крекинге нефти. Низкотемпературный
пиролиз обычно проводят для получения первичной
смолы — наиболее ценного источника жидкого топлива
и различных химических продуктов. Основная задача
высокотемпературного пиролиза — получение высококачественного горючего газа. Твердый остаток (пиролизный кокс) используют в качестве заменителя природных и синтетических углеродсодержащих материалов,
сорбента при очистке питьевых и сточных вод и т.д.[5].
К другим химическим методам переработки отходов относят осаждение и комплексообразование.
Методы осаждения эффективны при нейтрализации
нерадиоактивных тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd,
Hg и др). Осаждение также применяют для очистки
грунта от полихлорированных бифенилов, хлорированных и нитрированных углеводородов [5].Технологии
комплексообразования используют для связывания
(иммобилизации) тяжелых металлов, полициклических
и ароматических углеводородов, хлорорганики, нефте- и радиоактивных отходов. Комплексообразователями служат неорганические вяжущие вещества типа
портландцемента, зольных, силикатов калия и натрия,
извести, цеолита, алюмосиликатов, бентонита.
Физико-химические методы, включающие взаимосвязанную совокупность физических и химических
превращений, широко применяют в индустриальных
технологиях металлургии, основных химических производств, органического синтеза, энергетики и особенно в природоохранных технологиях (пыле- и газоулавливание, очистка сточных вод и т.п.). В утилизационных способах они образуют наиболее представительную группу методов, используемых в основном не
столько для переработки и утилизации, сколько для
обезвреживания отходов. Сюда относят методы коагуляции и флокуляции, экстракции, сорбции, ионного
обмена, флотации, ультрафиолетового излучения, радиационного воздействия [3; 6].
Биохимические процессы - это химические превращения, протекающие с участием субъектов живой
природы, выполняющих роль биологического катализатора [4]. Они основаны на способности различных
штаммов микроорганизмов разлагать и/или усваивать
многие органические соединения. Продуктом этих
превращений являются вещества неживой природы.
Например, переработки сельскохозяйственной продукции, переработки грунта пропитанного нефтешламом,
а также отходов с получением биогаза, биометаллургии, очистки сточных вод.
Реальные технологии редко могут быть сведены
только к какому-либо одному виду превращений, чаще
это комбинированные процессы.
Разработка и применение технологий использования и обезвреживания отходов на предприятии ООО НПП «Рус-Ойл»
Количество наименований (видов) отходов от сторонних предприятий, поступающих на предприятие
90
ООО НПП «Рус-Ойл», составляет 228 наименований
(вида) отходов, образующихся в процессе разных
видов производственной деятельности предприятий.
Деятельность по обезвреживанию опасных отходов основана на высокотемпературном локальном их
сжигании. Используемая технология обезвреживания
применима к наиболее «проблемным» отходам, запрещенным к размещению на свалках ТБО, предусматривает высокоэффективные методы защиты окружающей среды, включая систему очистки отходящих газов. В настоящее время подходит к завершению процесс согласования проектной документации на установки по термическому обезвреживанию отходов. Таким
образом, с началом их функционирования станет возможным решение в г. Кургане и области проблем уничтожения многих видов производственных отходов.
Применяемое оборудование сертифицировано и
имеет разрешительные документы на применение.
Предприятием реализуется поэтапный ввод в эксплуатацию участков обезвреживания отходов:
1 Участок сбора и временного хранения отходов.
2 Участок установки «Форсаж-1».
3 Участок установки «УЗГ – 1м».
4 Участок биологической обработки отходов
5 Площадка для временного складирования и сортировки отходов.
Предприятие располагает необходимыми ресурсами для проведения мероприятий очистки и рекультивации почв в местах разливов нефтепродуктов с
использованием сорбирующих материалов и специального оборудования – «нефтесборщиков».
На данный момент рекультивация загрязненных
нефтью и нефтепродуктами земель, очистка грунта от
нефтепродуктов, а также песка и нефтешлама проводится с использованием целого комплекса мер, который при грамотном формировании целостной технологической цепочки дает превосходные результаты при
высокой производительности процесса.
Рассмотрим один из наиболее эффективных методов на сегодняшний день, состоящий из нескольких этапов и позволяющий достигать полного обезвреживания отходов. Этот метод является преимущественным при переработке нефтешламов и грунтов с
высоким содержанием углеводородов.
Для очистки загрязненных почв необходима температура примерно 315-4270С. Причем самым эффективным и экономичным термическим методом переработки загрязненных почв является огневой подогрев
с использованием тепла горелки прямого действия,
контактирующего с перерабатываемым материалом.
Нагрев почвы или шлама до температур, близких
к точке кипения, показал свою эффективность для снижения концентрации загрязненных веществ до приемлемого уровня. Данный процесс отвечает и довольно
жестким требованиям Агентства по охране окружающей среды США (USEPA). Выбор данного метода рекомендован специалистами USEPA для применения
на территории США не только для очистки материалов
от безопасных загрязнений, но и от опасных веществ.
Данный метод состоит из термического обезвреживания и биологической обработки.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
1 этап (изыскательный)
На этом этапе происходит полное исследование
объекта работ, состоящие из:
а) определения объемов разлива, проникновения
нефтепродуктов в грунт;
б) определения агрегатного состояния отходов;
в) определения физико-химического состава отходов.
Вышеуказанные составляющие необходимо принимать во внимание для определения способов, технологических процессов, на основании которых составляются планы производственных работ (ППР)
объекта. Производится согласование ППР, сметной
документации, оформление допусков, проверка знаний безопасных методов и приемов работ.
2 этап (подготовительный)
Согласно ППР производятся подготовительные
работы: в случае удаленности объекта разворачивается полевой лагерь с выносом ограждения, предупредительных табличек и определением места социально-бытового назначения (туалет, душ, столовая).
Проводятся подготовительные работы для развертывания установки и подключения к энерго- и теплоносителям.
Проводится инструктаж персонала, проверяется
снаряжение, средства индивидуальной защиты.
Подготавливается щит пожаротушения, план эвакуации.
Назначается приказом руководитель, ответственные
лица, специалисты. В приказе отражается режим работы.
Происходит процесс подготовки шлама до кондиций, необходимых по техническим условиям установки УЗГ-1м.
3 этап (производственный)
Согласно ППР и технологическому процессу в
рамках этапа №1 производится перемещение загрязненного грунта на установку производительностью
6 т/час. Переработанный грунт складируется и затем
производится забор проб для проведения анализа отходов специализированной организацией.
В случае подтверждения качества очистки грунта, его возможно использовать как межслоевую подсыпку, например на полигонах ТБО.
В зависимости от технического задания заказчика предприятие может произвести рекультивацию земель и озеленение территории.
Обработка загрязненного грунта биологически
активными веществами допустима в случае подходящих параметров для этого вида работ (от 5 до 10%
загрязненности легкими углеводородами).
Заключительный этап
Происходит сдача-приемка работ, согласование
с заказчиком объема и качества работ.
Работы по очистке резервуаров и емкостей
от нефтепродуктов
Одним из направлений деятельности предприятия является также производство работ по очистке
резервуаров от нефтепродуктов, мазутохранилищ и
демонтажу высотных емкостей. Работы производятся
при помощи аппаратов высокого давления для подаСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
чи промывающей жидкости и технических моющих
средств нового поколения. Деэмульгирующая способность моющих растворов является основой для ведения отмывки в замкнутом, бессточном режиме, так
как загрязненный рабочий раствор разделяется после отмывки на твердые взвешенные частицы, отмытый углеводород и моющий раствор, который, в свою
очередь, может быть использован многократно.
Деятельность предприятия с отработанными
нефтепродуктами
Одним из стержневых направлений деятельности предприятия является сбор от сторонних организаций нефтесодержащих отходов и их переработка. В
целях охраны окружающей среды от загрязнения все
отработанные нефтепродукты подлежат обязательному сбору. Отработанные нефтепродукты подлежат регенерации, очистке и могут быть использованы взамен других нефтепродуктов в соответствии с нормативно-технической документацией. Общетехнические
требования к этому виду отходов установлены ГОСТ
21046-86 «Нефтепродукты отработанные», который
введен в действие с 01.01.1987 г.
Основными направлениями использования отработанных масел являются следующие:
· Использование отработанных масел в качестве добавки к сырью при нефтепереработке, а также
в технологических и энергетических целях.
· Регенерация отработанных масел на специализированных установках для получения качественных компонентов масел.
· Применение отработанных масел в качестве
компонентов котельных топлив, т.е. вовлечение их во
вторичное использование.
В качестве технологических процессов обычно
соблюдается следующая последовательность методов:
· Механический метод – отстаивание для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений.
· Теплофизический метод – выпаривание, вакуумная сушка.
· Физико-химический метод – коагуляция, адсорбция.
Предприятием ООО НПП «Рус-Ойл» используются механические и теплофизический методы очистки
с целью удаления из отработанных масел продуктов
загрязнения, извлечения из отработанных масел полезных сырьевых компонентов.
Механический метод очистки заключается в отстаивании отработанных масел, в расслоении легких
и тяжелых фракций отходов за счет разницы их удельного веса. В результате отстаивания от масел отделяются механические примеси и вода.
Одним из широко распространенных направлений использования отработанных нефтепродуктов является вовлечение их в производство топлива. Такой
путь предусматривает использование отработанных
нефтепродуктов как таковых или их очистку с применением процессов отстаивания, фильтрации и центрифугирования. Одним из эффективных способов использования отработанных масел может быть их применение в качестве добавок к котельному топливу. При
91
этом стоимость отработанного масла практически становится равной стоимости дизельного топлива.
Отработанные нефтепродукты целесообразно использовать в виде топливных (топливо-масляных) смесей (ТС) и водотопливных эмульсий (ВТЭ), приготовленных с заданными составом и качеством. Приготовленные на основе нефтяных отходов ТС и ВТЭ, а
также обработанные отработанные масла используются в качестве топлива для котельных установок, сжигающих топливный мазут.
Для осуществления возможности использования
смесей отходов масел с товарными топливами физикохимические показатели таких смесей приводятся в соответствие с действующими стандартами на нефтяное
топливо. Основные физико-химических показатели нефтеостатков (вязкость, содержание механических примесей, водорастворимых щелочей и кислот, плотность)
находятся в пределах требований ГОСТ 10585-75 на
мазут М-40. Опубликованные результаты научных исследований показали, что превращение обводненных мазутов в однородные стойкие эмульсии путем применения механических диспергаторов, барботирования топлива сжатым воздухом или паром дает возможность
сжигать их в качестве котельного топлива.
Для снижения температуры вспышки отработанных масел (150-3500С) к отработанным маслам добавляются нефтепродукты группы СНО с температурой
вспышки 20-400С, представляющие собой нефтяные
промывочные жидкости в виде следующих отходов:
керосин отработанный после мойки деталей, уайт-спирит отработанный после мойки деталей.
Для сбора от сторонних предприятий отработанных масел и их временного хранения на промплощадке предприятия ООО НПП «Рус-Ойл» используются
наземные приемные резервуары разной вместимостью. Предприятие располагает резервуарами вместимостью 75 м3, 50 м3, 25 м3, 10м3, 8 м3, а также большим количеством емкостей, контейнеров, вместимостью от 50 л до 1 м3. В арсенале компании имеются 3
емкости фильтрации и трехступенчатой очистки отработанных нефтепродуктов. Компания оснащена грузовым спецавтотранспортом, передвижной перекачивающей станцией, различными видами автономного
насосного оборудования.
Список литературы
1 Корте Ф., Бахадир М., Клайн В. и др. Экологическая химия /
пер. с нем.; под ред. Ф. Корте. М.: Мир,1997. 396 с.
2 Решетько М.В. Рациональное природопользование: учебное
пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2011. Часть II. 168 с.
3 Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Ч. 3.
Защита литосферы: текст лекций по дисциплине
«Процессы и аппараты защиты окружающей среды» /
сост. И.Г. Кобзарь, В.В. Козлова. Ульяновск: УлГТУ, 2007.
100 с.
4 Лотош В.Е. Экология природопользования. Екатеринбург:
Из-во Ур. гос. эконом. ун-та, 2000. 540 с.
5 Бельдеева Л.Н., Лазуткина Ю.С., Комарова Л.Ф. Экологически безопасное обращение с отходами / под общей
ред. Л.Ф. Комаровой / Алт. гос. техн. ун-т
им. И.И. Ползунова. Барнаул: Изд-во «Азбука», 2006. 179 с.
6 Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей
среды (теоретические основы): учебное пособие.
Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. 325 с.
92
УДК 612.67:612.75.015
А.Н. Накоскин1, П.Л. Дудин2
1
Клинико-экспериментальный лабораторный
отдел;
РНЦ «ВТО» имени акад. Г.А. Илизарова, Курган
2
Курганское областное бюро судебномедицинской экспертизы
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СОСТАВА КОСТНОЙ ТКАНИ В
ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАСПОРТНОГО
ВОЗРАСТА ИНДИВИДУУМА
Аннотация. Проведено исследование костной
ткани трупов практически здоровых людей без явной
костной патологии, погибших от травм. Определен
состав компактной и губчатой кости. Выявлена зависимость между паспортным возрастом и показателями биохимического состава костной ткани.
Ключевые слова: костная ткань, паспортный
возраст, биологический возраст.
A.N. Nakoskin1,P.L.Dudin2
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of
Health and Social Development of Russia, Kurgan
2
Kurgan Regional Forensic Medical Examination
Agency
1
BIOCHEMICAL VALUES OF BONE
TISSUE COMPOSITION IN
IDENTIFICATION OF REAL AGE OF
THE INDIVIDUAL
Abstract. The study of bone tissues of healthy people
with no apparent orthopedicpathology due to trauma
casualty is carried out. The composition of compact and
spongy bone is defined. The relationship between the
real age and biochemical values of bone tissue is
established.
Index terms: bone tissue, real age, biological age.
Практическое определение биологического и паспортного возраста трупов неизвестных лиц, останков
трупов в судебно-медицинской экспертизе является
одной из сложных и актуальных задач, стоящих перед экспертом.
С самого начала своего развития судебная медицина содержала в своем основании теоретическую
базу соответствующих разделов медицины. При невозможности определения возраста эксперты пользовались данными анатомии, гистологии, позже — рентгенологии и др. Однако при исследовании возрастных особенностей рентгенологи, гистологи, анатомы
основное внимание уделяют собственным задачам,
не совпадающим с судебно-медицинскими целями.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
Основной целью этих ученых является поиск закономерностей развития и старения организма в целом и
отдельных систем, а также направление и механизм
инволюции. Основным приемом возрастной морфологии является разделение изучаемого возрастного периода на отдельные (нередко произвольные) интервалы с выявлением характерного для каждого из них
комплекса морфологических деталей [3, 5].
Подавляющее большинство судебно-остеологических работ проведено в подобном же аспекте. Однако этот подход недостаточно отвечает потребностям практической экспертизы, которая занимается
единичным объектом анализа. Эксперт испытывает
большие затруднения в интерпретации выявленных
показателей, которые в силу асинхронной изменчивости каждого индивидуума имеют слабую степень связи
с конкретным возрастным интервалом и уровнем значимости его в общем комплексе изменяющихся деталей [9].
Отсутствие единых рекомендаций по оценке индивидуальной изменчивости вынуждает эксперта проводить интерпретацию по своему усмотрению, что
приводит к снижению информативности и точности экспертного вывода.
Еще большую трудность для экспертной оценки
представляют неконкретные, расплывчатые, трудно
или вообще не дифференцируемые определения, которыми пользуются авторы при характеристике отличий морфологических деталей кости в различных возрастных периодах. Критерии, не имеющие численного значения, приводят к широкому субъективизму и
произвольной оценке наблюдаемых деталей формы и
структуры кости и, как следствие, к ошибочному или
неопределенному выводу о биологическом и паспортном возрасте умершего.
Даже если показатель является четко дифференцируемым и в его отношении выявлена возрастная динамика, он может не иметь экспертного диагностического значения, по крайней мере, без специально разработанной системы оценки.
Таким образом, сложившееся на сегодняшний
день состояние экспертизы возраста по костным останкам объясняется, на наш взгляд, отсутствием данных о характере и границах индивидуальной изменчивости показателей, имеющих возрастную динамику, о степени их корреляции с паспортным возрастом
жизни человека и явной неопределенностью и глубоким субъективизмом предлагаемых критериев, а также отсутствием специальной экспертной системы
оценки определяемых показателей.
В настоящее время имеются все технические
возможности для преодоления названных трудностей.
Необходим лишь иной подход к изучению возрастных особенностей скелета. Нам представляется перспективным не деление всего периода жизни на отрезки той или иной продолжительности с выделением
комплекса характерных для них признаков, а анализ
каждого отдельного признака в возрастном аспекте с
установлением границ наличия и разработкой схем их
распределения по возрастным интервалам с учетом
степени связи как с возрастом, так и с другими покаСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
зателями, для чего необходимо применять как парный, так и множественный корреляционный анализ.
В настоящем исследовании нами была предпринята попытка с точки зрения биохимического состава
костной ткани обнаружить корреляционную взаимосвязь с паспортным возрастом индивидуума.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования были выполнены на 50 трупах людей в возрасте от 17 до 84 лет, умерших от травм и по
оценке эксперта и патологоанатома не имевших явной костной патологии. Объектом исследования послужили 50 образцов компактной и 50 образцов губчатой костной ткани, выделенные у трупов из верхней
трети диафиза бедренной кости и её головки. Образцы костной ткани лиофильно высушивались, обезжиривались и измельчались. В костной ткани проводили
определение количества фосфат-ионов фотометрическим методом с молибдатом аммония в присутствии
малахитового зеленого [1]. Сульфатную серу определяли турбидиметрическим методом с хлористым барием в присутствии полиэтиленгликоля со степенью
полимеризации n=20000 [2]. Количество ионов Са2+ и
Мg2+ в озолятах костной ткани определяли с помощью
наборов фирмы Vital diagnostics SPb (Россия). Гексозамины определяли с реактивом Эрлиха [8]. Определение уроновых кислот проводили карбазоловой реакцией [7]. Сиаловые кислоты определяли тиобарбитуровым методом [10]. Количество коллагена, содержащегося в костной ткани, выявляли по содержанию
аминокислоты гидроксипролина после предварительного гидролиза ткани с последующим определением
аминокислоты с реактивом Эрлиха [6].
Определение нуклеиновых кислот. Количество
ДНК и РНК определяли после щелочного гидролиза и
последовательной экстракции из костной ткани хлорной кислотой. Экстракты нуклеиновых кислот фотометрировали на спектрофотометре Ultrospec-2 при 270 и
290 нм. Количество ДНК и РНК выражали в мг Р на
100 граммов сухой обезжиренной костной ткани [4].
Статистическую обработку результатов исследования проводили методами вариационной статистики.
Исследование корреляции паспортного возраста и
биохимических показателей проводили с применением рангового критерия Спирмена.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Определяемые нами отдельные показатели биохимического состава костной ткани изменялись незначительно. В связи с этим нами были разработаны индексы, наиболее полно отражающие изменения, происходящие в костной ткани с возрастом. Результаты
корреляционного анализа представлены в таблице 1.
Прежде всего, наибольшие изменения с возрастом происходят в губчатой костной ткани, там выявлено большее количество исследуемых связей как у
мужчин, так и у женщин. Нами отмечено, что количество РНК имеет значимый коэффициент корреляции с
возрастом в губчатом веществе у лиц обоего пола, в
компактной костной ткани такой корреляции не обнаружено. Остальные корреляционные связи не совпа-
93
Таблица 1 - Корреляция между паспортным возрастом и
химическим составом костной ткани у практически
здоровых людей по Спирмену
Фосфат
Сульфат
Женщины
Компактная кост- Губчатая костная ткань
ная ткань
r,
r,
СпирР
СпирР
мена
мена
-0,458*
0,086
0,18 8 0,502
-0,403
0,137 -0,454 0,089
Сиаловые кислоты
Гексозамин
РНК
Кальций/ко ллаген
Неорг/орг
-0,408
0,045
-0,152
-0,2 38
-0,199
0,670
0,018
0,029
0 ,06 4
0,024
0,480
0,131 -0,120
0,874 -0,599
0,589
0,56 2
0 ,09 3 -0,2 52
0,478
0,58 0
Мужчины
0,004
0,17 8
Фосфат
Кальций
Уроновые кислоты
ДНК
РНК
0,301
0,443
-0,184
-0,060
0,079
0,008
0,291
0,733
0,39 9
-0,077
-0,337
-0,572
0,018
0,662
0,048
0,0003
Кальций/ко ллаген
Кальций*магний/коллаген
-0,361
0,033
-0,408
0,015
0,390
0,021
0,20 1
0,248
0,306
* Курсивом выделены значения коэффициента корреляции, определенные с уровнем значимости Р<0,05
Для исследования отношений компонентов кости
друг к другу нами предлагается использовать отношение органической и неорганической фракций кости, вычисляя для этого индекс кальций/коллаген. В
результате расчета этого индекса нами выявлена обратная корреляционная взаимосвязь по Спирмену с
возрастом r=-0,4 (Р=0,002) в костной ткани мужчин. У
женщин подобная зависимость проявилась несколько слабее. Также в спонгиозной ткани мужчин нами
выявлено нарастание с возрастом индекса (ДНК*РНК*
коллаген)/(Са2+)2. Такой индекс описывает пролиферативную и экспрессивную функцию клеток костной ткани, обусловливающую синтез органической матрицы
– коллагена, отнесенной к основному компоненту неорганической матрицы. Результат зависимости представленного индекса от паспортного возраста показан
на рисунке1.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что существует корреляционная
связь между паспортным возрастом индивидуума и
биохимическими показателями костной ткани. Нами
предложены индексы (коэффициенты), отражающие
возрастные изменения в составе костной ткани – кальций/коллаген и (ДНК*РНК*коллаген)/(Са2+)2. Применение этих индексов в практической работе бюро судеб-
94
но-медицинской экспертизы представляется перспективным. Используя уравнение регрессии, полученной
корреляционной взаимосвязи, возможно определение
паспортного возраста с погрешностью 5 лет:
ПВ=-0,0319+0,0025*x-1,6501E-6*x2, где ПВ – паспортный возраст, х – индекс (ДНК*РНК*коллаген)/(Са2+)2.
Однако для получения более точных данных необходимо проведение более масштабных исследований,
которые позволят рассчитывать паспортный возраст
индивидуума на основе показателей биохимического
состава костной ткани.
0,5
0,4
Индекс ДНК*РНК*Коллаген/(Са 2+)2
дают у мужчин и женщин, что, на наш взгляд, обусловлено отсутствием возможности сбора информации
об уровне жизни пострадавших, наличии сопутствующих заболеваний, профессиональных особенностей,
вредных привычек и т.п.
