CC BY
128
Верхошенцева Ю.П., Галактионова Л.В.
Оренбургский государственный университет E-mail: yverkhoshentseva@mail.ru
ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВ ПАРКОВ ГОРОДА ОРЕНБУРГА
В статье рассматривается проблема мониторинга и биоиндикации городской среды. Дана характеристика некоторых химических и биологических свойств городских почв. Изучение фитотоксичности почв показало, что почвы всех участков исследования незначительно подавляли рост тест-культур, что свидетельствует о благоприятной экологической ситуации. На основе изучения фитотоксичности почв парковой зоны г. Оренбурга и анализа полученных результатов авторы рекомендуют использовать Ауепа вайуа Ь. в качестве тест-объекта при изучении экологической обстановки в урбоэкосистемах.
Ключевые слова: фитотоксичность, загрязнение почв, химические и биологические свойства, урбаноземы.
Почвы занимают особое место в экологических системах и выполняют огромное количество функций. Важнейшая из них - экологическая, обеспечивающая жизненное пространство для человека и живых организмов. Антропогенно преобразованные почвы образуют группу собственно городских почв - урбаноземов.
Строительство городов приводит к уменьшению доли «живых» почв, при этом доля нарушенных земель возрастает, что значительно ухудшает санитарно-гигиенические, биосферные и экологические функции городских ландшафтов, сопровождается серьезными нарушениями всего природного комплекса, создающими угрозу здоровью и жизни человека в городе [1].
В связи со сложной экологической обстановкой зеленые насаждения играют важную роль в жизни современных городов. Однако растительность в городе находится под сильным антропогенным давлением, подвергается химическому, физическому и биологическому воздействию. В наиболее угнетенном состоянии находятся растительный покров автотрасс, улиц с интенсивным автомобильным движением, бульваров центральной части городов. Именно в таких местах в почве накапливаются разнообразные соединения естественного и антропогенного происхождения, обусловливающие ее загрязненность и токсичность [2]. В связи с чем, большой научный и практический интерес представляет интегральная оценка состояния почвенного тела. Одним из наиболее информативных показателей оценки суммарного техногенного загрязнения почвы является фитотоксичность. Выбор вида высшего растения в качестве тест-объекта зависит от целей исследования и типа почвенного загрязнения.
Целью работы являлось определение степени фитотоксичности почв парков города Оренбурга.
Объекты и методы
Объектами исследования послужили антропогенно преобразованные почвы парков г. Оренбурга, испытывающие на себе различное по интенсивности транспортное и промышленное воздействие.
Образцы почвы для анализа отбирались в 5парках города Оренбурга: сквер на Парковом проспекте, парк им. В.А. Перовского, парк «Тополя», городской сад им. Фрунзе, и парк им. 50-летия СССР. Образцы почвы, отобранные на территории лесополосы в 20 км западнее г. Оренбурга, которая расположена за пределами города, использовались как эталон.
Почвы, выбранные объектами исследования, образовались на территории города исторически и по своим генетическим свойствам соответствуют черноземам обыкновенным.
Все почвенные образцы были отобраны и подготовлены согласно стандартным методикам отбора почвенных образцов (ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 5180-84). Фитотоксичность оценивали на основании сравнения всхожести и энергии прорастания семян (ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести), содержание гумуса по И.В. Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), целлюлозолитическую активность почв оценивали «аппликационным методом» [3], [4], [5], [6] . Статистический анализ полученных данных проводили с использованием общепринятых методов и пакета прикладных про-
грамм MS Excel for Windows, «Statistical V8 («StatSoft Inc.», США).
Результаты и обсуждение
Почвенный покров города Оренбурга и его окрестностей находится в зоне влияния предприятий перерабатывающей промышленности, в том числе Оренбургского газохимического комплекса, и интенсивных автомобильных выбросов; он отличается превышением концентраций валовых форм тяжелых металлов: кларка - меди и цинка, значений предельно-допустимых концентраций для хрома, марганца, свинца и никеля.
Особенности урбопедогенеза проявляются в сильной вариабельности почвенных параметров и проявлении контрастности, мозаичности и большой изменчивости генетических свойств. Немаловажным является тот факт, что почвенный покров города постоянно изменяется в результате перепланировочных мероприятий, строительной деятельности, озеленения и др., т.е. постоянно варьирует вместе с условиями городской среды [7], [8].
