В последние годы все чаще встает вопрос о проблеме биоповреждений – влиянии микроорганизмов на различные материалы. Особенно часто биологическому повреждению подвергаются материалы и изделия в условиях влажного тропического и субтропического климата. Жизнедеятельность микроорганизмов, среди которых присутствуют грибы, бактерии и актиномицеты, ускоряет процессы коррозии и старения металлов, приводит к потере чувствительности радиоэлектронных устройств, снижает светопропускание и отражение оптических приборов, изменяет электрические параметры электронных и электрических устройств, снижает в 2–5 раз срок службы изоляционных материалов и др. Под влиянием микроорганизмов изменяют свои свойства горючесмазочные материалы, нарушаются режимы работы топливных систем и т. п. [1–8].

На рост и развитие микроорганизмов влияет целый ряд факторов, среди которых наиболее значимыми являются температура и влажность [9–11]. Оптимальная температура для развития большинства плесневых грибов и бактерий составляет 25–30°С. Кроме того, чем больше влажность окружающей среды, тем активнее растут микроорганизмы. Именно поэтому изделия, эксплуатирующиеся в климатических зонах с повышенной температурой и влажностью (субтропики и тропики), в значительной степени подвержены влиянию микроорганизмов [12, 13].

В России наиболее благоприятной зоной для проведения этих испытаний является юг Черноморского побережья с теплым влажным (субтропическим) климатом [9].

В районе г. Сочи в юго-восточной части тисосамшитовой рощи (рис. 1) была организована микологическая площадка Института природо-технических систем (ИПТС) для проведения испытаний в соответствии с ГОСТ 9.053–91 «ЕСЗКС. Материалы неметаллические и изделия с их применением. Метод испытаний на микробиологическую стойкость в природных условиях в атмосфере». Микологическая площадка представляет собой участок площадью 0,5 гектара, который располагается в низменной, хорошо увлажненной местности, защищенной от действия ветра и затененной двухъярусной растительностью. Растительность площадки типично лесная, площадей, не покрытых лесом, нет. Почвенный покров представлен перегнойно-карбонатными выщелочными среднемощными почвами. Таким образом, на микологической площадке созданы условия для активного развития почвенной микрофлоры [14, 15].

Рис. 1. Испытания в тисосамшитовой роще (г. Сочи, Краснодарский край) с теплым влажным (субтропическим) климатом

В виду отсутствия возможности проведения испытаний во влажном тропическом климате, была организована площадка с условиями, имитирующими такой климат. Площадка находится на территории Новой оранжереи Отдела тропических и субтропических растений Главного ботанического сада (ГБС) РАН, на которой, помимо климата, имитируется также растительность вышеуказанных зон.

Тропическое отделение Новой оранжереи Отдела тропических и субтропических растений ГБС РАН оснащено уникальной установкой, имитирующей условия влажного тропического климата, с компьютеризированной системой климат-контроля. В Тропическом отделении работают поливочная система «тропический ливень» и туманообразующая установка, а также система вентиляции, являющиеся составной частью системы температурного и влажностного контроля в оранжерее, который также осуществляется системами отопления почвы и воздушного пространства. Высота конструкций Тропического отделения в наивысшей точке составляет 33,7 м, общая площадь: 1600 м² (рис. 2). В Тропическом отделении (рис. 3) поддерживаются два основных типа температурно-влажностного режима – теплый (с 1 апреля по 30 сентября) и холодный.

Рис. 2. Тропическое отделение Новой оранжереи Главного ботанического сада РАН для имитации влажного тропического климата

Рис. 3. Микологический стенд в оранжерее Отдела тропических и субтропических растений Главного ботанического сада РАН

Микробиологическому воздействию материалы подвергаются и в других климатических районах, поэтому с помощью ВИАМ организованы микологические площадки в умеренно холодном климате (рис. 4) на территории Звенигородской биологической станции МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Звенигород) и в умеренно континентальном климате (рис. 5) на территории ботанического сада биологического факультета Мордовского университета им. Н.П. Огарева (г. Саранск).

Рис. 4. Площадка с условиями умеренно холодного климата на территории Звенигородской биологической станции им. С.Н. Скадовского при МГУ им. М.В. Ломоносова

Рис. 5. Площадка с условиями умеренно континентальногоклимата на территории ботанического сада МГУ им. Н.П. Огарева (г. Саранск)

Микологическая площадка в условиях умеренно холодного климата находится на территории Звенигородской биологической станции (ЗБС) им. С.Н. Скадовского при биологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова, на надпойменной террасе по правому берегу р. Москвы, в 11 км выше по течению от г. Звенигорода. По характеру растительности, почвам, геологическому строению территория ЗБС входит в зону южной тайги и отнесена к подзоне еловых лесов с примесью элементов широколиственного леса.