0,3
0,2
0,1
0,0
-0,1
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Возраст, годы
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента
(ДНК*РНК*коллаген)/(Са2+)2 от возраста (r = 0,4)
Список литературы
1 Грибанов Г.А., Базанов Г.А. Модификация ультрамикроопределения общего и неорганического фосфоров с помощью малахитового зеленого // Лабораторное дело.
1976. № 19. С. 527-534.
2 Десятниченко К.С. Биохимические исследования зрелой
костной ткани и дистракционного регенерата кости
(информационное письмо). Курган, 1992. С.13.
3 Неклюдов Ю.А. К судебно-остеологическои диагностике
возраста // Судебно-медицинская экспертиза. 1981.
№2. С. 33-35.
4 Остерман А. Методы исследования белков и нуклеиновых
кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование.
М.: Наука, 1981. 287 с.
5 Федулова М.В., Гончарова Н.Н., Пиголкин Ю.И. Микроостеометрия как метод определения возраста по костным
останкам. Обзор литературы // Электронный журнал.
Математическая морфология. 2002. Т.4, №1.
6 Шараев П.Н., Пишков В.Н., Зубарев Н. и др. Биохимические
методы анализа показателей обмена биополимеров
соединительной ткани. Ижевск, 1990. С. 3-5.
7 Bitter F, Muir Н.М. A modified uronik acid carbazole reaction //
Analyt. biochem. 1962. Vol. 4. P. 330.
8 Elson J.A., Morgan W.T. Colorimetric method fathe
determination of glucosamine and chondrosamine //
Biochem Y. -1933, -№ 27, -P 1824-1830.
9 Krogman W.M. The human skeleton in forensic medicine.
Springfield, 1962. 340 p.
10 The Thiobarbituric acid assay of sialic acids. Y. Biol. Chem.
1959. 234. P. 1971-1975.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
УДК 616.71-007.234:616.728.2-007.234
Т.А. Ларионова, С.Н. Лунева, А.Н. Накоскин,
Е.Н. Овчинников
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова,
Курган
МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ
КОСТНОЙ ТКАНИ И ПОКАЗАТЕЛИ
ФОСФОРНО-КАЛЬЦИЕВОГО
ОБМЕНА У ЮНОШЕЙ
ПРИЗЫВНОГО ВОЗРАСТА
КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. Исследованы минеральная плотность костной ткани и показатели минерального
обмена сыворотки крови и мочи у юношей призывного возраста. Установлено, что у них наблюдается
повышение минеральной плотности кости, на фоне
увеличения концентрации партиреоидного гормона.
На основании проведенного исследования рекомендуется включать денситометрическое исследование в порядок прохождения военно-врачебной комиссии призывников.
Ключевые слова: минеральная плотность кости, юноши призывного возраста, костная ткань.
T.A. Larionov, S.N. Luneva, A.N. Nakoskin,
E.N.Ovchinnikov
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of
Health and Social Development of Russia, Kurgan
BONE TISSUE MINERAL DENSITY
AND INDICATORS OF THE
PHOSPHORUS-CALCIUM
EXCHANGE AT MILITARY AGED
MALES OF THE KURGAN REGION
Abstract. The article considers materials on
investigation of bone mineral density and mineral
metabolism parameters of serum and urine atmilitary aged
males. It is established that at military aged males there
is an increase in bone mineral density, with increased
concentrations of a parathyroid hormone. Based on this
study, it is recommended to include densitometrytesting
in the list of procedures for military-medical commission
recruits.
Index terms: bone mineral density, military aged
males, bone tissue.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время с учетом «омоложения» заболеваний костно-мышечной системы особенно остро стоит вопрос здоровья детей и подростков. По сведениям средств массовой информации каждый треСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
тий призывник является негодным к строевой военной службе, а оставшаяся часть является ограниченно годными. Учитывая реструктуризацию Вооруженных сил Российской Федерации, в том числе уменьшение сроков службы, возникает необходимость усиленного мониторинга состояния здоровья призывников. Исследование темпов накопления костной массы, биохимических показателей минерального обмена в биологических средах у юношей призывного возраста позволит своевременно провести необходимые
профилактические мероприятия, направленные на коррекцию фосфорно-кальциевого обмена и состояния
костно-мышечной системы. Определение минеральной плотности костной ткани в период формирования
скелета является важным условием в связи с климатогеографическими особенностями Курганской области, характерным типом питания населения [2].
Особенность раскрываемой проблемы заключается
в том, что определение электролитного состава сыворотки крови и мочи может быть актуальным при скрининговом обследовании призывников для выявления сопутствующих латентных патологических процессов, не связанных с заболеваниями костно-мышечной системой.
Цель исследования: изучение обмена кальция
и фосфатов, гормональных регуляторов фосфорно-кальциевого обмена и минеральной плотности костной ткани у юношей призывного возраста Курганской области.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Обследовано 107 юношей (жителей г.Кургана и
Курганской области) в возрасте 18-27 лет без выявленной патологии. В соответствии со ст.30,31,32,33
«Основ законодательства РФ об охране здоровья
граждан» от 22 июня 1993 г. № 5487-1 все обследованные дали добровольное согласие на проведение
диагностических процедур.
Определение минеральной плотности костной ткани (МПКТ) проводили в поясничном отделе позвоночника, проксимальном отделе бедренных костей методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии на костном денситометре «Lunar» (США). Обследование проводили по стандартизированной методике для определения МПКТ в проекции поясничного
отдела позвоночника (L1-L4), проксимального отдела
бедренных костей. При необходимости корректировали расположение ограничителей (рисунки 1; 2)
Радиоиммунологический анализ концентрации паратиреоидного гормона (ПТГ) и кальцитонина
(КТ) in vitro проводили наборами «Immunotech» (Франция). Забор 5 мл крови проводили венепункцией локтевой вены натощак. Подсчет активности и определение концентрации производили на гамма-счетчике
фирмы «Tracor Europe» (Голландия). В процессе анализа соблюдали основные правила обращения с радиоактивными веществами, а также необходимые
меры предосторожности: перед использованием доводили все реагенты до комнатной температуры; анализ калибровочных и неизвестных проб проводили одновременно; для получения воспроизводимых результатов соблюдали рекомендуемую частоту встряхивания пробирок; анализ проводили в дубликатах. Кон-
95
центрацию исследуемых гормонов определяли методом интерполяции по калибровочной кривой, полученной одновременно с анализом неизвестных образцов.
а)
Для биохимических исследований сыворотку
крови получали центрифугированием цельной крови в
течение 15 мин при 1500 об./мин. В сыворотке крови
определяли концентрацию кальция фосфатов и магния
наборами реагентов фирмы Vital Diagnostics SPb. У
обследуемых собирали суточную мочу, в которой определяли кальций и фосфор наборами той же фирмы.
Результаты исследования обрабатывали методами вариационной статистики с применением непараметрических критериев. Результаты представлены средней
арифметической по представленной выборке.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В таблице 1 приведены средние значения показателей роста, массы тела, которые были получены в
процессе обследования юношей на костном денситометре. Отмечено динамичное увеличение ключевых
антропометрических показателей в исследуемых группах. Полученные результаты соответствовали пределам физиологических колебаний для данных возрастных периодов.
б)
Таблица 1 - Антропометрические показатели призывников
Курганской области
а) положение пациента на столе прибора при определении
МПКТ поясничного отдела позвоночника; б) денситограмма,
отражающая состояние минеральной плотности
в поясничном отделе позвоночника юноши 25 лет
Рисунок 1
а)
Возраст
Рост (см)
Масса тела (кг)
18-20 лет
166 ±5,4
57,43±4,09
21-24 года
173 ±6,4
71,48±4,06
25-27 лет
176 ±5,5
73,16±4,09
Отмечено возрастное увеличение МПКТ в поясничном отделе позвоночника. Максимальные значения определены к 25 годам. Общий характер изменений в поясничном отделе позвоночника подтверждается также избирательным анализом минеральной
плотности в позвонках (таблица 2). Формирование «пиковой» костной плотности напрямую зависит от факторов питания, которые определяют эффективность реализации генетической программы костного ремоделирования.
Таблица 2 - Возрастные изменения минеральной плотности
костной ткани (г/см2) в позвонках поясничного отдела
позвоночника
Возраст
L1
L2
L3
L4
18-20 лет 1,08±0,022 1,15±0,033 1,24±0,032 1 ,27±0,056
21-24 года 1,16±0,054 1,21±0,053 1,28±0,042 1,28±0,042
б)
а) Положение пациента на столе прибора при определении
МПКТ в проксимальном отделе бедренных костей;
б) Денситограмма, отражающая состояние минеральной
плотности в проксимальном отделе бедренных костей
юноши 25 лет
Рисунок 2
96
25-27 лет 1,21±0,033 1,25±0,046 1,28±0,051 1,28±0,051
Одновременно отмечено увеличение МПКТ в кранио-каудальном направлении, что также характеризует адекватность возрастных компенсаторно-приспособительных реакций.
С целью повышения информативности проведен
анализ МПКТ в сочетаниях поясничных позвонков.
Выявлено, что особенности возрастных изменений
костной плотности аналогичны динамике, характерной
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
для отдельных позвонков. Минимальные значения
МПКТ получены в сочетаниях L1-L2, максимальные в
сочетаниях L3-L4. (таблица 3).
ция в крови за счет облегчения минерализации и подавления резорбции костной ткани, а также путем снижения реабсорбции кальция в почках.
Таблица 3 - Возрастные изменения минеральной плотности
костной ткани (г/см2) в сочетаниях позвонков поясничного
отдела позвоночника
Таблица 5 - Концентрация остеотропных гормонов в
сыворотке крови
Возраст
L1-L 2
L2-L3
L3-L4
L1-L4
18-20 лет 1,19±0,046 1,21±0,029 1,24±0,032 1,22 ±0,045
21-24 года 1,22±0,029 1,25 ±0,047 1,25±0,036 1,23±0,056
25-27 лет 1,20±0,048 1,23 ±0,049 1,25±0,025 1,21±0,041
Отсутствие значимых различий МПКТ в поясничных позвонках в возрастном аспекте подтверждает
консервативность процесса ремоделирования в здоровой костной ткани. Однако необходимо отметить
наличие в исследуемых группах лиц с определяемой
низкой костной плотностью. В 18-20 лет доля низкой
костной плотности составила 3%, в 21-24 года и 25-27
лет – 1,5%. Несмотря на небольшой процент низкой
костной плотности, риск развития остеопороза в возрастном аспекте значительно увеличивается.
Полученные результаты исследования МПКТ в
проксимальном отделе бедренных костей также характеризуют возрастное увеличение костной плотности с
формированием «пика» в 21-24 года (таблица 4). Нами
не отмечено значимых различий МПКТ в проекции правого и левого проксимального отдела бедренной кости, что свидетельствует о сохранении адекватного физиологического стереотипа движения в суставе.
Таблица 4 - Возрастные изменения минеральной плотности
костной ткани (г/см2) в проксимальном отделе бедренных
костей
18-20 лет
21-24 года
Проксимальный
отдел правой
бедренной кости
1,09±0,032
1,21±0,088
Проксимальный
отдел левой
бедренной кости
1,10±0,045
1,20±0,087
25-27 лет
1,19±0,074
1,19±0,038
Возраст
Несомненно, развитие костной массы в период
роста, а также поддержание ее в течение жизни при
сбалансированном питании зависят от мышечной активности и механической нагрузки, поэтому у мужчин,
ведущих активный образ жизни и тренированных физически, риск перелома значительно снижается.
Полученные результаты определения остеотропных
гормонов в сыворотке крови соответствуют физиологическим колебаниям (таблица 5). У 7% призывников в
возрасте 18-20 лет отмечены значения ПТГ, соответствующие гиперпаратиреозу, однако клинических проявлений нарушения функции паращитовидных желез
не выявлено. В сочетании с определяемой низкой
минеральной плотностью данное явление может интерпретироваться как функциональное нарушение
фосфорно-кальциевого обмена. Концентрация антагониста паратиреоидного гормона – кальцитонина – напротив, не уменьшается, а остается на умеренно сниженном уровне в возрасте 18-20 лет. Физиологическое действие КТ заключается в снижении уровня кальСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
возр аст
ПТГ (пг/мл)
18-20 лет
63,6±4,77
21-24 года
14,6±7,58
25-27 лет
12,8±7,03
Пределы
10-65
физиологической нор мы
КТ (нг/мл)
5,5±5,16
7,6±6,53
9,4±9,21
0-10
РЕЗУЛЬТАТЫ БИОХИМИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Содержание в сыворотке общего кальция в норме составляет 2,12-2,2 ммоль/л, или 8,5-10,5 мг%.
Результаты биохимического исследования сыворотки крови молодых людей призывного возраста приведены в таблице 6.
Таблица 6 - Концентрация электролитов сыворотки крови у
лиц призывного возраста Курганской области
Возраст
Кальций
мМоль/л
Фосфор, Магний,
мМоль/л мМоль/л
18-20 лет
2,31±0,12
1,35±0,6
0,87±0,05
21-24 года
25-27 лет
Пределы
физиологич еской
нормы
2,01±0,5
2,10±0,3
1,32±0,4
1,12±0,1
0,82±0,06
0,78±0,02
2,12—2,20* 0,87-1,45 0,67 -0,89
* Нормальные значения приведены в литературе [1].
По полученным нами данным концентрация электролитов в сыворотке крови у молодых людей призывного возраста варьирует в пределах нормальных
значений показателей. Однако в возрасте 18-20 лет
концентрация кальция находится на верхней границе
нормы. Данное обстоятельство указывает на то, что в
данном возрасте происходит активный обмен костной
ткани и под действием ПТГ происходит извлечение
кальция из костной ткани. Концентрация фосфатов и
магния практически не изменяется и соответствует
нормальным показателям.
Значения экскреции кальция и фосфатов у призывников Курганской области также свидетельствуют
о том, что происходит активная перестройка костной
ткани в пределах физиологической нормы (таблица 7).
Таблица 7 - Экскреция кальция и фосфатов с мочой у лиц
призывного возраста Курганской области
Возраст
Кальций
мМоль/сут
Фосфор,
мМоль/сут
18-20
4,6±0,95
35±3
21-24
25-27
Пределы
физиологической
нормы
5,78±0,62
5,95±0,34
29±2
32±4
2,5-7,5
12-45
97
Диагностическая ценность фосфора является более высокой для выявления нарушений обмена неорганического фосфора в организме при одновременном
определении его содержания в сыворотке крови и моче.
Таким образом, полученные результаты исследования системы скелетного гомеостаза юношей призывного возраста Курганской области свидетельствуют о том, что в возрасте 18-20 лет возникает состояние повышенного обмена кальция и фосфора на фоне
увеличения концентрации паратиреоидного гормона.
Немаловажным является и возрастной период формирования «пика» костной массы – 21-25 лет.
Проведенное исследование позволило сформулировать рекомендации по включению в порядок прохождения медицинского осмотра и обследования призывников:
1) определение кальция в сыворотке крови и
моче;
2) исследование минеральной плотности костной
ткани поясничного отдела позвоночника и проксимального отдела бедренных костей.
Список литературы
1 Кишкун А.А., Назаренко Г.И. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. М.: Изд-во «Медицина», 2006 С. 544.
2 Возрастные изменения минеральной плотности костей
скелета / В.И. Шевцов, А.А. Свешников, Е.Н. Овчинников и др. // Гений ортопедии. 2004. № 1. С. 24-34.
УДК [544.543.2:577.217.3] – 092.9
Л.А. Ваганова
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова
Минздравсоцразвития России, г. Курган
АКТИВИЗАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА
КОСТНОЙ ТКАНИ
АМИНОКИСЛОТНЫМИ
КОМПЛЕКСАМИ КАЛЬЦИЯ
Аннотация. В эксперименте на крысах исследована возможность применения аминокислотных
комплексов кальция в качестве препарата для направленной транспортировки кальция в костную
ткань. Сравнительная оценка эффективности применения хлорида и глицината кальция показала более высокую биодоступность последнего.
Ключевые слова: костная ткань, соли кальция, биодоступность, метаболизм, остеопороз, эксперимент.
Vaganov L.A.
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopedics, Kurgan
BONE METABOLISM ACTIVATION
BY CALCIUM COMPLEXES
98
Annotation. The experiment on rats investigates a
possibility of application of amino acid complexes with
calcium as a medication for the directed calcium
transportation to bone tissues. The comparative efficiency
appraisal of chloride and calcium glycinate application
showed higher bioavailability of the latter.
Keywords: bone tissue, calcium salts,
bioavailability, metabolism, osteoporosis, experiment.
Поиск новых лекарственных средств, действие
которых заключается в направленной транспортировке препарата к органу-мишени, привел к заинтересованности научного мира аминокислотными комплексами биогенных металлов [3; 7; 13]. Данные соединения обеспечивают лучшую ассимиляцию элемента,
чем при введении его в рацион в неорганической или
какой-либо другой форме. Всасывание препаратов на
основе аминокислотных комплексов протекает быстрее и более избирательно, а положительный терапевтический эффект достигается при значительно меньших перорально вводимых дозах вещества [11]. В этом
научном направлении успешно развивается разработка лекарственных веществ. Аминоацильные комплексы кальция входят в состав некоторых биологически
активных препаратов («Пектибон», «Остеоформ»), однако введение в аминокислотный состав различными
типами химической связи атомов остеотропных элементов и их биологическая активность исследованы
недостаточно. При этом существенно, что их успешное использование связано с обеспечением постепенного поступления в организм ионов кальция в оптимальных дозах и исключение возможной токсичности, проявляющейся при повышенных концентрациях
[8; 16]. Результаты последних исследований в области минерального питания [7; 4] доказывают, что природные микроэлементы, в отличие от неорганических,
способны решить многие проблемы и принести большую пользу здоровью. Предварительные исследования, проведенные в работе [9], показывают, что при
введении в организм аминоациловых комплексов, полученных из костной ткани сельскохозяйственных животных, ускоряется процесс минерализации кости при
переломе, а также улучшается общее состояние лабораторных животных. Механизм адресной доставки
ионов кальция в костную ткань является актуальной и
нерешенной задачей. Решением этой проблемы может стать получение и изучение комплексных соединений Са2+ и органических лигандов, в частности аминокислот. В связи с этим возникает необходимость проведения исследований по установлению механизма
действия данных соединений.
Цель исследования – изучить влияние глицината
кальция и смеси аминокислотных комплексов кальция на биохимические показатели метаболизма костной ткани в процессе заживления экспериментального перелома большеберцовой кости у крыс.
Эксперимент проведен на 48 взрослых самцах
крыс линии Wistar с массой тела 300±50 г. Согласно
экспериментальным условиям животные были разделены на четыре группы, каждой из которых в стерильных условиях под общим наркозом осуществляли
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
моделирование перелома большеберцовой кости.
Перелом фиксировали аппаратом внешней фиксации
оригинальной конструкции [12] с помощью 4-х металлических спиц, введенных в кость с двух сторон от
перелома. Спицы обматывали проволокой, для прочности фиксировали термореактивной акриловой пластмассой (рисунок 1).
а) внешний вид модели; б) рентгеновский снимок модели
Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной модели
В течение эксперимента крысы содержались на
обедненном кальцием и белками рационе. Первая группа (n=9) служила контролем, животным 2-й, 3-й (по n=9)
и 4-й (n=12) групп дополнительно ежесуточно перорально вводился раствор хлорида кальция, глицината кальция (по 10 мг Са2+ на крысу в сутки) и смеси
аминоацильных комплексов кальция (50 мг Са2+ на
крысу в сутки) соответственно [14]. В состав смеси
комплексов кальция (Са(mix)2) входили в равных молярных соотношениях аминокислоты: глицин, лизин,
метионин, фенилаланин, аргинин, лейцин, изолейцин
и пролин. Для сравнительной характеристики приведены биохимические показатели группы интактных
животных (норма, n=7).
При биохимическом исследовании в сыворотке
крови экспериментальных животных оценивали общее
содержание кальция, неорганического фосфата, активность щелочной (ЩФ) и тартрат-резистентной кислой
(трКФ) фосфатаз. В бедренных костях крыс в месте
перелома определяли содержание кальция, фосфата
и коллагена по оксипролину (ОП). Определение активности ферментов трКФ и ЩФ, а также содержания
электролитов осуществляли наборами реагентов фирмы «Витал Диагностик» (Россия) на биохимических
анализаторах StatFax 1904 Plus (США) и Hitachi 902
(Швейцария). Содержание коллагена в костной ткани
определяли по реакции с реактивом Эрлиха [10].
Из эксперимента крыс выводили декапитацией на
7, 14 и 28 сутки. Все манипуляции с животными проводили в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных»
(приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.1977
№ 755) и с одобрения этического комитета ФГБУ «РНЦ
“ВТО” им. акад. Г.А. Илизарова». Оценку достоверности различий производили с использованием методов
непараметрической статистики (критерий Манна-Уитни). Статистически значимыми считали различия при
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
р<0,05. Статистическую обработку результатов осуществляли в макросе программы «MicrosoftExcel»
«AtteStat» Версия 1.0 [1; 2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При биохимическом исследовании сыворотки крови и образцов костной ткани экспериментальных животных получили следующие данные.
ТрКФ – один из 6 изоферментов кислой фосфатазы – находится в большом количестве в остеокластах. Активность трКФ в сыворотке крови возрастает
при состояниях, характеризующихся усилением процесса резорбции кости, поэтому данный показатель
используют для определения выраженности резорбтивных процессов в скелете [5]. Содержание маркера
костной резорбции во всех экспериментальных группах находится в пределах нормы (рисунок 2). В ходе
эксперимента статистически значимых различий в
группах не наблюдается.
Процесс заживления перелома сопровождается,
как правило, повышением уровня костеобразующего
фермента ЩФ. Введение в пищевой рацион хлорида
кальция существенно не влияет на показатели активности данного фермента (в сравнении с контролем).
Постепенное статистически значимое возрастание активности ЩФ в сыворотке крови крыс 3-й и 4-й групп
относительно контрольной свидетельствует об интенсивных процессах костеобразования (рисунок 3).
Рисунок 2 - Активность трКФ в сыворотке крови
экспериментальных крыс
В рисунках 2-8 *р< 0,05 по сравнению с контрольной группой животных.
Рисунок 3 - Активность ЩФ в сыворотке крови
экспериментальных крыс
99
Согласно литературным данным [6] в период травматического воспаления гиперемия в области перелома обуславливает рассасывание кости на концах отломков с переносом кальция в окружающие ткани.
Максимальное содержание кальция в сыворотке крови фиксируется на 14 сутки (рисунок 4).
ки после операции достоверно происходит более интенсивное накопление остеотропного элемента в сравнении с контролем в тех экспериментальных группах,
в рацион которых дополнительно вводились глицинат
кальция и смесь аминоатов кальция (рисунок 6).