Органическое вещество почв, а в частности гумусовые кислоты способны связывать соли тяжелых металлов в стабильные комплексные соединения и тем самым переводят их в недоступную для растений форму. В связи с чем, при оценке экологического состояния почв парковых зон важное, а порой решающее значение имеет изменение в их гумусном состоянии. Гумус и его качественно-количественные показатели находятся в ряду важнейших свойств почв, определяющих как их экологические функции в биосфере, так и хозяйственные свойства.
Результаты исследований гумусного состояния почвы, представленные на рисунке 1, показали, что содержание органического углерода в почвах парков варьировало от 4,23% до 2,88% в слое 0-10см и характеризовалось как среднее и низкое по шкале Орлова Д.С. [9]. В слое 10-20см эти показатели изменялись в пределах от 3,55% до 2,2%, что соответствует малогумусным почвам.
По содержанию гумуса в почвах парки образуют следующий ряд (в порядке убывания) : парк им. 50-летия СССР > городской сад им. Фрунзе > сквер на Парковом проспекте > парк им. В.А Перовского > парк «Тополя».
Фитотоксичность является интегральным показателем суммарного воздействия почвенных поллютантов на рост и развитие высших растений.
Уровень фитотоксичности парковых почв оценивается по снижению определяемых показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контрольной (незагрязненной) почве. В лабораторных условиях исследовалась фитотоксичность почв по отношению к двум индикаторным тест-культурам: Avena sativa L. (Овес посевной) и Lepidium sativum L. (Кресс-салат или Клоповник посевной). Изучение фитотоксичности почв показало, что почвы почти всех участков исследования подавляли рост тест - культур.
Всхожесть семян кресс-салата демонстрирует низкий фитотоксический эффект почвенных образцов, отобранных во всех исследуемых парках. Наименьший показатель данного эффекта (8%) нами был получен в почвах парка им. 50-летия СССР, наибольшего значения 11,6% он достиг в почвах сквера на Парковом проспекте (рисунок 2). При этом самая низкая всхожесть семян наблюдалась в почвах сквера на Парковом проспекте (86,4%). Наибольшего значения данный показатель достиг в почвах парка им. 50-летия СССР и составил 92%, что достоверно коррелирует с наиболее высокими показателями содержания гумуса (r=+0,72). В этой связи почву парка можно отнести к экологически чистой.
Изучение влияния почв парков на рост и развитие семян овса посевного демонстрирует схожую тенден-
4,23
Сквер на Парк им. Парк Парковом В.А. "Тополя"
проспекте Перовского
Городской Парк им. 50 сад им. - летия СССР Фрунзе
■ 0-10см □ 10-20см
Рисунок 1. Содержание гумуса в почвах парков г. Оренбурга
Рисунок 2. Всхожесть семян Lepidium sativum L., %
цию, однако отмечается более значительное подавление всхожести по сравнению с кресс-салатом, что свидетельствует о большей чувствительности овса к загрязнению почвы и большей его индикационной способности (рисунок 3). Самая низкая всхожесть семян отмечена для образцов парка «Тополя» (62,7%), что указывает на среднюю степень фитотоксичности, где значение данного показателя достигло 32,3% [4].
Необходимо отметить, что использование этих двух культур для определения суммарного воздействия почвенных поллютантов позволило выявить большую чувствительность Avena sativa L. к данному виду загрязнения. Полученные данные хорошо согласуются с результатами исследований Прусаченко А.В., который, изучая токсичность почв г.
Курска с помощью различных тест-объектов, выявил наличие неоднозначной реакции водорослей, простейших и низших ракообразных на почвенное загрязнение. А использование в качестве тест-культур Avena sativa L., Hordeum vulgare L. и Raphanus sativus L. показало наибольшую чувствительность первого к загрязнениям изучаемых урбаноземов [10].
Исследование интенсивности целлюлозо-литической активности почв по показателю уменьшения веса льняной ткани, помещенной на глубину 20 см на период 30 дней, показало, что по этому признаку почвы парка им. 50-летия СССР на 40-43% превосходили почвы парка «Тополя» и парка им. В.А. Перовского.