Площадка располагается в зеленчуково-волосисто-осоковом липняке с частично еловой растительностью, вдоль пологого склона Стерляжьего оврага, на хорошо увлажненной местности (на территории имеется выход грунтовых вод с постоянным водотоком), защищена от действия ветра и затенена двухъярусной растительностью.

Микологическая площадка в условиях умеренно континентального климата (ботанический сад биофака МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск) располагается в низменной, хорошо увлажненной местности (на территории протекает ручей с постоянным водотоком); почвы – лугово-болотные тяжелосуглинистые с близким залеганием грунтовых вод.

Состав видов древесно-кустарниковых пород разнообразен и представлен следующими видами: ель колючая, ива пепельная, ива ломкая, дерен белый, жимолость и др.

Таким образом, микологические площадки обеспечивают благоприятные условия для развития микроорганизмов и микромицетов (ГОСТ 9.053–75, п.3.1). На всех микологических площадках проведены работы по выделению микрофлоры, исследованию видового состава и количества потенциальных микроорганизмов-биодеструкторов, выставлены контрольные образцы хлопчатобумажных тканей с пропиткой питательной средой.

Сбор проб осуществляли следующим образом. Чашки Петри со средой сусло-агар располагали на всех трех уровнях микологического стенда (по 15 шт. на каждом уровне) и открывали чашки Петри на 20–30 мин в день. После недельной выдержки в термостате при температуре +28°С чашки Петри осматривали, появившиеся колонии пересевали в новые чашки Петри со свежей средой Чапека. Пересев производили в стерильном помещении с помощью лабораторной иглы. Чашки Петри с пересеянными культурами снова помещали в термостат с температурой +28°С. После 10–12 сут выдержки культуры микроорганизмов достигали необходимых для определения размеров. Определенные культуры микроорганизмов пересевали в пробирки на косяки с агаризованным суслом и помещали на хранение в холодильник. Данные по выделенной микрофлоре приведены в табл. 1.

Таблица 1

Список видов и родов микроорганизмов

Метеорологические параметры

Оценку метеорологических показателей осуществляли посредством усреднения текущих наблюдений за температурой и относительной влажностью воздуха. Точность усреднения зависела от количества срочных замеров за определенный промежуток времени.

Специфические условия географо-геоморфологического расположения тисосамшитовой рощи обуславливают форматирование микроклимата (табл. 2), свойственного только для данной территории.

Таблица 2

Метеорологические данные за период с 01.01.2012 г. по 31.08.2014 г.

на микологической площадке ИПТС РАН

Значения температуры воздуха и влажности в климатической установке, расположенной в Тропическом отделении Новой оранжереи ГБС РАН, поддерживают в пределах эмпирически установленных норм, оптимальных для выращивания растений, произрастающих в регионах с влажным тропическим климатом, в искусственных условиях на широте г. Москвы (55°45′07″ северной широты). Поддерживаемые температурно-влажностные условия способствуют поддержанию постоянного микроклимата влажного тропического леса в условиях более северных широт.

В различных местах Тропического отделения Новой оранжереи, в том числе в непосредственной близости от микологического стенда, рядом с испытуемыми образцами, устанавливают термометры и гигрометры, с помощью которых в автоматическом режиме поддерживаются основные температурные и влажностные параметры:

– в период с 1 апреля по 30 сентября

температура днем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +22÷+25°С;

температура ночью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +20÷+22°С;

относительная влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80÷90%;

– в период с 1 октября по 31 марта

температура днем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +18÷+22°С;

температура ночью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +16÷+18°С;

относительная влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70÷80%.

Таким образом, в период с 1 апреля по 30 сентября 2014 года значения температуры и относительной влажности в Тропическом отделении Новой оранжереи оказались следующими:

температура днем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +22÷+25°С (±3°С);

температура ночью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +20÷+22°С (±3°С);

относительная влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80÷90% (±5%).

Мониторинг погодных условий (табл. 3) на микологической площадке Звенигородской биологической станции (ЗБС) им. С.Н. Скадовского биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова за 2014 год соответствует климатическим нормам умеренно континентального климата.

Таблица 3

Метеорологические данные за 2014 год на территории ЗБС им. С.Н. Скадовского

биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Звенигород)

Мониторинг погодных условий (табл. 4) на микологической площадке ботанического сада МГУ им. Н.П. Огарева за 2014 год соответствует климатическим нормам умеренно континентального климата.

Таблица 4

Метеорологические данные за 2014 год на территории
ботанического сада МГУ им. Н.П. Огарева

Таким образом, созданные микологические площадки полностью соответствуют требованиям ГОСТ 9.053–75 по всем необходимым показателям: почвенно-растительному покрову, климатическим характеристикам, геоморфологическим условиям, численности и видовому составу микрофлоры. Выделенные штаммы микроорганизмов пополнили набор микроорганизмов, имеющихся в ВИАМ, и будут использованы при проведении испытаний в лабораторных условиях [10].