Рисунок 5 - Содержание фосфата в сыворотке крови крыс
Рисунок 4 - Уровень кальция в сыворотке крови крыс
В первых двух случаях эти процессы связаны с
лизисом костной ткани в месте перелома, с высвобождением Са2+ в кровоток (регистрируется на 7 и 14
сутки после операции), что подтверждается падением уровня костного кальция (рисунок 6). В третьей группе снижение концентрации сывороточного Са2+ на 14-е
сутки может свидетельствовать об окончании деструктивных процессов в месте срастания перелома, тогда
как в 4-й группе из-за более высокого содержания иона
в составе комплекса данное снижение уже не регистрируется. Повышенное поступление кальция из ЖКТ в
составе смеси аминоатов достоверно не повышает содержание его несвязанной формы в сыворотке крови (в
сравнении с контролем), но в то же время способствует
более интенсивному накоплению его в костной ткани.
Процессы рассасывания костных отломков прекращаются после уменьшения гиперемии, и на 28-е сутки происходит нормализация уровня ионизированного кальция
во всех экспериментальных группах.
Известно, что через несколько дней после травмы содержание фосфатов в зоне перелома увеличивается [6]. Однако в нашей работе не обнаружено статистически значимого повышения концентрации неорганического фосфата в послеоперационный период
(рисунок 5).
Во 2-й и 3-й опытных группах регистрируется достоверное снижение мольной концентрации фосфата
(в сравнении с группой № 1). Данное явление связано, скорее всего, с участием неорганической формы
иона в образовании минеральной компоненты кости в
процессе сращения перелома, так называемое перераспределение фосфата в организме. Введение в состав препарата ряда незаменимых аминокислот препятствует резкому падению уровня фосфат-иона. Наименьшие колебания концентрации регистрируются в
1-й и 4-й группах.
Сравнительная характеристика уровня костного
кальция в месте перелома показывает, что на 28 сут-
100
Рисунок 6 - Содержание кальция в костной ткани крыс в
месте перелома
Причем более высокая концентрация вводимого
элемента незначительно сказалась на динамике прироста костной массы (вполне возможно проявление
так называемого эффекта хронической адаптации).
Достоверное возрастание уровня кальция на 28 сутки
после начала эксперимента в костной ткани 3-й группы составило16,4%, а в 4-й – 20,6% в сравнении с
показателями контрольной группы. При анализе усваиваемости хлорида и глицината кальция отметим статистически значимый прирост последнего на 2,5% относительно первого, что не согласуется с данными
[17], согласно которым глицинат кальция усваивается
в 1,5-2 раза эффективнее, чем другие соли кальция.
Однако подчеркнем, что в работе Heaney и соавторов
сравнительная характеристика биодоступности хлористого кальция не приводилась. Следует отметить, что
динамика накопления кальция носит одинаковый характер для первых трех экспериментальных групп с
падением содержания минерала на 7-е сутки после
операции, что связано, как упоминалось выше, с лизисом костной ткани в посттравматический период и
постепенным накоплением Са2+ в процессе срастания
костных отломков, которое наблюдается на следующих этапах эксперимента. Тогда как в 4-й группе с перВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
вых недель регистрируется прирост содержания кальция в большеберцовых костях.Таким образом, дополнительное введение незаменимых аминокислот в составе комплекса приводит к ускорению процессов костного формирования и приросту содержания кальция в
месте перелома уже на 7-е сутки после травмы.
Статистически значимых различий в содержании
фосфата в костной ткани контрольной и экспериментальных групп, в рацион которых входили кальциевые
добавки, не регистрируется (рисунок 7).
Рисунок 7 - Содержание фосфата в костной ткани
Для отражения изменений обмена костной ткани
важно исследовать не только минеральную, но и органическую составляющую. При изучении органической составляющей следует отметить, что к концу эксперимента достоверно возрастает содержание ОП в
3-й и 4-й группах на фоне его падения в контрольной
группе (рисунок 8).
Рисунок 8 - Содержание ОП в костной ткани крыс
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обобщая полученные в ходе эксперимента данные, следует отметить, что введение в пищевой рацион крыс аминоацильных комплексов кальция:
1) достоверно повышает в сыворотке крови активность костеобразующего фермента щелочной фосфатазы;
2) способствует постепенному накоплению кальция в месте консолидации костных отломков;
3) увеличивает содержание оксипролина в костной ткани.
Однако исследований, направленных на изучение механизма поглощения аминоацильных комплексов кальция на данный момент недостаточно. Поэтому пока не представляется возможным сделать одноСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
значное заключение о более высокой эффективности
применения аминокислот в качестве транспортеров
для переноса кальция в костную ткань. Исходя из
полученных данных, можно предположить, что более
высокая степень усвоения вводимого иона металла
может быть достигнута не столько за счет особенностей строения аминоатов кальция, а сколько из-за дополнительного введения в состав молекулы жизненно необходимых организму аминокислот, участвующих в формировании структурных компонентов костной ткани.
Список литературы
1 Гайдышев И.П. Решение научных и инженерных задач
средствами Excel, VBA и С/С++. СПб.: БХВ-Петербург,
2004. 512 с.
2 Гланц С. Медико-биологическая статистика / пер. с англ.
М.: Практика, 1999. 460 с.
3 Голубовская Э.В. Синтез и физико-химические характеристики комплексных соединений палладия (II) с аминоуксусной кислотой: автореф. ... канд. хим. наук. Красноярск, 2009. 21 с.
4 Григорьева А.С. Оптимизация фармакотерапевтической
активности биометаллов при комплексообразовании с
НПВС // Микроэлементы в медицине. 2001. № 2 (1).
С. 17-22.
5 Ермакова И.П., Пронченко И.А. Современные биохимические маркеры в диагностике остеопороза // Остеопороз
и остеопатии. 1998. № 1. С.44-47.
6 Каплан А.В. Повреждения костей и суставов. М.: Медицина, 1979. 586 с.
7 Кебец Н.М. Синтез смешаннолигандных комплексов
металлов с витаминами и аминокислотами и изучение
их биологических свойств на животных: автореф. дис. ...
д-ра биол. наук. М., 2006. 35 с.
8 Крисс E.E., Волченскова А.С., Григорьева А.С. Координационные соединения металлов в медицине. Киев, 1986.
216 с.
9 Лунева С.Н. Биохимические изменения в тканях суставов
при дегенеративно-дистрофических заболеваниях и
способы их направленной биологической коррекции: дис. ...
д-ра биол. наук. Курган, 2003. 293 с.
10 Меньшиков В.В., Делекторская Л.Н., Золотницкая Р.П. и
др. Лабораторные методы исследования в клинике:
справочник. М.: Медицина, 1987. С. 322-323.
11 Метельский С.Т. Транспортные процессы и мембранное
пищеварение в слизистой оболочке тонкой кишки.
Электрофизиологическая модель. М.: Анахарсис, 2007.
271 с.
12 Ирьянов Ю.М., Дюрягина О.В., Ирьянова Т.Ю., Накоскин А.Н.
Методика моделирования стандартного перелома
кости и операции чрезкостного остеосинтеза у крыс
// Морфологические ведомости. 2010. № 1. С. 132-134.
13 Огородникова Н.П. Химическое взаимодействие металлов – меди, железа и марганца с
14
15
16
17
α
и
β
-аминокисло-
тами в водных и органических средах: автореф. дис. ...
канд. хим. наук. Ростов-н/Д., 2010. 24 с.
Пат. 2029536 Российская Федерация, МПК51 А61К31/198.
Способ получения хелатного аминоацильного комплекса кальция / Накоскин А.Н., Лунева С.Н., Стогов М.В.
№0142137/15; заявл. 13.10.10; опубл. 27.03.12, Бюл. № 9. 1 с.
Петросян А.Б. Ясность и неразбериха – смысловая
форма хелатов // Птица и птицепродукты. 2010. № 4.
С. 52-54.
Яцимирский К.Б. Константы устойчивости комплексов
металлов с биолигандами. Справочник. Киев: Наукова
думка, 1979. 228 c.
Heaney R.P., Recker R.R., Weaver C.M. Absorbability of
calcium sources: the limited role of solubility // Calcif.
Tissue Int. 1990. № 46. Р. 300-304.
101
УДК 612.015.39:616.72-008.8-002:616.768.3
Е.С. Спиркина2, Е.Л. Матвеева1,2
1
Курганский государственный университет
2
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова,
г. Курган
БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
СИНОВИАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
БОЛЬНЫХ С ОСТЕОАРТРОЗОМ
КОЛЕННОГО СУСТАВА
РАЗЛИЧНОЙ ЭТИОЛОГИИ
Аннотация. Целью данной работы явилось проведение сравнительного анализа биохимического состава синовиальной жидкости больных с остеоартрозом различной этиологии. Исследования были выполнены на образцах синовиальной жидкости, которые были разделены на две группы больных. Первая
группа - 16 больных с пателлофеморальным артрозом 2 стадии, вторая группа - 54 больных с двусторонним гонартрозом. В качестве нормы были исследованы образцы синовиальной жидкости 11 трупов
внезапно погибших людей обоего пола (4 мужчины и 7
женщин) в возрасте от 23 до 79 лет, не имевших зарегистрированной экспертом суставной патологии.
Проведенное исследование свидетельствует о существенном дисбалансе прооксидантных и антиоксидантных процессов в синовиальной жидкости и развитии
окислительного стресса, выраженность которого зависит от тяжести патологического процесса, но находится вне зависимости от его этиологии.
Ключевые слова: перекисное окисление, синовиальная жидкость, пероксидация, остеоартроз, пателлофеморальный артроз.
E.S.Spirkina, Y.L.Matveeva
Kurgan State University
Russian Ilizarov Scientific Center of Restorative
Traumatology and Orthopaedics, Kurgan
BIOCHEMICAL CHANGES OF THE
SYNOVIAL FLUID IN PATIENTS
WITH OSTEOPOROSIS OF THE
KNEE JOINT OF VARIOUS
ETIOLOGY
Annotation. The purpose of this study is a comparative
analysis of the biochemical composition of the synovial fluid
in patients with osteoarthrosis of various etiology. The
research was conducted on samples of the synovial fluid,
due to which two groups of patients were singled out. The
first group of 16 patients with patellofemoralarthrosis of Stage
2, the second group of 54 patients with bilateral gonarthrosis.
The samples of the synovial fluid of 11 corpses of both
sexes ( 4 men and 7 women) aged from 23 to 79 years after
sudden death, who did not have articular pathology registered
102
by an expert, were examined and taken for the standard.
The study undertaken shows a significant imbalance of
prooxidant and antioxidant processes in the synovial fluid
and the development of oxidative stress, the intensity of
which depends on the severity of the pathological process,
however, without any regard to its etiology.
Index term: peroxidation, synovial fluid,
osteoarthrosis, patellofemoralarthrosis.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что деформирующий артроз является заболеванием, этиология которого мультифакторна и до конца не изучена [8; 11]. Деформирующий артроз пателлофеморального сустава (ПФС) считается достаточно распространенным заболеванием [13; 18]. В большинстве случаев дегенеративно-дистрофические изменения пателлофеморального сустава сочетаются с поражением феморотибиального сочленения и, следовательно, имеют второстепенное значение [15; 17]. Тем не менее данное состояние может наблюдаться в изолированном виде и рассматриваться как самостоятельное заболевание [20]. Артроз ПФС предполагает дегенеративно-дистрофические
изменения суставного хряща на одной или обеих поверхностях надколенника и в области блока бедренной кости. Наиболее часто поражается хрящевой покров латеральной фасетки надколенника. Нарушение траектории
перемещения надколенника, его нестабильность способствуют травмированию элементов сустава, в первую очередь суставного хряща, и создают условия для прогрессирования дегенеративно-дистрофического процесса в
суставе. Патологическая неадекватная нагрузка на суставные поверхности признается одной из ведущих причин развития артроза ПФС. В большинстве случаев она
обусловлена диспластическими изменениями костных и
мягкотканных структур, образующих сустав. Среди других причин развития дегенеративно-дистрофических изменений в ПФС следует отметить микро - и макротравму,
избыточный вес, чрезмерную двигательную активность,
врожденную недостаточность суставного хряща [12; 16;
18].В литературе описаны изменения биохимического
состава синовиальной жидкости при развитии остеоартроза как идиопатической, так и посттравматической этиологии [17]. Достоверно показано, что эти изменения носят однонаправленный характер в спектре исследованных показателей. Однако биохимических исследований
синовиальной жидкости у больных, артроз коленных суставов у которых диагностирован как пателлофеморальный, нами не обнаружено.
Целью исследования являлась оценка достоверности различий биохимических показателей синовиальной жидкости у пациентов с пателлофеморальнымгонартрозом и остеоартрозом коленного сустава идиопатической этиологии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Выполнены исследования синовиальной жидкости больных, которые были разделены на две группы.
Первая группа включала в себя 16 больных с пателлофеморальным артрозом 2 стадии, из них 12 женщин и 4 мужчин в возрасте от 45 до 67 лет. Во второй
группе были 54 больных с двусторонним гонартрозом,
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
из которых 36 женщин и 18 мужчин в возрасте от 48
до 75 лет.По этиологии преобладал посттравматический гонартроз 3 стадии. Стадию артрозного процесса
устанавливали по классификации, разработанной в
лаборатории патологии суставов Центра [7]. В качестве нормы были исследованы образцы синовиальной жидкости 11 трупов внезапно погибших людей обоего пола (4 мужчины и 7 женщин) в возрасте от 23 до
79 лет, не имевших зарегистрированной экспертом суставной патологии. Исследования, проводившиеся в
синовиальной жидкости, были получены спустя 11/2-2
ч (в отдельных случаях 3-4, но не более 6 ч) с момента наступления смерти до проведения каких-либо
патологоанатомических мероприятий. Материал для исследования извлекался в соответствии с приказом Минздрава РФ от 24.04.2003 г. № 161 «Инструкция по организации и производству экспертных исследований в
бюро судебно-медицинской экспертизы». Забор материала от пациентов производился одноразовым шприцом в сухую одноразовую пробирку типа «Эппендорф».
Максимальный срок хранения материала составлял 1
сутки в холодильнике при температуре +4 - +8°С.
Общее количество белка определяли биуретовым
методом. Продукты ПОБ синовиальной жидкости определяли в белковом осадке по реакции 2,4-динитрофенилгидразином. Продукты реакции регистрировали
при длинах волн 270 нм (ПОБ270), 363 нм и 370 нм
(ПОБ363+370). Степень окислительной модификации белков выражали в единицах оптической плотности (ед.опт.пл.) на 1 мг белка. Оценку процессов перекисного
окисления липидов (ПОЛ) осуществляли путем измерения в синовиальной жидкости содержания первичных (диеновых коньюгатов) и вторичных (малонового
диальдегида) продуктов ПОЛ. Содержание диеновых
конъюгатов (ДК) определяли спектрофотометрически
по разности оптической плотности между опытной и
контрольной пробами при длине волны 232 нм [9].
Определение малонового диальдегида (МДА) проводили по реакции с тиобарбитуровой кислотой [9]. Концентрацию продуктов перекисного окисления рассчитывали на мг общих липидов синовиальной жидкости,
которые в свою очередь определяли с помощью наборов фирмы «Lachema» (Чехия). Концентрации холестерина и триглицеридов определяли с помощью наборов
фирмы Vital-Diagnostic (Cанкт-Петербург). О состоянии
антиоксидантной защиты судили по активности в синовиальной жидкости фермента – каталазы, определение
которой поводили спектрофотометрически при длине
волны 410 нм, согласно методу, основанному на способности перекиси водорода образовывать с солями
молибдена стойкий окрашенный комплекс. Контроль за
течением патологического процесса в суставной полости осуществляли, определяя в синовиальной жидкости количество уроновых кислот (УК) [14].
Результаты исследования обработаны методом
вариационной статистики, применяемым для малых
выборок, с принятием уровня значимости р не менее
0,05. Достоверность различий между группами наблюдений оценивали с помощью критерия Вилкоксона.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В таблице 1 приведены результаты исследования биохимического состава синовиальной жидкости при развитии дегенеративно-дистрофических изменений в суставе.
Согласно полученным нами данным, при развитии патологических процессов в суставной полости
количество общих липидов синовиальной жидкости
достоверно возрастает почти в 4 раза у больных первой и более чем в 2 раза у больных второй группы,
т.е. уровень общих липидов существенно повышается у больных обеих групп исследования. Проведенное нами изучение содержания уроновых кислот показало снижение их концентрации, что говорит об
уменьшении количества гиалуроната – основного компонента синовии. Показатели общего белка при развитии артроза ПФС достоверно отличаются от нормы
с уровнем значимости р<0,001, а при гонартрозе коленного сустава отличаются от нормы с уровнем
значимости р<0,05. Мы отметили возрастание концентрации диеновых конъюгатов при артрозе ПФС, а в процессе перекисного окисления липидов при развитии гонартроза идиопатической и посттравматической этиологии –
Таблица 1 - Анализ биохимических исследований синовиальной жидкости больных с остеоартрозом различной этиологии
Показатели
Холестерин (ХЛ) ммоль/л
Тр иглицериды (ТГ) ммоль/л
Общие липиды (ОЛ) г/л
Диеновые конъюгаты (ДК) нмоль/ г ОЛ
Малоновый диальдегид (МДА) нмоль/ г ОЛ
Каталаза мкатал / г ОБ
Общий белок (ОБ) г/л
ПОБ альдегиды ед.опт.плот./ г ОБ
Кетоны ед.опт.плот./ г ОБ
Уроновые кислоты (УК) ммоль/л
Норма
(n=11)
0,46±0,12
0,87±0,20
0,70±0,08
8,70±1,98
2,44±0,71
8,72±2 ,72
18,21±4,03
0,06±0,01
0,08±0,01
7,11±0,58
Первая группа
(n=16)
4,37±2,50**
0,31±0,06
2,73±0,45*
10,88±3,13*
2,03±0,41
6,04±2,18
34,96±1,56**
0,08±0,02*
0,02±0,01*
6,20±0,72
Вторая группа
(n=54)
1,30±0,07*♯
0,21±0,03♯♯♯
1,66±0,21*♯
41,83±3,47**♯ ♯
5,67±1,06*♯
9,20±1,53
27,51±0,53*♯♯
0,26±0,03*♯♯
0,05±0,01*♯♯♯
5,74±0,12
Примечания: *- значения достоверно отличаются от нормы с уровнем вероятности р<0,05;
** - значения достоверно отличаются от нормы с уровнем вероятности р<0,001;
■ - значения второй группы достоверно отличаются от первой группы с уровнем вероятности р <0,01;
■■ - значения второй группы достоверно отличаются от первой группы с уровнем вероятности р<0,001;
■■■ - значения второй группы достоверно отличаются от первой группы с уровнем вероятности р<0,05.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
103
возрастание от нормы происходило в 5 раз. Нами обнаружено возрастание концентрации малонового диальдегида при развитии заболевания во второй группе, чего,
однако, не наблюдалось при артрозе ПФС. В соответствии
с исследованиями отечественных и зарубежных ученых
известно, что липидный состав синовиальной жидкости
влияет на ее физико-химическое состояние [6, 10]. Было
показано наличие в синовиальной жидкости холестерина
в виде сложных эфиров кислот, которые в области физиологических температур являются термотропными жидкокристаллическими (ЖК) соединениями. Экспериментально установлено, что молекулы ЖК соединений холестерина ориентируются согласно микрорельефу хряща в направлении скольжения суставных поверхностей, благодаря чему коэффициент трения в суставе снижается [2,
3, 5]. Увеличение общих липидов, по нашему мнению,
является компенсаторно-приспособительной реакцией
синовиальной среды, т.к. по литературным данным известно, что при развитии дегенеративно-дистрофических
изменений (ДДИ) в суставах вязкость синовиальной жидкости снижается [4]. Белок содержится в синовии в концентрации заметно меньшей, чем в крови. Уровень белка
в синовиальной жидкости несколько повышается при дегенеративных заболеваниях и посттравматических артритах. Более выраженное увеличение содержания общего
белка наблюдается при воспалительных заболеваниях, в
процессе деградации суставного хряща [1]. В продуктах
перекисного окисления белков происходит многократное
накопление альдегидов и кетонов. Накопление продуктов ПОЛ и ПОБ в синовиальной жидкости больных с дегенеративно-дистрофическими поражениями суставов является результатом свободнорадикального окисления липидов и белков и происходит одновременно с разбалансировкой систем, регулирующих интенсивность пероксидации.
Сравнив полученные показатели между двумя
группами больных, мы отметили достоверные отличия
и основные тенденции их изменения, которые представлены на рисунке 1.
а)
б)
а - динамика показателей процессов пероксидации белка;
б - перекисное окисление липидов
Рисунок 1 - Биохимические показатели синовиальной
жидкости больных с остеоартрозом различной этиологии
Представленные данные отражают характер изменений липидного спектра, белкового спектра, пока-
104
зателей пероксидации и уроновых кислот у больных с
пателлофеморальным и идиопатическим остеоартрозом.
Изменения данных показателей носят однонаправленный характер и имеют различия, обусловленные разными клиническими стадиями развития заболевания.
Таким образом, проведенное исследование свидетельствует о существенном дисбалансе прооксидантных и
антиоксидантных процессов в синовиальной жидкости
и развитии окислительного стресса, выраженность которого зависит от тяжести патологического процесса,
но находится вне зависимости от его этиологии.
Список литературы
1 Базарный В.В. Синовиальная жидкость (клинико-диагностическое значение лабораторного анализа). Екатеринбург: Изд-во УГМА, 1999. 62 с.
2 Ермаков С.Л., Родненков В.Г., Белоенко Е.Д., Купчинов Б.И.
Жидкие кристаллы в технике и медицине. Минск: Асар,
2002. 416 с.
3 Ермаков С.Ф. Трибофизика жидкокристаллических материалов в металло- и биополимерных сопряжениях:
автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Гомель, 2001.
4 Жидкие кристаллы в технике и медицине / Ермаков С.Ф.,
Родненков В.Г., Белоенко Е.Д., Купчинов Б.И. // Мн.: Асар,
2002.
5 Кармацких О.Л., Талашова И.А., Макушин В.Д. и др. Клиническое значение исследования белкового спектра
синовиальной жидкости // Гений ортопедии. 2000. № 1.
С.69-71.
6 Купчинов Б.И., Ермаков С.Ф., Родненков В.Г., Белоенко Е.Д.
Введение в трибологию жидких кристаллов. Гомель: Инфотрибо, 1993. С. 155
7 Лунева С.Н., Чегуров О.К., Макушин В.Д. Анализ связи
биохимических показателей синовиальной жидкости
больных остеоартрозами коленного сустава с их
клинической характеристикой // Травматология и
ортопедия России. 2006. № 4 (42). C. 55-58.