Параллельно с определением фитотоксичности почв были проведены исследования по изучению содержания тяжелых металлов в почвах исследуемых парков. При выборе перечня тяжелых металлов для определения содержания их валовых и подвижных форм руководствовались данными предварительного анализа литературных источников, которые указывают на преимущественное загрязнение почвенного покрова города Оренбурга медью, цинком, свинцом и кадмием [11]. Статистическая обработка полученных результатов показала наличие достоверной
Рисунок 3. Всхожесть семян Аоепа satiоa L.,%
корреляционной зависимости показателя фитотоксичности почв (для тест-объекта Лvena ^аНоа L.) и суммарным содержанием в них подвижных форм тяжелых металлов (г = +0,95), главным образом цинка (г= +0,87) и свинца (г = +0,75), а также с суммарным содержанием валовых форм (г = +0,74). Таким образом, было выявлено, что фитотоксичность почв является функцией ее суммарного загрязнения подвижными и валовыми формами тяжелых металлов.
ВЫВОДЫ
1. Изучение степени фитотоксичности почв участков исследования показало отсутствие подавления роста растений только на фоном участке и в почвах парка им. 50-летия СССР, среднюю фитотоксичность проявляли почвы парка «Тополя» ( 32,3%). Все остальные участки характеризовались низким значением показателя, который варьировал в среднем от 8,4% до 28%.
4. В ходе исследования выявлена достоверная корреляционная связь фитотоксичности почвы с показателями содержания подвижных и валовых форм тяжелых металлов, что позволяет рекомендовать более широкое использование показателя фитотоксичности почв при проведении любых почвенно-экологических исследований, а при изучении экологической обстановки в урбоэкосистемах - рекомендовать использование в качестве тест-объекта Львпа $айьа Ь.
12.05.2014
Список литературы:
1.Сизов А. П. О новом подходе к исчислению размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и нарушением городских земель / А. П. Сизов, О.Е. Медведева, Н. Н. Клюев, М. Н. Строганова, С. Б. Самаев, И. М. Малеев // Почвоведение. - 2001. - № 6. - С. 732-740.
2. Русанов А.М. Содержание тяжелых металлов в плодах яблони в городских условиях / А.М. Русанов, Е.З. Савин, С.Э. Нигматянова, М.М. Нигматянов, Д.А. Грудинин, М.А. Степанова //Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - № 1(120). - С. 148-151.
3. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения всхожести. - Взамен ГОСТ 12038-66. -Введ. с 1986-01-07. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 57 с.
4. ГОСТ РИСО 22030-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений. - Введ. 2010-01. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - 20 с.
5. ГОСТ 2921391. Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 9 с.
6. Мишустин, Е. Н. Микроорганизмы и плодородие почвы / Е. Н. Мишустин. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 246 с.
7. Кузнецов П.В. Оценка барьерно-геохимических функций почв лесопарков Петрозаводска и Москвы: Автореф. дисс. канд. биол. наук. - Москва, 2011. - 19 с.
8. Никитина М.В. Эколого-химическая оценка загрязнения тяжёлыми металлами основных урболандшафтов г. Архангельска: Автореф. дис. канд. хим. наук. - Архангельск, 2011. - 212 с.
9. Орлов Д.С. Химия почв / Д. С. Орлов, Л. К. Садовников, Н. И. Суханова. - М.: Высш. шк., 2005. - 558 с.
10. Прусаченко А.В. Экотоксикологическая оценка загрязнений тяжелыми металлами урбаноземов города: дис. канд. биол. наук. - Москва , 2011. - 179 с.
11. Примак О.В. Пути миграции тяжелых металлов в почвах парковой зоны г. Оренбурга : дис. канд. биол. наук. - Уфа , 2013. - 20 с.
Сведения об авторах:
ВерхошенцеваЮлия Петровна, доцент кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук, e-mail: yverkhoshentseva@mail.ru
Галактионова Людмила Вячеславовна, доцент кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук
460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, тел. 8(3532)372483
2. Низкое значение фитотоксичности почв парка им. 50-летия СССР объясняется максимальным по сравнению с другими участками исследования содержанием гумуса и удаленностью от крупных городских улиц и промышленных предприятий.
3. Использование для определения фитотоксичности почв в качестве тест-объектов Lepidium sativum L. и Avena sativa L. позволило выявить наибольшую чувствительность к техногенному загрязнению овса посевного.