8 Макушин В.Д., Чегуров О.К. Гонартроз (вопросы патогенеза и классификации) // Гений ортопедии. 2005. № 2.
С. 19-22.
9 Нестеренко С.А. Синдром нарушения равновесия надколенника диспластического генеза с позиции концепции
мультифакториальности // Ортопедия, травматология и протезирование. 2000. № 3. С. 17-19.
10 Орехович В.Н. Современные методы в биохимии. М.:
Медицина, 1977. С. 392.
11 Павлова В.Н.Синовиальная среда суставов. М.: Медицина,
1980. С. 11.
12 Подрушняк Е.П. Возрастные изменения суставов человека. Киев, 1972.
13 Шевцов В.И., Макушин В.Д., Ступина Т.А., Степанов М.А.
Экспериментальные аспекты изучения репаративной
регенерации суставного хряща в условиях туннелированиясубхондральной зоны с введением аутологичного
костного мозга // Гений ортопедии. 2010. № 2. С. 5-10.
14 Nicol S.G. [et al.] Arthritis progression after patellofemoral
joint replacement // Knee. 2006. Vol. 13. № 4. P. 290-295.
15 Bitter, Muir H.M. A modified uronik acid carbazole reaction //
Analyt. biochem. 1962. Vol. 4. P. 330.
16 Chapchal G.J. Деформирующий артроз надколенника //
Ортопедия, травматология и протезирование. 1982.
№10. С. 26-28.
17 Kramer J. [et al.]. Imaging examinations of the patellofemoral
joint // Orthopade. 2008. Vol. 37, No 9. P. 818, 820-822, 824826 passim.
18 Lustig S. [et al.]. Isolated arthrosis of the patellofemoral joint
in younger patients (<50 years) // Оrthopдde. 2008. Bd. 37.
H. 9. P. 848, 850-852, 854-857.
19 Minkowitz R.B, Bosco J.A. 3rd. Patellofemoral arthritis // Bull.
NYU Hosp. Jt. Dis. 2009. Vol. 67. No 1. P. 30-38.
20 Jшrgensen P.S. [et al.]. Treatment of patellofemoral arthritis
with patello-femoral arthroplasties // Ugeskr. Laeger. 2007.
Vol. 169. No 2. P. 2201-2204.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 911.3
О.Г. Завьялова1, Л.В. Менщикова2
1
Курганский государственный университет
2
Курганский филиал Территориального фонда
геологической информации по УрФО
СОЦИАЛЬНАЯ И
ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ
ТРАНСФОРМАЦИЯ СФЕРЫ
ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕЛЬСКОГО
НАСЕЛЕНИЯ КУРГАНСКОЙ
ОБЛАСТИ НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ
Аннотация. В ходе исследования проведены
статистический анализ и социологический опрос жителей зауральских сел, отражающие реальную ситуацию в сельской местности Курганской области,
анализ изменений бюджетов времени сельского населения на рубеже веков. Выявлена доступность
объектов сферы обслуживания, и показано реальное
«сжатие» сельского образа жизни и пространства
Курганской области.
Ключевые слова: сельское население, сфера
обслуживания, бюджет времени, сжатие пространства.
O.G. Zavyalova1, L.V. Menshchikova2
Kurgan State University
2
Kurgan branch FBU ‘Territorial Fund of Geological
Information in the Ural Federal District’
1
SOCIAL AND TERRITORIAL
TRANSFORMATION OF THE
SERVICE SECTOR OF THE
KURGAN REGION RURAL
POPULATION AT THE TURN OF
THE CENTURY
Abstract. The research has carried out statistical
analysis and survey of Zauralye region rural population,
which reflect a real situation in rural districts of the Kurgan
region, as well as time budget change analysis for rural
population at the turn of the century. The study reveals
accessibility of service points and shows a real
‘compression’ of rural life and space of the Kurgan region.
Index terms: rural population, service sector, time
budget, space compression.
Курганская область является одной из специфически и экономически проблемных территорий России.
В области довольно высокий удельный вес сельского
населения – 39,7%, она имеет наименьшую численСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
ность населения в Уральском федеральном округе –
908 тыс.чел. (2011 г.), за последние 20 лет население
сократилось в 1, 4 р., только за последний год курганское село «потеряло» св. 40 тыс. чел.
Реформы 90-х гг. XX в. в России привели к снижению государственной поддержки агропромышленного комплекса, кризисному состоянию социальной инфраструктуры. Ухудшились социальные и бытовые
условия жизни селян, что и привело к значительному
оттоку сельского населения. Село «обезлюдило», за
эти годы произошел катастрофический спад сельскохозяйственного производства: посевные площади
сельскохозяйственных культур сократились в 4,8 раза;
поголовье скота – в 5 раз.
На рисунке 1 видно резкое сокращение посевных площадей (в 2 раза), сбора зерновых (в 3,7 раза),
поголовья КРС (в 5,2 раза), свиней (в 4,4 раза).
Рисунок 1 - Динамика сельскохозяйственных показателей
Курганской области [1;2]
Другая территориальная особенность области –
относительно близкое расположение крупнейших городов УрФО: Екатеринбурга, Челябинска и Тюмени,
которые довольно активно «притягивают» жителей
области в свою экономическую орбиту, сокращая и
без того малочисленное население области.
Территориальная организация сферы обслуживания сельского населения предполагает использование целого ряда научных подходов и методов. В данной статье в большей степени остановимся на результатах социологического опроса, с помощью которого
мы исследовали сферу обслуживания (СО) сельского
населения Курганской области, в частности, бюджетов времени за довольно длительный рубежный период (до- и постперестроечный), благодаря тому, что мы
имеем результаты подобного исследования О. Г. Завьяловой в 1988-89 гг. Эта работа позволила нам провести временной анализ бюджетов времени сельского населения [5].
Бюджет времени населения представляет собой
распределение фонда времени (чаще суточного) всего населения или отдельных его социально-демографических групп по направлениям его использования.
Он позволяет определить, каковы затраты времени на
105
осуществление различных видов деятельности человека (семьи), и может быть представлен в абсолютных и относительных величинах [4].
В 2010-2011 гг. был проведён повторный социологический опрос, посвящённый затратам времени в 4
районах Курганской области: Варгашинском, Кетовском, Куртамышском, Мокроусовском. Эти районы
были выбраны как наиболее типичные для условий
сельского расселения Курганской области. Их типичность определялась сравнительным анализом расселения и транспортной сети. Область в целом имеет
относительно густую сеть сельских населенных пунктов (НП) равномерно рассредоточенных по территории, но можно выделить несколько типов географических районов, отличающихся характеристиками
сельского расселения: Центр и Притоболье, Север –
Северо-Запад, Юг – Юго-Запад, Восток.
Обследованные нами районы относятся к следующим географическим ареалам расселения. Кетовский район входит в группу Центр и Притоболье, является характерным как пригородный, в зоне социально-культурного потенциала большого города. Этот район интересен и с точки зрения наиболее благоприятных условий для развития СО, в частности, благодаря более высокому уровню экономического развития.
Куртамышский район относится к группе Юг – ЮгоЗапад. Он отличается высоким уровнем развития СО.
Два других района (Варгашинский и Мокроусовский)
входят в группу Восток. Варгашинский район имеет
интересное пространственное положение. Он значительно «вытянут» с севера на юг. Его южная часть
граничит с пригородным Кетовским районом, тяготеет
к областному центру, а северная удалена и от областного, и от районного центра. В целом район типичный
для Курганской области по своему экономическому
состоянию и уровню развития СО. Мокроусовский
район один из наиболее отсталых районов по уровню
экономического развития хозяйств и отдаленный, с
плохими транспортными условиями.
Основной единицей наблюдения выбрана семья
в целом, а не отдельный индивид, т.к. семья выравнивает потребление благ и социальное положение своих членов, основные виды услуг потребляются семьёй
в целом [3; 6]. Вся совокупность семей была разбита
на 4 типа: I) семьи, состоящие из лиц старше трудоспособного возраста (мужчины старше 59 лет, женщины – 54 лет), а также одиночки в этом же возрасте;
II) семьи с детьми и без детей, состоящие из лиц среднего возраста (мужчины 35-59 лет, женщины 35-54
года), а также одиночки в этом возрасте; III) молодые
семьи с детьми (возраст супругов 18-35 лет); IV) молодые брачные пары без детей (возраст супругов 1835 лет), а также одиночки в этом же возрасте.
Отнесение брачной пары к тому или иному типу
осуществлялось по супругу, имеющему меньший
возраст. Всего было опрошено 840 семей в 1989 г. и
800 семей в 2011 г. Фонд времени распределялся по
17 видам занятий (таблица 1). Столь дробное членение деятельности людей даёт возможность выявить
объём затрат времени на отдельные виды домашнего
труда, а также определить роль предприятий СО в
экономии времени на подобные затраты времени.
Опрос проводился в течение недели в определённом районе. В результате были получены фактически недельные бюджеты времени. Они более точно
отражают структуру занятий человека, поскольку содержат сведения о рабочих днях и выходных. Структура использования фонда времени зависит от времени года, т.к. затраты времени в сельской местности
значительно отличаются по периодам года (особенно
Таблица 1 - Сводные сравнительные показатели использования времени по различным типам семей в 1989 г. и в 2011 г.
Средние затраты времени на одного представителя типов
семей (рабо чий день – лето (час, мин))
1989 г.
2011 г.
Виды занятий
Типы семей
1 Рабочее время
2 Учебное время
3 Работа по дому, в том числе
1) приготовление пищи
2) уход за помещением и др.
3) стирка, шитьё и др.
4) покупка товаров, оплата услуг
5) прочие виды домашнего труда
4 Уход за детьми, их воспитание
5 Уход за личным подсобным хозяйством
6 Время на удовлетворение
физиологических потребностей
7 Свободное время, в том числе
1) просмотр телевидения и др.
2) посещение концертов и др.
3) прогулки и занятия спортом
4) хобби
5) приём гостей, посещение гостей, кафе и др.
106
I
II
III
IV
I
II
III
IV
5,25
2,25
1,20
1,10
0,40
0,30
0,45
2,20
8,00
4,15
2,15
1,10
0,30
0,30
0,30
0,30
1,40
8,00
3,50
2,05
0,50
0,45
0,30
0,20
0,50
1,35
8,00
3,20
1,00
1,10
0,20
0,30
0,20
0,30
4,20
2,00
1,00
0,30
0,20
0,30
2,00
8,00
4,00
3,00
1,00
0,30
0,30
1,00
1,00
1,40
8,00
0,20
3,00
3,00
0,30
0,20
0,30
0,15
2,00
1,30
8,00
0,25
2,50
2,00
1,00
0,30
0,30
0,40
-
9,00
7,00
7,00
8,00
8,00
9,00
8,00
10,00
3,40
2,00
0,05
0,15
1,00
0,20
1,55
1,10
0,10
0,10
0,20
0,05
1,45
1,00
0,10
0,10
0,20
0,05
3,35
2,10
0,20
0,20
0,30
0,15
6,30
4,00
0,10
0,20
1,00
1,00
2,40
0,40
0,20
0,10
0,30
1,00
2,35
1,00
0,25
0,20
0,20
0,30
5,35
3,00
0,30
0,40
0,25
0,30
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
лето и зима). Поэтому в анкете год был разделён на
зимний период и летний.
Несомненный интерес вызывает сопоставление
частоты посещения предприятий сферы услуг и затрат времени на покупки и получение услуг. Неудовлетворённость территориальной организацией СО зависит от величины затрат времени, необходимого для
перемещения потребителей к центрам обслуживания
(ЦО). Эти затраты, в свою очередь, определяют ту
частоту посещений ЦО, которая возможна в рамках
определённого бюджета времени сельских семей. В
конечном счёте, частота посещений учреждений обслуживания характеризует территориальный дискомфорт жителей в системе обслуживания.
Увеличение затрат времени на перемещение к ЦО
приводит к уменьшению частоты его посещений. Частота посещения предприятий СО жителями разных
сельских населенных пунктов (СНП) также мало изменяется в силу того, что повседневные потребности
(особенно посещение магазинов) селяне Курганской
области могут удовлетворять практически в своем НП.
Так, по данным 1989 г., жители Кетовского района довольно часто (в среднем 2 раза в месяц) ездят в Курган за покупками, несколько реже – мокроусовцы
(один раз). Наибольший удельный вес в частоте посещения предприятий услуг приходился на магазины, далее – столовые, отделения связи, для семей IV
типа – клубы. Крайне редко сельские жители пользовались услугами химчистки, спортивных сооружений.
Невысоким был удельный вес комплексных приёмных
пунктов и библиотек. Как видно из этих данных, наибольшие различия в частоте посещения наблюдались
среди разных типов семей, что касается типов поселений, то различия здесь небольшие.
Говоря о нынешнем времени при сопоставлении
частоты посещения предприятий сферы услуг и затрат времени на покупки и получение услуг, можно
отметить, что основные тенденции в посещении объектов СО семьями разных типов, проживающих в разных, остались прежними. Наибольший удельный вес
в частоте посещений приходится на магазины, отделения связи.
Сеть учреждений СО значительно сократилась.
Школы остались только в крупных НП, сократились
столовые, бани, пункты бытового обслуживания населения. Сейчас эти услуги в сельской местности предоставляют только частные предприниматели в крупных сёлах, райцентрах. Изменился и график автобусных перевозок. В большинстве сельских населенных
пунктов имеется один маршрут в день (туда-обратно)
до райцентра или областного центра, ряд НП не имеют прямого автобусного сообщения с областным центром. Высокие цены на билеты не позволяют жителям
отдалённых НП посещать учреждения СО в более
крупных НП. Владельцы личных автомобилей при поездке в город берут с собой односельчан или выполняют их поручения (например, купить что-либо). Наиболее выгодное положение у жителей Кетовского района, частота посещения учреждений СО областного
центра у них значительно выше, чем у других. Все
СНП района располагаются в 0,5-1 часовой доступноСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
сти от райцентра и областного центра. Жители СНП
Варгашинского района затрачивают на путь до г. Кургана от 40 минут до 3 часов, Куртамышского – от 1 до
3 часов, Мокроусовского – от 2 до 3 часов в зависимости от удалённости конкретного НП.
Затраты в бюджете времени на бытовые дела занимали около 25% в 1989 г., а в 2011 г. – 15-20%; на
«культурное» обслуживание (кроме дома) - 0,5% -2%
в 1989 г., в 2011 г. - 0,5-1%. Около трети семей в настоящее время не держат личное подсобное хозяйство,
соответственно, сократилось время на его ведение. Произошло снижение затрат времени на приготовление
пищи, уборку, стирку, что можно объяснить доступностью современных благ цивилизации (полуфабрикаты,
ассортимент средств бытовой химии, бытовая техника
и т.п.). Летом уменьшаются расходы времени на домашний труд, возрастают на ведение личного подсобного хозяйства (ЛПХ), также отмечается колебание затрат времени в разные дни недели. Так, у работающих
они возрастают в выходные дни. Затраты времени у
пенсионеров в рабочие дни в 2 раза выше, чем в выходные, а для матерей, сидящих с детьми, рабочие и
выходные дни не имеют большого значения, т.к. затраты времени на домашние дела значительны. Различаются затраты времени у молодых семей, с детьми и
без детей, одиночек.
Благодаря собранным данным, мы можем сопоставить и некоторые объективные показатели обслуженности сельского населения области за 20 лет. Так,
услугами ателье по пошиву и ремонту одежды пользовались в 1989 г. – 66%; в 2011 г. – 70% семей. Услугами мастерских по пошиву и ремонту обуви, соответственно, 40% и 45%. В целом, наблюдается тенденция роста пользования предприятиями СО, однако следует отметить, что в настоящее время они представлены, главным образом, только в райцентрах и областном центре. В небольших сёлах они практически отсутствуют, остались лишь магазины (рост сети в 2! раза).
Динамика сети СО представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Динамика сети объектов сферы обслуживания
Курганской области (1989-2010 гг.)
Таким образом, количественные и качественные
показатели сети объектов и уровня СО селян значительно ухудшились. Конечно, люди не перестали
пользоваться ими, но получение этих услуг для большей части жителей области связаны с ощутимыми
временными, транспортными затратами. Нельзя не
107
отметить, что к ним добавляются и денежные затраты, очень редко теперь люди едут в райцентр или город. Безусловно, в райцентрах и городах ныне представлен более полный спектр предприятий СО. Тем не
менее, недостаточно хорошо представлены услуги по
ремонту сложной бытовой и вычислительной техники,
в которых, по мнению респондентов, они сейчас в
наибольшей мере нуждаются. Стиральные машиныавтоматы, холодильники, компьютеры сейчас есть во
многих сельских домах, но в случае их поломки возникают проблемы с поиском мастера по их починке.
Мастерские сосредоточены в основном в г. Кургане и
в райцентрах, соответственно, возникают трудности с
отвозом/привозом техники. Частные мастера иногда
соглашаются выезжать в НП, расположенные в часовой доступности от города, но за 100-150 км редко кто
соглашается ехать к клиенту. Такая же ситуация складывается и с настройкой сети Интернет, установкой
программного обеспечения для компьютеров и т.п. Эти
современные виды услуг очень востребованы на селе.
Проведённое исследование подтвердило взаимосвязь бюджета времени населения и его доходов.
Анализ данных выборочного обследования показал
взаимосвязь объектов СО и «сжатие» территории. В
настоящее время есть два подхода к определению
сжатия пространства:
1) рост его проницаемости, связности, доступности;
2) сокращение обжитых, освоенных, экономически активных земель.
Сжатие в первом смысле воспринимают как позитивный процесс, заслуживающий поощрения. Если
не рассматривать денежные затраты, то жители СНП
наравне с горожанами имеют возможности для быстрого удовлетворения любых своих запросов в сфере
услуг благодаря автотранспорту и сети Интернет, высвобождая большую часть времени. В действительности, в настоящее время только небольшая часть
сельских жителей может воспользоваться этими возможностями, в первую очередь семьи III и IV типов.
Во втором случае «сжатие» представляется как
негативное действие, которое надо остановить. По мнению Т.Г. Нефёдовой, реальное сжатие освоенного сельского пространства могут отражать такие параметры,
как поляризация системы расселения и инфраструктуры; ухудшение качества социальной среды и др.
[7-9].
Социологический опрос сельских жителей Курганской области наглядно показал, что для нашей области характерен как раз второй – негативный тип «сжатия» сельского образа жизни и пространства. При сложившихся условиях в Курганской области, если сохранятся негативные тенденции, сжатие будет продолжаться именно по второму типу, т.к. слабая экономика, удалённость от сельских территорий, территориальные контрасты, низкое качество социальной среды и уровня жизни селян приведут к дальнейшему
«опустыниванию» сельских территорий.
Нами проведена типологизация систем расселения области, районов по уровню жизни, развитию СО,
разработана сеть соответствующих кластеров обслуживания, составлены необходимые карты.
108
Таким образом, в области необходима разработка и реализация специальной территориальной Программы по социальному развитию села и СО. В крупных СНП непременно должны оставаться и работать
магазины, школы, центры бытового обслуживания,
дома культуры, медицинские пункты. Необходимо
поддерживать на селе и частных предпринимателей
оказывающих современные бытовые и прочие услуги
по ремонту компьютеров, пошиву и ремонту одежды
и т.д. Требуется дальнейшее восстановление и подъем
сельскохозяйственного производства, что позволит
людям иметь необходимые денежные средства и возможности получения необходимых услуг. В регионе
должны быть разработаны свои региональные социальные стандарты жизни.
Список литературы
1 Курганская область в цифрах, 2010: стат. сб. / Территориальный орган федеральной службы государственной
статистики по Курганской области. Курган, 2011. 78 с.
2 Курганская область в цифрах за 60 лет: стат. сб. /
Курганский областной комитет статистики. Курган,
2003. 232 с.
3 Иванов Д.С. Трансформация сектора услуг регионов России:
автореф. дисс. … канд. геогр. наук. М., 2012. 26 с.
4 Елисеева И.И. Социальная статистика. 2001. URL:
sbiblio.com/biblio/archive/noname_socstat/ec1.aspx.
5 Завьялова О.Г. Территориальная организация сферы
обслуживания сельского населения Курганской области: дисс. … канд. геогр. наук. М., 1990. 298 с.
6 Пациорковский В.В. Сельско-городская Россия. М.: ИСЭПН
РАН, 2010. 390 с.
7 Трейвиш А.И. «Сжатие» пространства: трактовка и
модели // Сжатие социально-экономического пространства: новое в теории регионального развития и
практике его государственного регулирования. М.:
Эслан, 2010. С. 16-31.
8 Нефёдова Т.Г. Сжатие и поляризация сельского пространства России // Демоскоп. 2012. № 507-508. URL:
demoscope.ru/weekly/2012/0507/ index.php.
9 Нефёдова Т.Г. Сжатие внегородского освоенного пространства России – реальность, а не иллюзия //
Сжатие социально-экономического пространства:
новое в теории регионального развития и практике его
государственного регулирования. М.: Эслан, 2010.
С. 128-144.
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
УДК 911.3
В.В. Яворская
Одесский национальный университет имени
И.И. Мечникова
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ
ЕСТЕСТВЕННОГО И
МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЙ
НАСЕЛЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ
ТИПОВ
ГЕОДЕМОГРАФИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССОВ В УКРАИНЕ И
ЕЕ РЕГИОНАХ
Аннотация. В работе проанализировано естественное и механическое движение населения Украины и ее регионов. Усовершенствованная методика типизации геодемографических процессов с учетом типа и подтипа воспроизводства населения.
Рассматриваются динамические аспекты миграционных процессов, их влияние на формирование геодемографических процессов. В работе дана качественная оценка динамики численности населения
в региональных геодемографических процессах на
межпереписных отрезках, что дает представление
об общих особенностях развития динамики населения в регионах, подводит к типологическому представлению изменения динамики. Проведена группировка регионов Украины на основе особенностей
изменения общей динамики населения. Рассмотрены региональные геодемографические процессы и
систематизированы регионы по интенсивности и
амплитуде изменения динамики численности населения.
Ключевые слова: геодемографический процесс,
рождаемость, смертность, естественный прирост, сальдо миграции, регион, население.
V.V. Yavorskaya
I.I. Mechnikov Odessa National University
CHARACTERISTIC FEATURES OF
INFLUENCE OF NATURAL AND
MECHANICAL POPULATION
CHANGES ON THE TYPE
FORMATION OF GEODEMOGRAPHIC PROCESSES IN
UKRAINE AND ITS REGIONS
Abstract. The article comprises the analysis of
natural and mechanical movement of population of
Ukraine and its regions. The article describes improved
methods of geodemographic process typing, considering
the type and subtype of population reproduction. The article
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
considers dynamic aspects of migration processes and
their impact on the formation of geodemographic
processes. The article gives and a qualitative assessment
of population dynamics in regional geodemographic
processes between census intervals, which gives an idea
of general features of population changes in the region,
leads to typological representation of the dynamics.
Ukraine regions’ grouping on the basis of specific changes
of the general population dynamics was conducted. The
regional geodemographic processes are considered and
the regions in terms of intensity and amplitude of
population size dynamic changes are systematized.
Index terms: geodemographic processes, birth rate,
mortality, natural increase, migration balance, region,
population.
Актуальность исследования: современная геодемографическая ситуация населения Украины определяется как кризисная. Увеличивается смертность,
уменьшение рождаемости, как результат - естественная убыль. Еще с 1991 года показатели смертности
населения Украины стали превышать показатели рождаемости, это привело к депопуляции, то есть уменьшению общего количества населения Украины за счет
естественной убыли.
Цель работы: рассмотреть особенности формирования и развития основных составляющих геодемографического процесса (ГДП).
Основное содержание: основными составляющими ГДП считают естественное и механическое движение населения. Это наиболее распространенные и
вместе с тем диагностические характеристики демографических ситуаций и демографических процессов.
Количественный анализ показателей естественного и механического движения населения позволяет
представить его динамику относительно темпов изменения, равномерности, этапности и т.д. Соотношение
основных составляющих естественного и механического движения на различных временных промежутках
или для различных регионов позволяет выяснить особенности демовоспроизводственных процессов, систематизировать и типизировать их. Одна из первых
попыток типизации ГДП с участием показателей естественного и механического движения населения представлена в нашей разработке [7; 26]. Ее основные
положения.
Основные показатели движения населения - рождаемость и смертность, механический прирост и отток (выбытие) дают пять суммарных показателей: естественный прирост (убыль); сальдо миграции; общий
прирост населения (рождаемость + прибытие); общее
уменьшение населения (смертность + выбытие); интегральный показатель динамики численности населения (естественный прирост + сальдо миграции, или
общий прирост, или общее уменьшение населения) .
Более сложным и менее привычным является
анализ траектории ГДП. Ее главные характеристики:
1) общее направление траектории на увеличение,
стабилизацию (стагнацию) или убыль;
2) преобладающий характер графиков по их стабильности (равномерности) или нестабильности (вари-
109
ативности); такая качественная оценка траектории производится в зависимости от больших - меньших ее
колебаний и скачков во времени;
3) общая динамика траектории:
- ГДП со значительными темпами изменений будем называть динамичными;
- ГДП с малыми изменениями - малодинамичными;
4) новейшие тенденции развития ГДП: на общем
графике нужно отдельно рассмотреть последние 3-4
года и определить наличие или отсутствие новейших
тенденций, а в случае наличия - их направление.
Варианты типологической систематики ГДП по
приведенным признакам представлены в таблице 1.
Подчеркнем, что это дедуктивная схема, которая должна охватывать все возможные типы ГДП.
Отметим также, что это первая попытка типизации ГДП,
которая требует дальнейшего уточнения.
• Типы ГДП определяются по соотношению общего
прироста или общего уменьшения населения региона.
• Подтипы ГДП устанавливаются по соотношению
естественного прироста и миграционного сальдо как
основных показателей движения населения.
• Виды ГДП фиксируют стабильность (равномерность) или вариативность (неравномерность ) процесса.
• Подвиды ГДП характеризуют общий темп процесса как более или менее динамичный.
Рассматривались следующие типы ГДП: прогрессивный (І); стагнационный (II); регрессивный(III). Название подтипов состоит из двух характеристик, первая
определяет главный фактор динамики населения, вторая - участие в ней второго фактора.
Например, ГДП с шифром І.1.б называется так: прогрессивный ГДП с увеличением населения за счет естественного прироста с негативным сальдо миграции; ГДП
ІІІ.2.а – регрессивный ГДП с уменьшением населения
преимущественно за счет механической убыли с незначительной естественной убылью. В целом выделяем 11
подтипов ГДП, которые расписаны в таблице 1.
Таблица 1 - Типизация геодемографических процесов (ГДП)
Таксономические
единицы ГДП
Типы ГДП
Подтипы ГДП
Виды ГДП
Подвиды ГДП
Признаки для выделения таксонов
Соотношение общего прироста (ОП) и
общей убыли (ОУ) населения
•
ОП>ОУ
•
ОП=ОУ
•
ОП<ОУ
Соотношение естественного прироста (ЕП) и
миграционного сальдо (МС):
- увеличение населения за счет
естественного прироста:
*ЕП(+)>МС(+)
*ЕП(+)>МС(-);
- увеличение населения за счет
миграционного притока:
*МС(+)>ЕП(+);
*МС(+)>ЕП(-);
- стабилизация численности населения
*ЕП=0; МС=0;
*ЕП(+) = МС(-);
*ЕП(-) = МС(+);
- уменьшение населения за счет естественой
убыли;
*ЕП(-) >МС(-);
*ЕП(-) > МС(+);
- уменьшение населения за счет
миграционной убыли:
*МС(-) >ЕП(-);
*МС(-)>ЕП(+)
По степени стабильности или вариативности
траектории ГДП:
•
стабильные ГДП(С);
•
нестабильные ГДП(Н)
По темпу развития ГДП: :
*динамичные ГДП (Д);
*малодинамичные ГДП (М)
Предлагаемые обозначения
ГДП
І
ІІ
ІІІ
І.1
І.1.а
І.1.б
І.2
І.2.а
І.2.б
ІІ
ІІ.1
ІІ.2
ІІ.3
ІІІ.1
ІІІ.1.а
ІІІ.1.б
ІІІ.2
ІІІ.2.а
ІІІ.2.б
22 вида
І-С; ІІ-С; ІІІ-С;
І-Н; ІІ-Н; ІІІ-Н
16 подвидов
І-С(Д); І-С(М);
і т.д.
Примечание: ЕП (-) – естественный прирост имеет отрицательное значение ; ЕП ( +) - естественный прирост имеет положительное значение; МС (-) - миграционное сальдо с отрицательным значением; МС ( +) положительное значение показателя миграционного движения.
110
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
І Прогрессивный тип геодемографического процесса делится на следующие подтипы:
І.1.а – увеличение населения за счет естественного прироста с незначительным механическим приростом;
І.1.б. – увеличение населения за счет естественного прироста с незначительным механическим оттоком;
І.2.а. – увеличение населения за счет механического притока с незначительным естественным приростом;
І.2.б. – увеличение населения за счет механического притока с незначительной естественной убылью.
ІІ Стагнационный тип геодемографического
процеса в свою очередь делится на такие подтипы:
ІІ.1 – стагнация населения с нулевыми значениями миграционного сальдо и естественного прироста;
ІІ.2 - стагнация населения с естественным приростом, компенсирующим механическую убыль;
ІІ.3 - стагнация населения с естественной убылью,
компенсирующей механический прирост.
ІІІ Регрессивный тип геодемографического процесса подразделяется на следующие подтипы:
ІІІ.1.а – уменьшение населения за счет естественной убыли с незначительной механической убылью;
ІІІ.1.б - уменьшение населения за счет естественной убыли с незначительным механическим приростом;
ІІІ.2.а - уменьшение населения за счет миграционной убыли с незначительной естественной убылью;
ІІІ.2.б - уменьшение населения за счет миграционной убыли с незначительным естественным приростом.
Подтипы по траектории могут быть стабильными
или нестабильными, что дает 22 вида ГДП. Подвиды
свойственны только для ГДП I и III типов. Стагнацион-
ный тип ГДП, включающий 3 подтипа и 6 видов, на
подвиды не делится. Остальные 16 видов ГДП I и III
типов могут быть динамичными или малодинамичными, т.е. образовывать 32 подвида. Количественно систематика ГДП выглядит так: в первом ГДП 4 подтипа,
8 видов и 16 подвидов, во втором - 3 подтипа и 6 видов; в третьем - 4 подтипа, 8 видов, 16 подвидов. Соответствующие коды указанных видов и подвидов приведены в таблице 1.
Важной характеристикой ГДП является новейшая
тенденция. Для ее обозначения предлагается следующий код: 1 ) тенденция отсутствует [то]; 2) наблюдается
положительная (позитивная) тенденция [ тп ] 3) наблюдается отрицательная (негативная) тенденция [ тн ]
Понятно, что в настоящее время мы рассматриваем эту работу как поисковую, как один из первых
шагов к типизации ГДП, который требует дальнейшего углубления.
Рассмотрим динамику показателей естественного и механического движения населения Украины в период 1896-2011 годов (таблица 2, рисунок 1). Статистические ряды соответствующих показателей до 1940 г.
несколько ограничены, а с 1940 г. приведены с пятилетним интервалом. Механическое движение представлено только сальдо миграции начиная с 1950 года, но
и такая недостаточно полная статистика позволяет
рассмотреть общие особенности динамики населения
Украины.
Во-первых, весь график движения населения страны объективно разделен на два отрезка. Первый (до
1989/91 гг. ) представляет собой расширенный тип воспроизводства населения Украины. На этом временном
отрезке население Украины прошло через несколько
мощных демографических кризисов с большими потерями населения, но общая тенденция демовоспроизводственных процессов была положительной, и при-
Таблица 2 - Показатели естественного и механического движения населения Украины (1896-20011гг.)
Годы
тип ГДП
1896
1906
1911
1940
1950
1955
1960
1965
1970
І-а
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2009
2010
2011
І-б
І-в
ІІ-а
Рождаемость
%
47,5
44,0
40,0
27,3
22,8
20,0
20,5
15,3
15,2
15,1
14,8
15,0
12,7
9,6
7,8
9
Смертность
%
2 8,0
2 5,0
2 3,0
1 4,3
8,5
7,4
6,9
7,6
8,9
10,0
11,4
1 2,1
1 2,1
1 5,4
1 5,4
16,6
Естественный
прирост (убыль) %
19,5
19,0
17,0
13,0
14,3
12,6
13,6
7,7
6,3
5,1
3,4
2,9
0,6
-5,8
-7,6
-7,6
Сальдо
миграции %
11,1
10,8
11,0
15,3
15,2
14,5
-4,2
-4,4
-3,5
0,3
0,3
0,4
ІІ-б
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
2,9
-0,7
1,1
1,4
1,9
0,4
0,1
0,4
1,5
-2,6
-2,7
-2,9
111
рост населения довольно быстро перекрывал потери.
С 1991 г. страна вошла в стадию общей депопуляции населения. Как уже подчеркивалось, общее
уменьшение населения заложено в демографической
ситуации 1960-х годов. В отдельных случаях начало
депопуляции обозначено в 1989 г. - году ближайшей
переписи. С этого периода Украина вошла в суженный тип воспроизводства населения.
Отметимм, что это качественно новая для Украины демографическая ситуация, которая требует глубокой корректировки государственной демографической политики, новых направлений и критериев социально-экономического развития.
На основе соотношения показателей рождаемости-смертности-естественного прироста типы воспроизводства населения Украины разделены на подтипы
(рисунок 1, таблица 2):
Рисунок 1 - Показатели естественного движения
населения Украины (1896-2011гг.)
І-а - расширенный тип воспроизводства населения с высокими показателями движения населения и
общей тенденцией сокращения всех показателей естественного движения (1896-1940 годы );
І-б - расширенный тип воспроизводства с невысокими и относительно стабильными показателями
естественного движения населения (1945-965 гг.)
І-в - расширенный тип воспроизводства населения с невысокими и нестабильными показателями естественного движения, формирующими проблемную
демографическую ситуацию (1965-1990 гг.);
II-а - суженный тип воспроизводства населения с
невысокими показателями естественного движения и заметным снижением уровня рождаемости (1991-2004 гг.);
II- б - суженный тип воспроизводства населения с
невысокими показателями естественного движения и
относительным ростом рождаемости (2004-2011гг.).
Относительно механического движения населения в общей его динамике, то его роль в ГДП страны
ограничена (рисунок 2, таблица 2). Показатели сальдо
миграции невысокие и не превышают 1,5-2,0%. Показательно, что в первые годы независимости заметно
росла эмиграция и отрицательное сальдо составило
2,6 -2,9%. В последнее время, начиная с 2002 года,
количество иммигрантов уже несколько превышает
эмигрантов, положительное сальдо миграции составляет 0,3-0,4%.
Механическое движение населения заметно влияет на ГДП многих регионов. В АРК отрицательное
сальдо миграции ( до -10%) наблюдалось в течение
1994-2002 гг., а с 2002 г. изменилась на положительное на уровне 2-3%. В Днепропетровской области в
112
период 1994-2001 годов поток эмигрантов превышал
имигрантов на 4-6%, а с 2002 г. сальдо миграции стало
положительным (+1%). Похожая ситуация в Донецкой
области, где отрицательное сальдо миграции (-4-5%)
сохранялось в период 1993 -2005 гг.
Рисунок 2 - Механическое движение населения Украины
(1950 - 2011гг.)
Интересные тенденции механического движения
населения наблюдались на Закарпатье: в первые годы
независимости Украины (1991-1992 гг.) здесь преобладала иммиграция сальдо около +2%, в дальнейшем
(с 1993 г.) она изменилась активной эмиграцией (до 5%), а с 2008 г. баланс эмигрантов - иммигрантов выровнялся.
Интересная динамика мигрантов наблюдалась в
Киевской области: в течение 1995-1999 годов положительное сальдо миграции здесь держалось на уровне
2-3%, с 2000 г. преобладала эмиграция, а с 2003 г.
снова доминировали иммигранты (сальдо +1%).
В Запорожском и Ивано-Франковском регионах
показатели механического движения были подобными. С 1994 г. здесь преобладала активная эмиграция
(сальдо миграции - -5-6%), которая выровнялась с
иммиграцией только в 2007-2008 гг. В Кировоградской,
Луганской, Львовской, Херсонской, Николаевской областях активная эмиграция берет начало с 1993-1994
годов, отрицательное сальдо миграции составляет
4-8% и не имеет заметной тенденции к уменьшению.
Похожая ситуация в Ровенской, Сумской и Хмельницкой областях, где отрицательное сальдо миграции
(-2-4%) проявилось с 1994 года и продолжается сейчас.
Своеобразная миграционная ситуация наблюдается в Одесской области. С 1993 г. доминировала эмиграция (отрицательное сальдо миграции около - 3%).
В начале 2000-х годов произошел «иммиграционный
бум»: положительное сальдо миграции в 2002 году
достигало +5%. В Тернопольской области отрицательное сальдо миграции (-2%) установилось поздно - в
1997 году и сохраняется сейчас . В Харьковском регионе эмиграция преобладала в течение 1993-2000
годов и давала отрицательное сальдо миграции в -34%. В Черкасской области такая ситуация наблюдалась в течение 1994-2000 годов, в Черновицкой - 19942002 годов, в Черниговской - 1994-2009 годов.
Количественный и качественный анализ региональных ГДП в современных условиях, сравнительные характеристики новейших тенденций динамики
населения в регионах должны стать обязательными
составляющими государственной региональной геоВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
демографической политики и создать надежную фактологическую основу для прогнозирования региональных ГДП.
Вывод: сегодня как никогда ранее возрастает
роль геодемографичних процессов и их проявления в
региональном аспекте. Современная демографическая ситуация в Украине и ее регионах довольно сложная. Украина относится к государствам с типом воспроизводства населения, который характеризуется
низкими показателями рождаемости, увеличением
показателей смертности и незначительным естественным приростом населения в некоторых ее регионах.
Все это говорит о том, что изучение региональных ГДП
необходимо согласовывать с соответствующими положениями государственной региональной и демографической политики, а также с концепциями социально-экономического развития регионов, с предпосылками и особенностями демографического развития
всех регионов. Конечным продуктом исследования
регионального ГДП является обоснование региональной геодемографической политики.
Список литературы
1 Гаврилечко Ю. Трудові мігранти в Україні: виклик часу чи
екзотика? // Праця і Закон. 2009. №3. С. 14–16.
2 Гайдуцький А.П. Масштаби доходів українських трудових
мігрантів // Економіка та держава. 2009. № 2. С. 96–99.
3 Джаман В.О. До проблеми територіальних особливостей
демографічних процесів в Україні // Український географічний журнал. 1998. № 3. С. 13-18.
4 Комплексний демографіний прогноз України на період до 2050 р.
/ за ред. Е.М. Лібанової. К.: УЦРС, 2006. 138 с.
5 Муромцева Ю.І. Демогрфія: навч. посіб. К.: Кондор, 2009.
300 с.
6 Прибиткова І.М. Основи демографії. К.: АртЕК, 1995. 254 с.
7 Топчієв О.Г., Куделіна С.Б., Яворська В.В. Геодемографічний процес: зміст і функції поняття // Український
географічний журнал. 2000. № 2. С. 25-27.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
113
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ
НАУКИ
УДК 632.952
А.А. Малинников1, И.Н. Порсев1, В.В. Евсеев2
Курганская государственная
сельскохозяйственная академия
им. Т.С. Мальцева
2
Курганский государственный университет
1
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
СОВРЕМЕННЫХ
ПРОТРАВИТЕЛЕЙ СЕМЯН
ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
Аннотация. В производственных условиях дана
сравнительная оценка эффективности новых отечественных микроэмульсионных протравителей
семян, а также препаратов иностранных фирм, производящих средства защиты растений. Показана
существенная биологическая активность испытанных препаратов в отношении корневых гнилей при
передаче возбудителей через семена и почву.
Ключевые слова: протравители семян, яровая пшеница, микроэмульсия, система защиты, корневые гнили.
A.A. Malinnikov, 1I.N. Porsev, 2V.V. Evseev
T.S. Maltsev Kurgan State Agricultural Academy
2
Kurgan State University
1
1
EFFICIENCY OF MODERN SPRING
WHEAT SEED PROTECTANTS
Abstract. The research has conducted field tests
for comparative efficiency assessment of new domestic
microemulsion seed protectants as well as of the
effectiveness of the foreign products that produce crop
protection agents. The article features a significant
biological activity of the tested seed protectants against
the root rots caused by pathogens transmitted through
seeds and soil.
Index terms: seed protectants, springwheat,
microemulsion, protection system, root rot.
ВВЕДЕНИЕ
Потери зерна от корневых гнилей по многолетним
данным составляют от 10 до 23% при уменьшении в
нем содержания и качества клейковины. Содержание
белка в зерне снижается на 4,5–10%, а клейковины
на 8–10% [2].
Протравливание семян - наиболее экологически
безопасный прием защиты растений. Оно проводится
по результатам фитосанитарной экспертизы семян,
114
которая является обязательным элементом семенного контроля, предусмотренного федеральным законом
«О семеноводстве» от 17 декабря 1997 года №149ФЗ. Протравливание инфицированных патогенами семян в пределах 5-30% положительно влияет на их
полевую всхожесть, обеспечивая оптимальные параметры густоты всходов и продуктивного стеблестоя.
Протравливание же семян, инфицированных возбудителями корневых гнилей выше 30%, и здоровых часто не сказывается положительно на повышении их
полевой всхожести и урожайности зерна [2; 3]. Именно поэтому речь должна идти о дифференцированном
протравливании семян, а выбор препарата для обеззараживания семян должен быть продуманным.
Качественное протравливание семян всегда начинается с фитоэкспертизы, на основании результатов которой делают заключение о возможности использования конкретной партии зерна для семенных целей и о необходимости протравливания. Фитоэкспертиза семян позволяет правильно подобрать препарат,
а это исключительно важно, так как современный рынок средств защиты растений наводнен препаратами
преимущественно иностранных фирм, нередко сомнительного качества, либо дешевыми подделками (made
in China).
В последнее десятилетие российская фирма ЗАО
«Щелково Агрохим», используя нанотехнологии, разработала ряд перспективных препаратов для протравливания семян зерновых культур на базе микроэмульсий. Такая препаративная форма (МЭ) имеет в 3 раза
выше коэффициент проникновения сквозь ткани и оболочки семени, чем традиционная - концентрат суспензия (КС). Как поведут себя такие препараты в конкретных почвенно-климатических условиях? Ответить на
этот вопрос – было целью наших исследований.
1 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты исследования: сорт яровой пшеницы
Тулеевская, норма высева 5 млн/га; протравители Скарлет, МЭ - 0,4 л/т; Поларис, МЭ - 1,2 л/т; Бенефис,
МЭ - 0,8 л/т; Кинто Дуо, КС- 2,5 л/т; Иншур Перформ,
КС - 0,6 л/т.
Фитоэкспертизу семян осуществляли на базе лаборатории фитоиммунологии и защиты растений Курганского госуниверситета стандартным методом рулонов в соответствии с методическими указаниями [4].
Оценка эффективности новых препаратов проводились в 2013 году на Далматовском госсортоучастке (с. Крутиха). Размер делянки 50 м2. Повторность
опыта 4-кратная. Предшественник – пар.
Производственные испытания проходили на базе
ООО «Рассвет» Шадринского района Курганской области. Предшественник - яровая пшеница, стерневой
фон. Производственные опыты были заложены в
2-кратной повторности, размер делянки 5 га. Посев
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
комплексом Джон Дир, норма высева 5 млн/га. Сорт
яровой пшеницы Тулеевская. Внесена аммиачная селитра – 1,5 ц/га.
Изучались варианты:
1 Контроль (без протравливания) + система защиты яровой пшеницы, принятая в хозяйстве.
2 Протравливание семян препаратом Скарлет, МЭ
(имазалил – 100г/л + тебуконазол - 60 г/л) - 0,4л/т +
Эмистим - 1 мл/т семян, система защиты яровой пшеницы препаратами ЗАО «Щелково Агрохим».
3 Протравливание семян препаратом Ламадор, КС
(пропиконазол 250 г/л + тебуконазол 150 г/л) – 0,15 л/т
+ Мивал Агро – 5 г/т, система защиты яровой пшеницы, принятая в хозяйстве.
Почва участка – чернозем выщелоченный, среднесуглинистый, среднегумусный. Климатические условия
в зоне исследований в 2013 году характеризовались
засухой, ГТК – 0,9. Обработка семян культуры осуществлялась по типу полусухого протравливания, в производственных опытах обработка фунгицидами проводилась в фазу выхода флаг-листа с расходом рабочей
жидкости 250 г/га. Все учеты и наблюдения были проведены по методике государственного сортоиспытания и
Всероссийского научно-исследовательского института
защиты растений. Критерий адаптивности растений к корневой гнили (Ка) рассчитывали по методике, предложенной профессором А.П. Голощаповым [1].
2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Фитопатологическая экспертиза посевного материала показала, что семена контрольного варианта имели низкую лабораторную всхожесть (73,5%), были инфицированы возбудителями обыкновенной и фузариозной корневой гнили, черноты зародыша семян, токсинобразующими грибами из р. Alternaria sp., возбу-
дителями плесневения (представители родов
Cladosporium, Penicillium). Вместе с тем суммарная
инфекция особо опасными патогенными видами
(Bipolaris sp., Fusarium sp.) не превышала 7%. Обработка семян препаратами приводила к повышению их
лабораторной всхожести до 86,5 (Поларис)–95,0%
(Скарлет и Кинто Дуо), при этом наблюдалось практически полное подавление грибной инфекции, в том числе сапротрофных грибов – токсинобразователей и возбудителей плесневения семян. Для протравителя Бенефис отмечен выраженный стимулирующий эффект
проростков, которые в два раза превышали по длине
проростки других вариантов.
Оценка защитного эффекта препаратов в полевых
условиях проведена в два этапа: на стадии кущения
растений и в фазу восковой спелости зерна. В первый
срок учета все испытанные препараты существенно
снижали уровень развития обыкновенной корневой
гнили, особенно эффективными были Поларис и Иншур Перформ (таблица 1).
Важно отметить, что препараты Скарлет, Кинто Дуо
и Поларис обеспечивали повышение адаптивности
растений к корневой гнили, особенно Поларис. Сама
по себе пшеница сорта Тулеевская характеризуется
слабой выносливостью к корневой гнили, поэтому препараты, повышающие ее иммунные характеристики,
приобретают наибольшую ценность. Препарат Иншур
Перформ хотя и снижал достоверно развитие болезни, однако первое время никак не отражался на выносливости растений к корневой гнили (адаптивность
сохранялась на уровне контроля).
Развитие корневой гнили в конце вегетации растений (второй срок учета) было минимальным в вариантах с обработкой семян протравителями Поларис,
Скарлет и Иншур Перформ (таблица 2). В варианте с
Таблица 1 - Результаты обследования посевов пшеницы сорта Тулеевская (фаза кущения) на пораженность обыкновенной
корневой гнилью по вариантам опыта с протравителями семян
Варианты
Контроль (без протравителей)
Поларис
Иншур Перформ
Скарлет
Кинто Дуо
Бенефис
Развитие корневой гнили
(Р б), %
20,3
8,0
8,8
11,4
12,0
13,7
Критерий адаптивности
(Ка)
2,4 (+)
2,8 (++)
2,4 (+)
2,6 (++)
2,6 (++)
2,3 (+/-)
Примечание
Слабая устойчивость
Адаптивность повышена
На уровне контроля
Адаптивность повышена
Адаптивность повышена
На уровне контроля
Таблица 2 - Результаты обследования посевов пшеницы сорта Тулеевская (фаза восковой спелости зерна) на
пораженность обыкновенной корневой гнилью по вариантам опыта с протравителями семян
Варианты
Развитие корневой гнили
Критер ий адаптивности
Примечание
(Р б), %
(Ка)
Контроль (+ гербицид)
14,5
1,9 (-)
Минус-адаптивность
Скарлет (+ гербицид)
15,9
2,3 (+)
Адаптивность повышена
Ламадор (+ гербицид)
32,7
1,7 (-)
Минус-адаптивность
Контроль
22,9
2,0 (-)
Минус-адаптивность
Поларис
6,9
1,6 (--)
Минус-адаптивность
Иншур-Перформ
12,4
2,5 (++)
Адаптивность повышена
Скарлет
8,2
2,2 (+)
Адаптивность повышена
Кинто-Дуо
20,5
2,0 (-)
На уровне контроля
Бенефис
27,7
1,8 (-)
Минус-адаптивность
Примечание: три верхние строки в таблице – данные по Шадринскому району, где препараты применяли на
фоне гербицидов в сочетании с обработкой растений регуляторами роста.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
115
препаратом Бенефис развитие корневой гнили даже
несколько усилилось. Повышение выносливости растений к болезни обеспечили только два препарата –
Иншур Перформ (Ка=2,5) и Скарлет (Ка=2,2). Интересно отметить, что препарат Поларис, первоначально
обеспечивший очень высокую выносливость растений
к корневой гнили, к концу вегетации «сдал», однако
по-прежнему обеспечивал самый низкий уровень развития болезни (7–8%).
В целом следует подчеркнуть, что препараты отечественного производства на основе микроэмульсий в жестких условиях полевых испытаний превосходили по эффективности или, по крайней мере, не
уступали концентрат суспензиям иностранного производства.
Очень интересными оказались результаты сравнительного испытания двух систем защиты яровой
пшеницы от болезней: разработанной в хозяйстве (протравливание семян препаратом Ламадор) и предложенной фирмой ЗАО «Щелково Агрохим» (протравливание семян препаратом Скарлет). Контрольный вариант характеризовался относительно слабым развитием обыкновенной корневой гнили к концу вегетации,
хотя выносливость растений к болезни была очень
слабой (минус-адаптивность, свойственная сорту Тулеевская). Там, где применялся препарат Скарлет (в
комплексе с другими пестицидами и регулятором роста растений Эмистим), развитие корневой гнили - на
уровне контроля, а выносливость растений к заболеванию заметно возросла (плюс-адаптивность). В варианте с традиционной для хозяйства системой защиты
растений протравитель не остановил развитие корневой гнили, а сами растения характеризовались крайне слабой выносливостью к болезни (минус-адаптивность).
Обработка семян яровой пшеницы сорта Тулеевская препаратами ЗАО «Щелково Агрохим» на основе микроэмульсии позволила получить высокую биологическую урожайность и хозяйственную эффективность (таблица 3).
Биологическая урожайность по препаратам составила от 42 ц/га до 45 ц/га. По препарату Скарлет, МЭ
хозяйственная эффективность составила - 38,8%; препарату Поларис, МЭ – 36,8%; Бенефис, МЭ – 46,6%.
Отмечено, что по всем изученным протравителям наблюдается повышение густоты продуктивного стеблестоя от 9,5 до 27,5%, озерненности колоса на 12%,
массы 1000 зерен от 9,4 до 12,9%.
Применение систем защиты растений, принятой
в ООО «Рассвет» Шадринского района и рекомендуемой ЗАО «Щелково Агрохим», позволило получить
также высокую хозяйственную эффективность, равную
21,6% при биологической урожайности 45,1 ц/га. В этом
варианте отмечено увеличение густоты продуктивного стеблестоя на 9,1%, озерненности колоса на 18,1%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение фунгицидов ЗАО «Щелково Агрохим»
для протравливания семян – эффективный прием повышения уровня продуктивности яровой пшеницы в
Курганской области.
Изученные протравители семян обладали неравнозначной биологической активностью в подавлении
корневых гнилей при передаче возбудителей через
семена и почву в зоне исследований. По ряду показателей микроэмульсионные препараты превосходили по эффективности протравители на базе концентрат суспензий.
Список литературы
1 Голощапов А.П. Методы селекции пшеницы на иммунитет.
Курган: ГИПП «Зауралье», 2002. 112 с.
2 Порсев И.Н. Адаптивные фитосанитарные технологии
возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья: монография. Шадринск, 2009. 320 с.
3 Торопова Е.Ю., Порсев И.Н., Малинников А.А. Фитосанитарная оценка способов обработки почвы в условиях
Зауралья // Вестник Курганской ГСХА. 2013. №1. С. 27-31.
4 Фитопатологическая экспертиза семян зерновых культур
и дифференцированное протравливание семян. Киров:
Кировский СХИ, 1990. 24 с.
Таблица 3 - Хозяйственная эффективность применения препаратов (Далматовский ГСУ, 2013 г.)
Показатели
Густота продуктивного
стеблестоя, шт./м2
Высота растений, см
Число зёрен в колосе, шт.
Масса 1000 зёрен, г
Биологическая урожайность, ц/га
Хозяйственная эффективность, %
116
Контроль
Скарлет,
МЭ 0,4 л/т
Поларис,
МЭ 1,2 л/т
Бенефис,
МЭ 0,8 л/т
Кинто Дуо,
КС 2,5 л/т
Иншур
Перформ,
КС 0,6 л/т
398
436
444
476
468
480
61,9
25
30,9
65,7
28
34,9
66,9
28
33,8
65,7
28
33,8
64,3
26
33,4
63,1
20
35,0
30,7
42,6
42,0
45,0
40,6
33,6
-
38,8
36,8
46,6
32,2
9,4
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
УДК 633.11:632.4
В.В. Евсеев
Курганский государственный университет
ЖЕЛТАЯ ПЯТНИСТОСТЬ ЗЛАКОВ
В ЛЕСОСТЕПИ ЮЖНОГО
ЗАУРАЛЬЯ
Аннотация. В статье даны сведения о распространении на территории Южного Зауралья возбудителя желтой пятнистости листьев пшеницы, его
вредоносности, биоэкологических особенностях и характере биоценотических связей. Обобщены сведения о современных подходах к защите растений от
пиренофороза, очерчен круг проблем и вопросов,
требующих решения.
Ключевые слова: пиренофороз, псевдотеции,
аскоспоры, конидиальная стадия, биоэкология, вредоносность, меры борьбы.
V.V. Evseev
Kurgan State University
YELLOW LEAF SPOT DISEASE OF
CROPS IN THE FOREST-STEPPE
OF SOUTHERN ZAURALYE
Abstract. The article comprises the data on spread
of the anticrop agent of the yellow leaf spot disease of
wheat, its malignancy, bioecological peculiarities and the
character of biocenosis relations on the territory of
Southern Zauralye. The data about modern approaches
towards protection of plants from the yellow leaf spot
disease are integrated; a range of problems and questions
to be solved are outlined.
Index terms: yellow leaf spot disease of crops,
pseudothecia, ascospores, conidial stage, bioecology,
malignancy, control measures.
ВВЕДЕНИЕ
Желтая пятнистость листьев – возбудитель
Pyrenophoratritici-repentis (Died.) Drechsler (конидиальная стадия - Drechsleratritici-repentis) – получила широкое распространение во многих странах мира. На
территории России массовое развитие болезни впервые зарегистрировано в Краснодарском крае еще в
начале 80-х годов прошлого века [1]. Впоследствии
Л.А. Михайловой с сотрудниками [2] возбудитель желтой пятнистости с высокой частотой выделен из листьев пшеницы, собранных в Дагестане, Башкирии, Ленинградской, Псковской и Новгородской областях, на
Алтае.
В Курганской области длительное время появление желтой пятнистости на пшенице не привлекало к
себе внимания специалистов по защите растений, которые считали причиной пятен на листьях совсем другую болезнь – септориоз. В последнее десятилетие в
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
Южном Зауралье желтая пятнистость злаков заняла
доминирующее положение в составе экономически
значимых болезней пшеницы, потеснив септориоз,
мучнистую росу, бурую листовую ржавчину.
В связи с высокой вредоносностью патогена,
широким распространением и отсутствием информации об особенностях его развития в местных условиях целью нашей работы было изучение биоэкологии
возбудителя желтой пятнистости злаков в природной
и лабораторной обстановке.
1 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты исследования: все почвенно-климатические зоны Курганской области (работы по изучению биоэкологии пиренофороза проводились в Альменевском, Сафакулевском, Щучанском – на границе
с Челябинской областью, Далматовском, Шадринском,
Шатровском, Кетовском – центральная и северная
лесостепная зона Курганской области, Куртамышском,
Звериноголовском, Половинском районах – на границе с республикой Казахстан). Период исследований –
с 2003 по 2013 гг.
Объектами исследования были ассоциации эпифитных микроорганизмов филлосферы яровой пшеницы;
возбудитель
пиренофороза
злаков
(Pyrenophoratritici-repentis (Died.)Drechsler.); мягкая
яровая пшеница – TriticumaestivumL. (в лабораторных
и полевых опытах использованы сорта: Жигулевская,
Терция, Омская 26, Тулунская 12, Новосибирская 89,
Лютесценс 70, Омская 18, Новосибирская 15, Тулеевская, Боевчанка, Экада и другие).
Лабораторные и полевые эксперименты проводили с привлечением стандартных фитопатологических
и микробиологических методик. Постановка экспериментов по иммунологической оценке сортов яровой
пшеницы в отношении пиренофороза проведена по
методикам, разработанным учеными Всероссийского
НИИ защиты растений [5].
2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Распространение желтой пятнистости на
территории Курганской области
Выполненный впервые в 2003 году микологический анализ пораженных листьев яровой пшеницы на
производственных и опытных посевах в Кетовском районе [3],а затем последующие экспедиционные исследования позволили установить факт широкого распространения пиренофороза в Курганской области (рисунок 1).
Существует три версии возникновения очагов
пиренофороза на территории Южного Зауралья. Возбудитель мог быть занесен из Башкирии через Челябинскую область, либо попасть из Казахстана, где он
неоднократно обнаруживался в Кустанайской, Северо-Казахстанской, Целиноградской, Кокчетавской областях [4], или перейти с местных кормовых и дикорастущих злаков на посевы яровой пшеницы.Последняя версия наиболее интересна и не лишена оснований. Причиной развития болезни могли быть существенные изменения экологической обстановки, связанные с неграмотным и неумеренным использовани-
117
ем химических средств защиты растений. Не случайно в 70–90-е годы ХХ в. на территории Урала, Зауралья и Западной Сибири получили широкое распространение в посевах зерновых так называемые ятрогенные болезни (септориоз, фузариоз колоса и др.), активное развитие которых уже тогда связывали с интенсивной химизацией растениеводства.
Рисунок 1 - Районы высокой вредоносности желтой
пятнистости пшеницы (массовое развитие пиренофороза
достоверно зарегистрировано в 11 районах Курганской
области)
Коренное преобразование лесостепных ландшафтов Курганской области под влиянием антропогенного
фактора повлекло за собой формирование очагов антропургического типа, т.е. очагов, возникших в результате хозяйственной деятельности человека. Популяция
возбудителя мигрировала с дикорастущих злаков на
культурные. Таким образом, в условиях расширения
посевных площадей под яровой пшеницей (что было
характерно для периода освоения целинных земель)
происходил процесс адаптации возбудителя к агроценозам.
Сегодня с высокой долей вероятности можно
ожидать выявление очагов пиренофороза на территории Челябинской, Свердловской и Тюменской областей, однако местные службы защиты растений детально в фитосанитарную обстановку на полях не вникают, привычно рапортуя о традиционных для зерновых
культур болезнях – септориозе, мучнистой росе, гельминтоспориозных пятнистостях, бурой ржавчине.
2.2 Биоэкология, вредоносность и
биоценотические связи возбудителя
желтой пятнистости злаков
Наблюдения показали, что в условиях Зауралья
гриб зимует псевдотециями на растительных остатках
пшеницы (рисунок 2) и дикорастущих злаках, ежегодно проходит сумчатую и конидиальную стадии развития. На фрагментах инфицированных растительных остатков (солома пшеницы) длиной 5 см насчитывали от
25 до 117 зрелых псевдотециев, в каждом из которых
содержалось до 10 сумок с аскоспорами (по 8 спор в
сумке).
При контакте всходов пшеницы с незапаханной с
осени стерней аскоспоры возбудителя инфицируют
листья пшеницы. В течение периода вегетации распространение гриба осуществляется конидиями (рисунок 3).
118
Рисунок 2 - Растительные остатки с многочисленными
псевдотециями Pyrenophoratritici-repentis
а)
б)
Рисунок 3 - Конидиальная стадия - Drechsleratritici-repentis
(а); половая стадия – сумка с аскоспорами
(б) (об. 20х, ок. 12х)
В лабораторных исследованиях выявлена высокая пластичность и адаптивность возбудителя пиреВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
нофороза к основным абиотическим факторам окружающей среды и питательным средам. Установлено,
что патоген может расти даже при температуре +50С и
ниже, но оптимальной является температура +25– 270С.
Возбудитель не растет при температуре выше +350С,
следовательно, патоген относится к мезофильным и
даже психроактивным видам.
Для наблюдения за развитием заболевания на производственных посевах пшеницы (Кетовский район)
было выделено 20 модельных растений с поражением
листьев желтой пятнистостью (сорт Жигулевская).
Симптомы заболевания проявляются на обеих
сторонах листа на проростках и взрослых растениях.
На листьях образуются первоначально маленькие округлой или линзообразной формы желто-коричневые
пятна с желтым окаймлением. В длину пятно достигает 12 мм. По мере развития повреждения пятна срастаются, листья желтеют и отмирают. В центре они имеют темно-коричневый цвет. Внешне пятна похожи на
септориозные, но пикниды на них отсутствуют. Некроз
часто начинает развиваться вблизи верхушки листа и
распространяется к его основанию.
После цветения пшеницы (начало июля) развитие инфекции усиливается. Прежде чем начнут сливаться пятна, лист скручивается вдоль центральной
жилки, а кончик листа начинает подсыхать. Размер
пятен достигает 3–4 мм в длину, что определяет поражение в 5–10 баллов. Подфлаговый лист засыхает на
две трети.
К концу июля флаг-лист засыхает у многих растений на две трети. Пятна формируются крупные до
1 см в длину, вытягиваются и сливаются, образуя полосы вдоль центральной жилки листа.
В фазу восковой спелости (август) выполняли
измерение высоты стеблей и длины колоса модельных растений. Сильное развитие болезни заметно сказывается на продуктивности растений (таблица 1).
Высота здоровых растений обычно варьирует в пределах 80,24 ч 89,51 см, длина колоса 6,97 ч 7,86 см. У
больных растений все параметры снижаются: высота
составляет 65,48 ч 76,92 см, длина колоса в пределах 5,43 ч 6,43 см. Масса зерна главного колоса у
больных растений снижается на 32,3% (685 мг). Доверительные интервалы для сравниваемых показателей
не перекрываются, что указывает на существенное
влияние возбудителя.
Особенно сильно поражаются пиренофорозом и
снижают урожайность такие сорта, как Жигулевская,
Терция, Тулеевская. Автору статьи довелось осматривать посевы пшеницы сорта Тулеевская в Шадринском и Щучанском районах Курганской области по стерневому фону (нулевая обработка почвы) в 2013 году:
низкорослые посевы, нижние ярусы листьев желтые,
флаг-лист наполовину засох, скручен, с многочисленными характерными пятнами, колосья 5–6 см в длину.
Урожайность на этих полях не превышала 10–12 ц/га.
С практической точки зрения важно отметить, что
нами выявлена тесная связь между уровнем поражения листьев яровой пшеницы пиренофорозом= и обилием в филлосфере растений эпифитных пенициллов,
триходермы, бациллярных форм микроорганизмов
(Bacillussubtilis, Bac. mesentericus, Bac. megatherium).
Так, коэффициент корреляции между числом КОЕ пенициллов и уровнем поражения листьев пшеницы пиренофорозом составил r = -0,71. Уравнение регрессии
Y на X имеет вид: Y = 13,29 -1,32 Х. Корреляционная
зависимость средней силы (r2 = 0,50). Тесная связь
между обилием интродуцированного в филлосферу
Bacillussubtilis и уровнем развития желтой пятнистости
злаков доказана при коэффициенте корреляции r = -0,84,
уравнение регрессии имеет вид: Y = 21,3 -2,50Х.
2.3 Современные подходы к защите
пшеницы от пиренофороза
Нарастание распространенности и вредоносности болезни в условиях Зауралья объясняется следующими причинами: минимальной обработкой почвы с
сохранением стерни на ее поверхности; возделыванием сортов пшеницы с недостаточным уровнем устойчивости к патогену; применением химических
средств защиты, оказывающих селектирующее действие на патогенную микрофлору.
В связи с тем, что главным резерватом инфекции пиренофороза являются остатки стерни, меры борьбы с болезнью должны быть направлены на искоренение этого источника инфекции. Стерню необходимо
либо сжигать, либо заделывать в почву (придется агрономам снова вспомнить об отвальной обработке),
либо обрабатывать специальными биопрепаратами,
ускоряющими биодеградацию соломы. Важную роль
будет играть севооборот, обеззараживание семян и
применение фунгицидов при появлении первых пятен
на верхних листьях.
Наиболее эффективным, менее затратным и экологически безопасным способом защиты пшеницы от
пиренофороза является селекционно-генетический.
Однако толерантные и резистентные к возбудителю
сорта пшеницы в условиях Курганской области до сих
пор не известны. В связи с этим одной из задач нашей работы был поиск источников устойчивости среди районированных и перспективных сортов мягкой
яровой пшеницы к возбудителю желтой пятнистости
листьев. Результаты предварительной иммунологической оценки районированных сортов и селекционных
Таблица 1 - Влияние пиренофороза на элементы продуктивности яровой пшеницы сорта Жигулевская (Курган, 2005–2008 гг.)ППп
Вариант
Здор овые растения
Больные растения
Высота стебля,
см
84,88 ± 2,24
71,20 ± 2,66
19,9
Длина колоса,
см
7,42 ± 0,21
5,93 ± 0,23
27,1
Масса зерна
с колоса, г
1,02 ± 0,06
0,68 ± 0,07
32,3
Примечание: в знаменателе - снижение показателя по сравнению со здоровыми растениями (%).
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
119
линий яровой пшеницы позволяют отнести к относительно устойчивым такие сорта, как Экада, Боевчанка, Мальцевская-110, Новосибирская 15.
По данным Л.А. Михайловой [5], на территории
России выявлено 22 высоко- и среднеустойчивых к
пиренофорозу сорта яровой пшеницы. Значительная
часть устойчивых сортов создана в СибНИИСХозе
(г. Омск), среди них Омская 24, Омская 28, Омская
33, Росинка. Имеются также сорта, выведенные в
Челябинском НИИСХ (Казахстанская ранняя, Эритроспермум 560, Нива 2, Дуэт).
Заслуживает внимания вопрос использования
биопрепаратов для снижения развития заболевания,
хотя технологии их эффективного применения пока
еще не отработаны.
ВЫВОДЫ
1 Возбудитель пиренофороза злаков в условиях
Курганской области имеет сложный цикл развития,
представленный такими стадиями, как псевдотеции с
аскоспорами (половая стадия), конидиеносцами с конидиями (бесполая стадия), мицелием. Зимует возбудитель псевдотециями на инфицированных растительных остатках и имеет широкий спектр растений-хозяев (пшеница и дикорастущие злаки).
2 В настоящее время на территории Южного Зауралья возбудитель желтой пятнистости листьев имеет
ранг хозяйственно и экономически опасного вида.
Заболевание может привести к значительным потерям
в урожае зерна. На сильно пораженных посевах снижение урожая зерна пшеницы достигает 50% и выше.
3 Биоценотические связи патогена в местных природно-климатических условиях можно контролировать,
используя антагонистический потенциал сапротрофной
микрофлоры. Доказана связь между уровнем поражения листьев яровой пшеницы пиренофорозом и обилием в филлосфере растений эпифитных пенициллов,
триходермы, бациллярных форм микроорганизмов.
Коэффициент корреляции между обилием в
филлосфереBacillussubtilis и уровнем развития пиренофороза r = -0,84.
4 Экологически безопасный способ борьбы с желтой пятнистостью – внедрение в производство устойчивых к поражению сортов. Среди районированных
на территории Зауралья сортов яровой пшеницы рекомендуем к внедрению в производство такие, как
Мальцевская-110, Новосибирская-15, сорта селекции
СибНИИСХоза.
Список литературы
1 Рудаков О.Л. Пиренофороз озимой пшеницы // Защита
растений. 1985. № 10. С. 28–29.
2 Михайлова Л.А., Коваленко Н.М. Характеристика видов
Triticum и Aegilops по устойчивости к желтой пятнистости, вызываемой Pyrenophoratritici-repentis // Микология и фитопатологи. 2006. Т. 40. Вып. 3. С. 255–263.
3 Евсеев В.В. Желтая пятнистость листьев пшеницы в
Курганской области // Защита и карантин растений.
2006. № 6. С. 20–21.
4 Хасанов Б.А. Желтая пятнистость листьев злаков,
вызываемая Pyrenophoratritici-repentis (Died.) Drechs. //
Микология и фитопатология. 1987. Т. 22. Вып. 1. С. 78–83.
5 Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая
120
пятнистость пшеницы: методические указания по
изучению популяций возбудителя желтой пятнистости Pyrenophoratritici-repentis и устойчивости сортов.
СПб.: ВИЗР, 2012. 64 с.
УДК 579.6 : 631.461
А.М. Плотников1, В.В. Евсеев2
1
Курганская государственная
сельскохозяйственная академия имени
Т.С. Мальцева
2
Курганский государственный университет
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ
АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМНЫХ
ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ
ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ
КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. В статье представлены итоги
оценки влияния различных уровней антропогенной
нагрузки на численность основных групп почвенных
микроорганизмов и напряженность биологической
трансформации углерод- и азотсодержащих соединений выщелоченного чернозема центральной лесостепной зоны Курганской области.
Ключевые слова: чернозем, почвенная микрофлора, уровень культуры земледелия, индекс минерализации.
A.M. Plotnikov1, V.V. Evseev2
T.S. Maltsev Kurgan State Agricultural Academy
2
Kurgan State University
1
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY OF
CHERNOZEM SOILS OF THE
CENTRAL FOREST-STEPPE ZONE
IN KURGAN REGION
Abstract. The article shows the results of influence
assessment of various anthropogenic loading levels on
the number of basic groups of soil microorganisms and
intensity of biological transformation of chernozem carboand nitrogen-based compounds of the central forest-steppe
zone in the Kurgan region.
Index terms: chernozem, soil microflora, farming
standards level, mineralization index.
Введение
Сельскохозяйственное использование почв Зауралья коренным образом меняет их ключевые свойства, в том числе уровень биологической активности.
Характер и направленность этих изменений остаются
до сих пор слабо изученными. Между тем уже в 50–
60-х гг. прошлого века в почвах Курганской области
широкое распространение получили процессы деграВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
дации гумуса [2; 4; 5]. Несомненно процессы дегумификации зауральских черноземов связаны со все возрастающей антропогенной нагрузкой, ведущей к нарушениям микробиологических режимов трансформации углерод- и азотсодержащих соединений почвы,
формированию нетипичной динамики основных физиологических групп микроорганизмов. Однако особенности функционирования микробных комплексов черноземов в условиях различных уровней культуры земледелия и интенсификации использования земли еще
не получили всесторонней оценки [2; 6; 8; 9]. Работы,
направленные на выяснение специфики биокомплексов черноземных почв при трансформации целинных
и залежных вариантов в пахотные, отличаются высокой актуальностью, так как позволяют дать надежное
биологическое и экологическое обоснование приемов
охраны и регулирования их плодородия.
Учитывая высокую значимость таких разработок,
мы поставили в своих исследованиях цель не только
оценить общий уровень биогенности зауральских черноземных почв, но и выяснить влияние различных
уровней использования земли на численность основных физиологических групп микроорганизмов и напряженность биологической трансформации углерод- и
азотсодержащих соединений черноземов Курганской
области.
1 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектами исследования были основные эколого-трофические группы микроорганизмов: аммонификаторы, олиготрофы и олигонитрофилы и микроорганизмы,
утилизирующие минеральные формы азота.
Под эколого-трофической группой мы понимаем
группу микроорганизмов, обладающих сходными физиологическими функциями и осуществляющих в природе один и тот же биохимический процесс, например разложение клетчатки.
Кроме эколого-трофических групп микроорганизмов объектом служил чернозем выщелоченный - основной тип черноземных почв центральной лесостепной зоны Курганской области. Исследование микрофлоры проводили на старопахотных, залежных и целинных вариантах чернозема выщелоченного.
Генетические и агрохимические свойства этого
типа почвы изучены и описаны специалистами-почвоведами Курганской государственной сельскохозяйственной академии [3; 7]. Для определения влияния
антропогенного фактора на процессы почвообразования проводили сопряженные исследования пахотных,
залежных и целинных вариантов выщелоченного чернозема опытного поля КГСХА (II центральная агроклиматическая зона Курганской области). Почвенные об-
разцы на пашне, залежи и целине отбирали на возможно более близком расстоянии друг от друга, чтобы природные факторы почвообразования в отличие от антропогенного фактора были максимально близкими.
Ключевые агрохимические параметры чернозема
выщелоченного представлены в таблице 1.
Подвижный фосфор и обменный калий в почве
определяли по В.Ф. Чирикову из одной вытяжки (ГОСТ
26204-91). Содержание фосфора в целинном участке
низкое. При сельскохозяйственном использовании
земли происходит минерализация органических соединений и фосфор становится более доступным для растений. Поэтому на пашне его содержание увеличивалось до 80 мг/кг почвы. Запасы обменного калия
в слое 0-20 см на пашне, наоборот, заметно снижаются. В результате вымывания кальция осадками и хозяйственного выноса возделываемыми культурами
содержание его на пашне также снижается (до
19,1 мг-экв./100 г почвы), при этом происходит увеличение гидролитической кислотности.
Обогащенность гумуса азотом средняя (С:N = 10),
для старопахотных черноземов низкая (С:N = 11 – 12).
Сумма обменных оснований в пахотном слое
30–45 м.-экв. на 100 г почвы. В составе обменных
катионов преобладает кальций (до 27 м.-экв. на 100 г
почвы). В верхних горизонтах всегда присутствует
небольшое количество обменного водорода, обусловливающее потенциальную кислотность.
Количество агрономически ценных водопрочных
агрегатов крупнее 0,25 мм составляет не менее 60%,
при этом в целинном варианте их больше, чем в пахотном (до 80%). Вследствие хорошей оструктуренности плотность выщелоченного чернозема в гумусовом горизонте невысокая (1,2 г/см3).
Отбор образцов почвы для микробиологического
анализа проводили по стандартной методике [10].
Пробы отбирали из почвенного слоя 0–20 см стерильными инструментами (почвенный бур, лопатка) в стерильные пакеты из крафт-бумаги. По каждому варианту анализировали средний образец почвы, который
составляли смешиванием 4-7 индивидуальных проб
массой по 100–200 г. Образцы почв высушивались до
воздушно-сухого состояния.
Посев проводили на МПА (РПА) – для учета бактерий, усваивающих органический азот; КАА (крахмалоаммиачный агар) – для бактерий и актиномицетов, усваивающих минеральные формы азота; ГА (голодный агар) – для учета бактерий-олиготрофов; среду Эшби – для олигонитрофильной группировки микроорганизмов.
Активность трансформации углерод- и азотсодержащих соединений почвы, напряженность процессов
Таблица 1 - Агрохимические свойства чернозема выщелоченного (КГСХА, 2008-2010 гг.)
Объект
Целина
Залежь 11 лет
Залежь 4 года
Пашня
Гумус,
%
5,49
4,20
3,66
3,61
Ca2+
24,1
22,0
19,3
19,1
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
мг-экв. на 100 г почвы
Mg2+
H+
4,9
3,39
5,0
4,11
5,3
4,42
5,2
4,42
ЕКО
32,4
31,1
29,0
28,7
V, %
89,5
86,8
84,8
84,7
pHсол.
5,48
5,45
5,22
5,05
P 2O5
46,9
69,0
78,3
80,0
мг/ кг
K2O
166
150
134
132
121
минерализации почвенного органического вещества
оценивали путем нахождения соотношений трофических групп микроорганизмов по [11]:
1) МПА/ПА – показатель эвтрофности;
2) ПА/МПА – индекс олиготрофности;
3) КАА/МПА – индекс минерализации;
4) Эшби/МПА – показатель олигонитрофильности.
Статистическая обработка данных проведена на
ПЭВМ методом однофакторного дисперсионного анализа по общепринятым методикам [1].
2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Численность эколого-трофических групп
микроорганизмов выщелоченного чернозема
опытного поля КГСХА
Следует отметить, что пахотный вариант чернозема опытного поля КГСХА давно приобрел черты выпаханности, во многом потерял свои агрономически
ценные свойства, что существенно сказалось на динамике численности микроорганизмов и характере
микробиологических процессов (таблицы 2-4).
Таблица 2 - Численность эколого-трофических групп
микроорганизмов чернозема выщелоченного опытного поля
КГСХА(2008 г., 1-й срок анализа)
Варианты
Целина
Пашня
Залежь 4
Залежь 10
НСР 0 5
Аммонификаторы,
млн/г
почвы
0,56
0,35
0,74
0,32
0,11
Олиготрофы,
млн/г
почвы
0,12
0,27
0,18
0,19
0,06
Олигонитрофилы,
млн/г
почвы
0,26
0,47
0,39
0,32
0,07
Бактерии
на КАА,
млн/г
почвы
0,39
0,41
0,47
0,48
0,26
Обращает на себя внимание очень низкая численность аммонифицирующих бактерий в вариантах
«пашня» и «залежь 10-летняя», что может быть связано с переуплотнением почвы и ее чрезвычайно низкой влажностью (на залежи), развитием анаэробных
процессов в верхнем слое почвы, а на пашне - обеднением её легкодоступными для растений и микроорганизмов питательными веществами. Между тем,
именно аммонификаторы активно участвуют в формировании пищевого режима растений (рисунок 1).
Интересно отметить, что численность аммонифицирующей группировки восстанавливается на залежных
землях, выведенных из эксплуатации на короткий срок.
Все это говорит о том, что в условиях Зауралья на динамику численности микроорганизмов в нерегулярно удобряемых и неокультуренных почвах определяющее влияние оказывают, с одной стороны, поступление свежих
корней и растительных остатков, с другой стороны, влажность почвы. Иссушение почвы либо недостаток в ней
органических веществ ведут к снижению численности
практически всех групп микроорганизмов.
Численность микроорганизмов, усваивающих
минеральные формы азота тоже низкая, по вариантам
опыта меняется незначительно, достоверных отличий
не зафиксировано.
122
Рисунок 1 - Характерные корневидные колонии
BacillusmycoidesFlugge - аммонификатора свежих
растительных остатков, встречаются только в целинной
почве (фото В.В. Евсеева)
Таблица 3 - Численность эколого-трофических групп
микроорганизмов чернозема выщелоченного опытного поля
КГСХА (2008 г., 2-й срок анализа)
Варианты
Аммонификаторы,
млн/г
почвы
Олиготрофы,
млн/г
почвы
Олигонитрофилы,
млн/г
почвы
Бактерии
на КАА,
млн/г
почвы
Целина
1,77
1,42
1,59
2,20
Пашня
0,80
1,12
1,35
1,15
Залежь 4
1,77
2,77
2,51
1,53
Залежь 10
НСР 05
0,92
0,11
1,18
0,20
1,02
Fф <F 05
1,81
0,26
Таблица 4 - Численность эколого-трофических групп
микроорганизмов чернозема выщелоченного опытного поля
КГСХА (2008 г., 3-й срок анализа)
Аммонификаторы,
млн/г
почвы
Олиготро
фы,
млн/г
почвы
Олигонитрофилы,
млн/г
почвы
Бактерии
на КАА,
млн/г
почвы
Целина
1,43
0,87
1,06
1,37
Пашня
1,57
3,07
4,33
3,03
Залежь 4
2,00
3,01
3,46
3,44
Залежь 10
НСР 05
1,69
F ф<F05
1,48
0,24
1,71
0,49
1,35
0,26
Варианты
Залежные участки не отличаются по активности
олигонитрофилов, но их численность существенно
возрастает на пашне и резко снижается на целине.
Активизацию олигонитрофильной группировки на пашне можно рассматривать, как положительное явление,
т.к. эти микроорганизмы обладают способностью фиксировать молекулярный азот воздуха и содействуют
повышению плодородия почвы.
Между залежами нет существенных отличий и по
численности олиготрофов, но их активность также возВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
растает на пашне, что лишний раз подтверждает, что
почва здесь приобрела черты выпаханности и активно идут процессы деградации гумуса. На целинном
участке численность многих групп микроорганизмов
сохраняется на относительно низком уровне, что свидетельствует о стабильности почвенной экосистемы.
2.2 Уровень минерализации почвенного
органического вещества
Характер динамики численности основных групп
почвенных микроорганизмов и специфика структуры
микробного сообщества выщелоченного чернозема
опытного поля КГСХА, особенно его выпаханного варианта, закономерно отразились и на интенсивности
минерализации почвенного органического вещества
(таблица 5).
Таблица 5 - Показатели трансформации углерод- и
азотсодержащих органических соединений чернозема
выщелоченного (опытное поле КГСХА)
Варианты
Усредненные значения
коэффициентов
МПА/ПА
КАА/
МПА
Эшби/
МПА
1-й срок анализа (весна)
Пашня
1,35
1 ,21
1,4 3
Целина
4,93
0,69
0,4 7
Залежь 4-летняя
4,17
0,64
0,5 4
Залежь 10-летняя
1,72
1,52
1,0 3
2-й срок анализа (лето)
Пашня
0,71
1 ,43
1,6 9
Целина
0,95
1,60
1,1 7
Залежь 4-летняя
0,63
0,86
1,3
Залежь 10-летняя
0,78
1,97
1,1 2
ПА/М ПА
0,78
0,21
0,24
0,61
1,4
1,03
1,56
1,3
Показатель эвтрофности бактериального комплекса был постоянно высоким на целине (4,93 весной), а
также весной на залежи (4-летняя). Высокие значения
индекса минерализации отмечены нами для пахотного варианта, а также целины и 10-летней залежи во
второй срок анализа. Показатель олигонитрофильности постоянно был высоким на пашне, а индекс олиготрофности на пашне и залежных вариантах. Рост минерализационных процессов и перестройки в бактериальном комплексе в пользу олиготрофной группировки на залежных и целинных вариантах в данном
случае противоречат общим тенденциям, отмечаемым
микробиологами для зауральских черноземов. Вероятно, такая разноречивость данных объясняется выраженной нестабильностью экологических условий и
микробного сообщества почвы. По-видимому, негативные последствия потери почвой потенциального плодородия дают о себе знать даже при выводе ее из
сельскохозяйственного использования на длительный
срок (5–10 лет). Особенно настораживают высокие
значения индекса олиготрофности для 10-летней залежи, так как они могут косвенно указывать на процессы микробиологической деградации почвенного
органического вещества (гумуса).
зало, что на пахотных вариантах выщелоченного чернозема, приобретшего черты выпаханности, динамика микробиологической активности имеет неблагоприятные черты.
2 В целинных и залежных черноземных почвах
Зауралья динамика микробиологических процессов
имеет специфику: численность микроорганизмов здесь
стабильна и не подвержена резким изменениям. Активность минерализации в залежах, как правило, тормозится, что способствует развитию черноземного
процесса и накоплению гумуса.
3 Результаты исследования позволяют разрабатывать рекомендации по использованию биокомплексов почвы в целях стабилизации и повышения плодородия зауральских черноземов.
Список литературы
1 Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985.
350 с.
2 Евсеев В.В. Микробиологическая активность целинных,
старопахотных и окультуренных черноземов Курганской области // Сиб. вестн. с.–х. науки. 2007. № 3 (171).
С. 5–10.
3 Егоров В.П., Кривонос Л.А. Почвы Курганской области.
Курган: Зауралье, 1995. 174 с.
4 Егоров В.П., Кривонос Л.А., Иванюшин Е.А. Результаты
мониторинга трансформации гумуса в черноземах
лесостепного Зауралья // Аграрная наука: проблемы и
перспективы. Материалы региональной научнопрактической конференции. Курган: ГИПП «Зауралье»,
2002. С. 231–235.
5 Иванюшин Е.А. Влияние различных уровней сельскохозяйственного использования земли на урожайность
зерновых культур и плодородие выщелоченных черноземов лесостепи Зауралья: автореф. дис. … канд. с.-х.
наук. Курган, 2003. 19 с.
6 Иванюшин Е.А., Евсеев В.В. Сравнительная биологическая
активность целинных и пахотных черноземов Белозерского района // Наука – сельскому хозяйству:
материалы Всероссийской научно-практической
конференции. Курган: ГИПП «Зауралье», 2003. С. 113–117.
7 Иванюшин Е.А., Плотников А.М. Запасы гумуса и азота в
черноземах Зауралья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2010. № 9 (71).
С. 37–40.
8 Коробова Л.Н. Микробиологическая оценка приемов
адаптивного земледелия в лесостепи Западной Сибири
// Материалы XLI научно-технической конференции
Челябинского государственного агроинженерного
университета. Челябинск: ЧГАУ, 2002. Ч.3. С. 116–118.
9 Коробова Л.Н.Структура и функционирование микробных
ценозов черноземных почв при их восстановлении //
Сиб. вестн. с.–х. науки. 2006. № 4 (164). С. 5–9.
10 Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред.
Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
11 Никитина З.И. Микробиологический мониторинг наземных экосистем. Новосибирск: Наука, 1991. 222 с.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 Определение численности основных экологотрофических групп почвенных микроорганизмов покаСЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
123
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 519.688
А.А. Медведев
Курганский государственный университет
ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К
МАШИННОЙ ГЕНЕРАЦИИ
ЗАДАНИЙ ПОИСКОВОВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
ХАРАКТЕРА
Аннотация. В статье рассматривается способ генерации заданий поисково-вычислительного характера на основе графа потенциальных сюжетов
задач, который формируется на основе формул, связывающих элементы описываемого понятия.
Ключевые слова: генерация заданий, граф потенциальных сюжетов, база данных.
зовых понятий с фиксацией характерных для них
свойств и отношений в модельной базе данных (МБД)
и к построению на этой основе адекватных моделей
представления знаний.
1 Формирование модельной базы данных
(МБД)
Основной структурной единицей МБД являются
понятия, которые подразделяются на понятия-классы
и индивидуальные понятия. Понятия-классы служат
для объединения в родственные группы индивидуальных понятий. В запросе на генерацию, указывая имя
класса, можно рекомендовать всю группу относящихся к данному классу индивидуальных понятий. Примером понятия-класса могут служить понятия «фигура», «уравнение» (рисунок 1).
Фигура
Треугольник
A.A. Medvedev
Kurgan State University
ABOUT ONE APPROACH TO
COMPUTER GENERATION OF
SEARCH AND COMPUTATION
TASKS
Abstract. The article considers a method for
generating search and computation tasks based on the
potential plots graph, which is formed according to the
formulas which connect the elements of the described
concept.
Index terms: problem generation, potential plots
graph, database.
ВВЕДЕНИЕ
В процессе организации проверки знаний учащихся преподаватель, как правило, тратит много времени
на подбор и подготовку заданий, которые в дальнейшем будут использованы для проведения контроля.
Несмотря на то, что разработки в области автоматизации процесса образования и, в частности, контроля
знаний обучаемых ведутся достаточно давно, недостаток большинства используемых систем автоматизированного контроля заключается в слабом развитии средств генерации заданий и анализа ответов на
них, поэтому исследования возможностей увеличения
интеллектуальности контролирующих систем сегодня,
как и ранее, являются актуальными. Этому вопросу
посвящено достаточно много публикаций, в частности, можно выделить монографию [1].
Цель настоящей работы: рассмотреть еще один
подход к генерации заданий, сводящийся к формализации предметных областей на основе выделения ба-
124
Квадрат
Окружность
Уравнение
Квадратное
уравнение
Линейное
уравнение
Рисунок 1 - Примеры родственных отношений между
понятиями
Описание индивидуальных понятий состоит из
заголовка, описания элементов понятия, их связей,
ограничений на выбираемые значения элементов.
Заголовок включает в себя название понятия, ссылку
на понятие-класс и обозначение понятия. После описания заголовка перечисляются составные элементы
понятия, задаются области их допустимых значений и
обозначения, которые в дальнейшем будут использованы при записи аналитических выражений. Так, например, для понятия «Треугольник» можно выделить
следующие составные элементы (список приведен не
полностью, в скобках – обозначение элементов):
· сторона (a,b,c);
· угол (A,B,C);
· полупериметр (р);
· площадь (S).
Cледующим моментом в описании понятия является задание ограничений на генерируемые значения
элементов, а также формул, связывающих элементы
понятия. Для нашего случая перечень ограничений и
формул может быть следующим (запись произведеВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
на по правилам языка программирования Бэйсик):
a<b+c; a>abs(b-c); a=b*sin(A)/sin(B); a=sqr(b*b+c*c2*b*c*cos(A)); p=(a+b+c)/2; S=a*b*sin(C)/2; a=2*p-b-c;
A=pi-B-C; A=arcsin(a*sin(B)/b); A=arccos((b*b+c*c-a*a)/
(2*b*c)). По заданным формулам строится граф потенциальных сюжетов задач, содержащий все возможные связи между элементами понятия. Построенный
граф постоянно хранится в МБД.
2 Генерация заданий
Для формирования текстов условий и вычисления эталонных ответов предусмотрено использование
генератора текстов задач, условная схема работы которого приведена на рисунке 2.
В запросе определены предметная область (планиметрия) и направление синтеза сюжетов задач (фигура). Генератор из «известных» системе фигур выбирает те, которые могут служить объектами задачи,
затем случайным образом останавливается на одном
из них (например, на треугольнике) и для него строит
множество сюжетов, удовлетворяющих заданным
характеристикам. Выбрав произвольным образом одну
из альтернатив для сюжета, генератор формирует текст
условия и вычисляет ответ сгенерированной задачи.
Остановимся подробнее на алгоритме генерации.
По описанию понятия строятся множества:
· всех элементов понятия;
· ограничений на значения элементов понятия;
· формул, по которым значения одних элементов можно вычислить по значениям других;
· числовых характеристик (весов) формул;
· вершин графа потенциальных сюжетов задач
с использованием элементов данного понятия.
В рассматриваемом случае множество элементов понятия «треугольник» разбивается на четыре группы: сторона (a,b,c), угол (A,B,C), полупериметр (p) и
площадь (S). В случае необходимости можно производить циклическую перестановку в параметрах ограничений и формул с сохранением смысла первоначальных отношений.
Каждая формула оценивается по количественному и качественному составу присутствующих в ней
операций. Вес формулы определяется следующим
m
образом:
P = ∑ bi ni , где m - число равнотрудных
i =1
операций, например: сложение и вычитание, умножение и деление, возведение в дробную степень, вычисление значений функций синус, косинус, логарифм,
арккосинус и т.д.; bi - число условных единиц, добавляемое к весу формулы из группы i; ni - число употребляемых в формуле операций из группы i.
Пусть b1=1, b2=2, b3=3, b4=4. Тогда, например, вес
первой формулы a=b*sin(A)/sin(B) будет равен 12.
С помощью так называемых рангов формул генератор задач позволяет преподавателю отмечать отношения, не принадлежащие к данной предметной
области, но присутствие которых в описании понятия
необходимо, и, наоборот, отмечать некоторые формулы как особо сложные, редко употребляемые при решении задач. Введение рангов формул делает возможным качественное оценивание алгоритмов реше-
Модельная База Данных
Предметная область
«Алгебра»
Уравнение
Запрос на генерацию
Тема: Планиметрия
Ссылка: Фигура
Сложность: 3
Трудоемкость: 17
Квадратное уравнение
Линейное уравнение
Генератор задач
Предметная область
«Планиметрия»
Фигура
Квадрат
Треугольник
сторона
угол
полупериметр
площадь
***Дано:
Треугольник ABC
сторона a=6
сторона c=7
сторона b=4
угол A=3*pi/12
* Подлежат определению:
площадь S
угол B
угол C
Рисунок 2 - Синтез задачи на основе МБД
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
125
ния типовых задач, автоматическое определение «удаленности» некоторого рассматриваемого алгоритма
решения от элементарных алгоритмов. В нашем случае все ранги равны 1 и присвоены по умолчанию.
По перечисленным множествам формируется
граф потенциальных сюжетов задач G. Каждой вершине из этого графа соответствует некоторая формула для вычисления очередного неизвестного элемента по заранее определенным параметрам. Ветви графа G строятся так, чтобы суммарный вес входящих в
одну ветвь вершин был минимальным, то есть для
вычисления очередного неизвестного элемента выбирается та из формул, которая имеет наименьший вес.
Таким образом осуществляется перебор всех возможных в качестве начальных условий комбинаций элементов и по ним строятся ветви графа G.
Для машинного синтеза задач по некоторым задаваемым преподавателем абстрактным харектиристикам необходимо их строгое формальное определение. Проблема эта в значительной мере связана с
разработкой количественных критериев оценки результатов обучения и базирующихся на этой системе форa=bsin(A)/sin(B)
мализованных методов контроля. При работе с генератором задач под сложностью (S) будем понимать
качественно-количественную оценку логико-вычислительных моментов в решении задачи (сумму рангов
формул оптимального алгоритма решения); под трудоемкостью (T) - суммарный объем вычислений в задаче, выраженный в некоторых условных единицах.
Данный подход позволяет свести машинный синтез
сюжета задачи по двум числовым характеристикам к
локализации в графе G тех ветвей, у которых суммарный ранг соответствует заданной сложности S, и сумма весов вершин P отклоняется от требуемого объема на допустимую величину O. Таким образом формируется множество альтернатив для выбора из графа G последовательности связанных вершин, из которого посредством датчика псевдослучайных чисел
выбирается прообраз будущего сюжета задачи.
На рисунке 3 изображен граф потенциальных
сюжетов задач для понятия «треугольник», полученный на основе ранее введенных формул. По запросу
S=3, P=25, O=6 в графе будут локализованы те ветви,
у которых суммарный ранг равен 3, а сумма весов
p=(a+b+c)/2
2
8
C=pi-A-B
c=sqr(b*b+a*a-2abcos(C))
10
9
4
S=abcos(C)/2
11
A=arcsin(asin(B)/b)
S=bcsin(A)/2
p=(a+b+c)/2
18
9
4
a=sqr(b*b+c*c-2bccos(A))
a=sqr(b*b+c*c-2bccos(A))
18
B=pi-A-C
11
p=(a+b+c)/2
4
C=arcsin(csin(A)/a)
9
18
2
S=bcsin(A)/2
A=arccos((b*b+c*c-a*a)/(2bc))
p=(a+b+c)/2
4
a=2p-b-c
18
A=arccos((b*b+c*c-a*a)/(2bc))
4
A=pi-B-C
2
Рисунок 3 - Граф потенциальных сюжетов для понятия «треугольник» (в вершинах - веса формул)
126
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
вершин принадлежит промежутку от 19 до 31. Среди
множества различных задач могут быть и такие (соответствующие им последовательности вершин выделены пунктирными линиями):
***Дано:
Треугольник ABC
сторона b=5
угол A=3*pi/12
угол B=4*pi/12
***Подлежит определению:
сторона c
***Дано:
Треугольник ABC
сторона a=3
сторона b=6
сторона c=4
угол A=4*pi/12
***Подлежат определению:
площадь S
угол B
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Достоинством описанного подхода к машинной
генерации задач являются малые затраты преподавателя на формирование МБД, с одной стороны, и возможность получения задач с различными сюжетами с другой.
На основе МБД можно организовать интеллектуальную поддержку диалога при проведении контролирующего сеанса. В процессе диалога компьютера
с обучаемым возможны:
·
генерация задач по заданным характеристикам;
·
оказание помощи при расчетах по сложным
формулам;
·
сверка полученных ответов и промежуточных
величин в решении задачи;
·
подсказка обучаемому следующего хода в
решении задачи.
Доступ обучаемым к перечисленным возможностям должен регламентироваться преподавателем. Он
зависит от дидактических целей контроля знаний на
данном этапе процесса обучения.
Список литературы
1 Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных
учебников и обучающих систем. М.: Информационноиздательский дом «Филинъ», 2003. 616 с.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
127
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Баймышева Мария Александровна – гидрохимик 1 категории, Курганский Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды – филиал Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Курган.
Басимова Ольга Михайловна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Бирюков Михаил Федорович – директор, ООО НПП «Рус-Ойл», Курган.
Бирюкова Наталья Владимировна – эколог, ООО НПП «Рус-Ойл», Курган.
Бочегов Василий Иванович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики, компьютерных методов физики, Курганский государственный университет, Курган.
Ваганова Людмила Анатольевна – аспирант, РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Воронцов Борис Сергеевич – доктор технических наук, заведующий кафедрой общей физики,
Курганский государственный университет, Курган.
Выхованец Евгения Петровна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Двухватская Ксения Петровна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Дудин Павел Леонидович – заместитель начальника по экспертной работе, Курганское областное бюро судебно-медицинской экспертизы, Курган.
Евсеев Вадим Валерьевич – доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры ботаники и генетики, Курганский государственный университет, Курган.
Елизарова Светлана Николаевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры физической и прикладной химии, Курганский государственный университет, Курган.
Еманов Андрей Александрович – кандидат ветеринарных наук, старший научный сотрудник
лаборатории реконструктивного эндопротезирования и артроскопии, РНЦ «ВТО» им. акад.
Г.А. Илизарова, Курган.
Завьялова Ольга Григорьевна – доктор географических наук, профессор кафедры экологии и
безопасности жизнедеятельности, Курганский государственный университет, Курган.
Камкин Иван Павлович – аспирант, Курганский государственный университет, Курган.
Канашкова Юлия Игоревна – кандидат медицинских наук, врач-ординатор урологического отделения, Московская городская больница № 57, Москва.
Киреева Елена Анатольевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биохимии, РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова, Курган.
Кискина Любовь Алексеевна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Козловцева Ольга Сергеевна - кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии, географии и методики их преподавания, Ишимский государственный педагогический институт
им. П.П. Ершова, Ишим.
Колчерина Валентина Вильевна – кандидат биологических наук, заведующий клинико-диогностической лабораторией Травматологический центр, Сургут.
Костин Александр Вадимович – старший преподаватель кафедры физической и прикладной
химии, Курганский государственный университет, Курган; химик-технолог, ООО НПП «Рус-Ойл»,
Курган.
Крайнюченко Лариса Владимировна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Кубарева Светлана Юрьевна – ведущий инженер, Служба технического развития ОАО «Курганмашзавод», Курган.
Кузьмин Игорь Владимирович - заведующий учебным ботаническим садом, Тюменский государственный университет, Департамент биологии Института математики, компьютерных наук
и информационных технологий, Тюменский государственный университет, Тюмень.
Ларионова Татьяна Адиславовна – кандидат медицинских наук, руководитель функциональной группы, врач высшей категории, заведующая отделением радиоизотопных исследований, старший научный сотрудник лаборатории рентгеновских, ультразвуковых и радионуклидных методов диагностики, РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова, Курган.
Лунева Светлана Николаевна – руководитель клинико-экспериментального отдела, РНЦ «ВТО»
им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Малинников Александр Анатольевич – аспирант, Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, Курган.
Маслова Ольга Александровна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Матвеева Елена Леонидовна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник КЭЛО,
128
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Медведев Аркадий Андреевич – кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационных технологий и методики преподавания информатики, Курганский государственный университет, Курган.
Менщикова Лариса Викторовна – ведущий инженер, Курганский филиал Территориального
фонда геологической информации по УрФО, Курган.
Морозова Тамара Васильевна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Мосталыгин Александр Григорьевич – кандидат технических наук, доцент кафедры инноватики и менеджмента качества, Курганский государственный университет, Курган.
Мосталыгина Лидия Витальевна – кандидат химических наук, заведующий кафедрой физической и прикладной химии, Курганский государственный университет, Курган.
Мочалов Александр Сергеевич – директор ботанического сада, кандидат биологических наук,
Курганский государственный университет, Курган.
Накоскин Александр Николаевич – кандидат биологических наук, доцент кафедры физической
и прикладной химии, Курганский государственный университет, Курган; старший научный сотрудник, РНЦ «ВТО» имени акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Овчинников Евгений Николаевич – кандидат биологических наук, ученый секретарь, РНЦ «ВТО»
им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Парахин Александр Сергеевич – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики, компьютерных методов физики, Курганский государственный университет.
Переладов Александр Борисович – кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации производственных процессов, Курганский государственный университет, Курган.
Плотников Алексей Михайлович – кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии и почвоведения, Курганская государственная сельскохозяйственная академия им.
Т.С. Мальцева, Курган.
Попова Альфия Хамитовна – врач акушер-гинеколог, гинекологическое отделение, городская
больница №2, Курган.
Попов Дмитрий Павлович – директор ГОУ УКК «Курганагропром», Курган.
Попов Игорь Павлович – ведущий специалист отдела инновационного развития, Департамент
экономического развития, торговли и труда Курганской области, Курган.
Порсев Игорь Николаевич – доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия, Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, Курган.
Прояева Лариса Викторовна – кандидат биологических наук, доцент кафедры зоологии и биоэкологии, Курганский государственный университет, Курган.
Прусова Надежда Геннадьевна – кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры ботаники и генетики, Курганский государственный университет, Курган.
Романенко Светлана Алексеевна – младший научный сотрудник лаборатории биохимии, РНЦ
«ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Русаков Юрий Сергеевич - начальник сектора судебных экспертиз, старший лейтенант внутренней службы, ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Курганской области, Курган.
Смирнов Александр Викторович – аспирант, РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Спиркина Елена Сергеевна – лаборант-исследователь клинико-экспериментального лабораторного отдела РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Стогов Максим Валерьевич – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биохимии, РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Суслов Михаил Владимирович – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Токарь Ольга Егоровна - кандидат биологический наук, доцент кафедры экологии, географии и
методики их преподавания, Ишимский государственный педагогический институт им. П.П.
Ершова, Ишим.
Тыщенко Александр Петрович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики, компьютерных методов физики, Курганский государственный университет, Курган.
Федорова Татьяна Александровна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры зоологии
и биоэкологии, Курганский государственный университет, Курган.
Феоктистов Дмитрий Сергеевич – аспирант, Томский государственный университет; инженер ботанического сада, Курганский государственный университет, Курган.
Худякова Елена Григорьевна – менеджер, ООО «Архимед», Курган.
129
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
Шаров Артем Владимирович – кандидат химических наук, доцент кафедры физической и прикладной химии, Курганский государственный университет, Курган.
Шихалева Наталья Геннадьевна – кандидат медицинских наук, заведующая травматологоортопедического отделения № 12, РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова, Курган.
Шпаковатая Екатерина Алексеевна – студент, Курганский государственный университет, Курган.
Яворская Виктория Владимировна – кандидат географических наук, доцент кафедры экономической и социальной географии, Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова, Одесса, Украина.
130
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
LIST OF CONTRIBUTORS
Baimysheva Maria Aleksandrovna, hydrochemist of 1stcategory, Kurgan Center for Hydrometeorology
and Environment Monitoring, Branch of Federal State Budgetary Institution, Ural Directorate of
Hydrometeorology and Environment Monitoring, Kurgan.
Basimova Olga Mikhailovna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Biryukov Mikhail Fedorovich, Director, OOO Rus-Oil (LLC), Kurgan.
Biryukova Nataliya Vladimirovna, ecologist, ООО Rus-Oil(LLC), Kurgan.
Bochegov Vasilii Ivanovich, Doctorate in Physics and Mathematics (Candidate Degree in Physics and
Mathematics), Associate Professor, Chair of Theoretical and Experimental Physics, Computer Methods
of Physics, Kurgan State University, Kurgan.
Vaganova Lyudmila Anatolevna, post graduate student, Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Vorontsov Boris Sergeevich, Doctor of Technical Science , Chairperson, Chair of General Physics,
Kurgan State University, Kurgan.
Vykhovanets Evgeniya Petrovna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Dvukhvatskaya Kseniya Petrovna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Dudin Pavel Leonidovich, Deputy Chief in Expertise Work, State-run Institution Kurgan Regional Forensic
Medical Examination Agency.
Evseev Vadim Valerevich, Doctor of Agricultural Science, Professor, Chair of Botany and Genetics,
Kurgan State University, Kurgan.
Elizarova Svetlana Nikolaevna, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Associate Professor
of Physical and Applied Chemistry, Kurgan State University, Kurgan.
Emanov Andrei Aleksandrovich, Doctorate in Veterinary Science (Candidate Degree in Veterinary
Science), Senior Research Associate of the Laboratory of Reconstructive Joint Replacement and
Arthroscopy, Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of
Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Zavyalova Olga Grigorevna, Doctor of Geographical Science, Professor, Chair of Ecology and Health
and Safety, Kurgan State University, Kurgan.
Kamkin Ivan Pavlovich, post graduate student, Kurgan State University, Kurgan.
Kanashkova Yulia Igorevna, Doctorate in Medical Science (Candidate Degree in Medical Science),
attending physician of urologicaloffice, Moscow Municipal Hospital № 57, Moscow.
Kireeva Elena Anatolevna, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Senior Research
Associate of Laboratory of Biochemistry, Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Kiskina Lyubov Alekseevna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Kozlovtseva Olga Sergeevna, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Associate Professor
of ecology, geography and a technique of their teaching, Ishimsky state teacher training college of
P.P. Yershov, Ishim.
Kolcherina Valentina Vilyevna, Doctorate in Medical Science (Candidate Degree in Biology), Head of
clinical-diagnostic laboratory, Traumatologic center, Surgut.
Kostin Aleksandr Vadimovich, Senior Lecturer, Chair of Physical and Applied Chemistry, Kurgan State
University, Kurgan; chemical engineer, Rus-Oil, Scientific and production enterprise, Limited liability
company.
Krainuchenko Larisa Vladimirovna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Kubareva Svetlana Yurevna, Leading Engineer of Service of Technical Development of OAO
Kurganmashzavod (OJSC), Kurgan.
Kuzmin Igor Vladimirovich, Curator of the University Botanical Garden of the Tyumen State University,
Department of Biology, Institute of Mathematics, Computer Science and Information Technologies of
Tyumen State University.
Larionova Tatyana Adislavovna, Doctorate in Medical Science (Candidate Degree in Medical Science),
Head of Functional Group, Doctor of higher category, Head of Radio Isotope Research Department,
Senior Research Associate of X-ray, Ultrasonic and Radio Nuclide Methods of Diagnostics Laboratory,
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health
and Social Development of Russia, Kurgan.
Luneva Svetlana Nikolaevna, Head of Clinic and Research Subdivision of Russian Ilizarov Scientific
Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development
of Russia, Kurgan.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
131
Malinnikov Aleksandr Anatolevich, post graduate student, T.S.Maltsev Kurgan State Agricultural
Academy, Kurgan.
Maslova Olga Aleksandrovna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Matveeva Elena Leonidovna, Doctor of Biology, Leading Researcher, Federal State Budgetary Institution
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health
and Social Development of Russia, Kurgan.
Medvedev Arcadii Andreevich, Doctorate in Education (Candidate Degree in Education), Associate
Professor, Chair of Information Technologies and Methodology of Teaching Informatics, Kurgan State
University, Kurgan.
Menshchikova Larisa Viktorovna, Leading Engineer, Federal State Budgetary Institution Territorial
GeologicalUnformation Fund in the Ural Federal District, Kurgan Branch, Kurgan.
Morozova Tamara Vasillyevna, student,Kurgan State University, Kurgan.
Mostalygin Aleksandr Grigorevich, Doctorate in Technical Science (Candidate Degree in Technical
Science), Associate Professor, Chair of Innovatics and Quality Management”, Kurgan State University,
Kurgan.
Mostalygina Lidiya Vitalevna, Doctorate in Chemistry (Candidate Degree in Chemistry), Chairperson,
Chair of Physical and Applied Chemistry, Kurgan State University, Kurgan.
Mochalov Aleksandr Sergeevich, Director of Botanical Garden, Doctorate in Biology (Candidate Degree
in Biology), Kurgan State University, Kurgan.
Nakoskin Aleksandr Nikolaevich, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Associate
Professor, Chair of Physical and Applied Chemistry, Kurgan State University, Kurgan; Senior Research
Associate, Federal State Budgetary Institution Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Ovchinnikov Evgenii Nikolaevich, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Academic
Secretary, Federal State Budgetary Institution Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative
Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Parakhin Aleksandr Sergeevich, Doctorate in Physics and Mathematics (Candidate Degree in Physics
and Mathematics), Associate Professor, Chair of Theoretical and Experimental Physics, Computer
Methods of Physics, Kurgan State University.
Pereladov Aleksandr Borisovich, Doctorate in Technical Science (Candidate Degree in Technical
Science), Associate Professor, Chair of Automation of Production Processes, Kurgan State University,
Kurgan.
Plotnikov Aleksei Mikhailovich, Doctorate in Agricultural Science (Candidate Degree in Agricultural
Science), Associate Professor, Chair of Agrochemistry and Soil Science, T.S.Maltsev Kurgan State
Agricultural Academy, Kurgan.
Popova Alfiya Hamitovna, Doctor, obstetrician-gynecologist, Gynecologic Department, Municipal
Hospital № 2.
Popov Dmitrii Pavlovich, Director, State Educational Institution, Training centre, Kurganagroprom,
Kurgan.
Popov Igor Pavlovich, Lead Specialist, Section of Innovative Development, Department of Economic
Development, Trade and Work of the Kurgan region, Kurgan.
Porsev Igor Nikolaevich, Doctor of Agricultural Science, Professor, Chair of Agriculture, T.S.Maltsev
Kurgan State Agricultural Academy, Kurgan.
Proyaeva Larisa Viktorovna, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Associate
Professor,Chair of Zoology and Bioecology, Kurgan State University, Kurgan.
Prusova Nadezhda Gennadevna, Doctorate in Agrecultural Science (Candidate Degree in Agricultural
Science), Associate Professor, Chair of Botany and Genetics, Kurgan State University, Kurgan.
Romanenko Svetlana Alekseevna, Junior Research Associate of the Biochemistry Laboratory of Russian
Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and
Social Development of Rossia, Kurgan.
Rusakov Yurii Sergeevich, Chief of Section of Forensic Examinations, Senior Lieutenant of Internal
Service, Federal State Budgetary Institution, Forensic Expertise Institution of Federal, Fire-fighting
Service, Fire Test Laboratory in the Kurgan Region.
Smirnov Aleksandr Viktorovich, post graduate student, Federal State Budgetary Institution Russian
Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopaedics of Ministry of Health and
Social Development of Russia, Kurgan.
132
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3
Spirkina Elena Sergeevna, Laboratory Research Assistant, Clinical-experimental Laboratory Section,
Federal State Budgetary Institution, Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology
and Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Stogov Maxim Valerevich, Doctor of Biology, Leading Researcher, Biochemistry Laboratory, Federal
State Budgetary Institution Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and
Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.Suslov, Mikhail
Vladimirovich, student, Kurgan State University, Kurgan.
Suslov Mikhail Vladimirovich, student, Kurgan State University, Kurgan.
Tokar Olga Egorovna, Doctorate in Biology (Candidate Degree in Biology), Associate Professor of
ecology, geograhy and a technique of their teaching, Ishimsky state teacher training collegt of P.P.
Yershov, Ishim/
Tyshchenko Aleksandr Petrovitch, Doctorate in Physics and Mathematics (Candidate Degree in Physics
and Mathematics, Associate Professor, Chair of Theoretical and Experimental Physics, Computer
Methods of Physics, Kurgan State University, Kurgan.
Fedorova Tatyana Alexandrovna Doctorate in Education (Candidate Degree in Education), Associate
Proftssor of Zoology and Bioecology, Kurgan State Universiti, Kurgan.
Feoktistov Dmitrii Sergeevich, post graduate student, Tomsk State University; Engineer of the Botanical
Garden, Kurgan State University, Kurgan.
Khudyakova Elena Grigorevna, manager, OOO Archimedes (LLC).
Sharov Artem Vladimirovich, Doctorate in Chemistry (Candidate Degree in Chemistry), Associate
Professor, Chair of Physical and Applied Chemistry, Kurgan State University, Kurgan.
Shikhaleva Natalya Genadyevna, Doctorate in Vedical Science (Candidate Degree in Medical Science),
Head of traumatologic orthopedic office of Russian Ilizarov Scientitic Center for Restorative
Traumatology fnd Orthopaedics of Ministry of Health and Social Development of Russia, Kurgan.
Shpakovataya Ekaterina Alekseevna, student, Kurgan State University, Kurgan.
Yavorskaya Victoriya Vladimirovna, Doctorate of Geographical Science, Associate Professor, Cair of
Economic and Social Geography, I.I.Mechnikov Odessa National University, Odessa, Ukraine.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
133
ВЕСТНИК
КУРГАНСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА
№ 3 (30)
2013
СЕРИЯ
«ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ»
Выпуск 6
Редакторы: О.Г. Арефьева
Н.М. Быкова
Перевод на английский Л.Г. Жировой
Подписано в печать24.12.13
Печать цифровая
Заказ №236
Формат 60*84 1/8
Усл. печ. л. 16,75
Тираж 300
Бумага тип. 65 гр/м2
Уч.-изд. л. 16,75
Редакционно-издательский центр КГУ.
640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25.
Курганский государственный университет.
134
ВЕСТНИК КГУ, 2012. №3