CC BY
22
УДК 579.26
АНАЛИЗ ПОЧВ АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ И БИОХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ (НА ПРИМЕРЕ г. САРАТОВА)
М. Ю. Меркулова, О. В. Абросимова
ANALYSING SOIL URBAN AREAS WITH HIGH ANTHROPOGENIC IMPACT FOR THEIR MICROBIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL INDICES (CASE STADY OF SARATOV)
M. Yu. Merkulov, O. V. Abrosimova
Аннотация. Исследованы изменения в составе микробных комплексов и биохимической активности почвенного покрова городских ландшафтов. Показано изменение основных эколого-физиологических групп микроорганизмов в отобранных образцах почв г. Саратова. При исследовании ферментативной активности было выявлено низкое содержание всех групп ферментов и дыхательной активности городских почв в различных функциональных зонах г. Саратова. По результатам исследований были разработаны рекомендации по улучшению системы мониторинга городских техногенно загрязненных ландшафтов.
Ключевые слова: городские ландшафты, микробиологический анализ, ферментативная активность, «дыхание» почв.
Abstract. Changes in structure of microbic complexes and biochemical activity of a soil cover of city landscapes are investigated. Change of the main ekologo-physiological groups of microorganisms in the selected samples of soils of saratov is shown. At research of fermentativny activity the low maintenance of all groups of enzymes and respiratory activity of city soils in various functional zones of saratov was revealed. By results of researches recommendations about improvement of system.
Key words: Urban landscapes, microbiological analysis, enzyme activity, «breath»
of soil.
Почва является важнейшей составной частью биосферы, в которой протекают биогеохимические круговороты, процессы жизнедеятельности огромного количества микроскопического населения, выступающего непременным агентом почвообразования и самоочищения [1]. Регулярный мониторинг и поиск удобных и надежных систем контроля состояния окружающей среды для своевременного принятия управленческих решений весьма актуальны как в научном, так и в практическом плане [2].
Поэтому целью работы было установить закономерности изменения биологических свойств почв г. Саратова в зависимости от степени антропогенной нагрузки на территорию.
Для решения поставленной цели решались следующие задачи:
- провести почвенную съемку в различных функциональных зонах г. Саратова;
- определить эколого-физиологические группы микроорганизмов в почвенном покрове различных функциональных зон г. Саратова;
- установить закономерности изменения биологической продуктивности почвенного покрова г. Саратова;
- провести сравнительную оценку состояния почвенного покрова разных функциональных зон г. Саратова, различающихся по степени антропогенной нагрузки (промзоны, авторазвязки и парковые зоны);
- оценить пригодность биологических показателей состояния почв с точки зрения целесообразности их использования для биодиагностики состояния городских почв в условиях техногенной нагрузки.
Предметом исследования являлись эколого-физиологические группы микроорганизмов в почвенном покрове г. Саратова и биологическая продуктивность городского ландшафта в условиях повышенной антропогенной нагрузки.
Объектами исследования стали образцы почв, собранные в двух районах г. Саратова (Заводском и Октябрьском) с разной степенью антропогенной нагрузки (вблизи промышленных предприятий, автомагистралей с различным потоком машин и степенью напряженности, а также в селитебных зонах).
Проведение работы проходило по общепринятым в микробиологии методам по учету различных эколого-физиологических групп микроорганизмов на дифференциально-диагностических средах, по методам почвенной энзимологии и ферментативной активности почв по Ф. Х. Хазиеву и Е. З. Тепперу [3-5].
Во всех исследованных пробах почвы выделены все изучаемые группы микроорганизмов. Максимальное количество гетеротрофов, актиномицетов, микромицетов обнаружено в пробах почв, собранных на территориях промышленных зон, на территории городского парка, в жилых районах; целлю-лозоразрушающих бактерий - в селитебных зонах, азотфиксирующих - в городском парке. Минимальное значение бактерий обнаружено в пробах почвы: гетеротрофов - на территории Набережной города, актиномицетов и микромицетов - на сильно загруженных магистралях, азотфиксирующих - в селитебных зонах, целлюлозоразрушающих - на территории промышленной зоны авиационного завода.
Особенности количественного состава и жизнедеятельности почвенной микрофлоры отражаются на ходе биохимических процессов в почве, поэтому наряду с изучением основных эколого-трофических групп микроорганизмов определение активности основных ферментов, играющих важную роль в трансформации органических веществ и мобилизации питательных элементов в почве, дает более полное представление о биологическом состоянии почвы.
Полученные данные по оценке активности ферментов в почвах г. Саратова показали низкий уровень содержания изучаемых ферментов, особенно на участках с интенсивной антропогенной нагрузкой: вблизи промышленных предприятий, автомагистралей и железнодорожного полотна. Снижение ферментативной активности свидетельствует об ингибировании почвенной микрофлоры, а следовательно, и о слабой степени самоочищения.
В целом для почв г. Саратова характерна низкая интенсивность выделения углекислоты (0,20±0,05 мг С02 за 1 ч), максимальные значения зафиксированы в пробах, собранных на газонах, минимальные - на территориях, где отмечено сильное уплотнение грунта.
На основе полученных данных составлялась оценка интегрального показателя биологического состояния почв г. Саратова за период 2009-2011 гг. (табл. 1).
Таблица 1
Оценка интегрального показателя биологического состояния почв по микробиологическим показателям
Номер пробы Гетеротрофы Актиномицеты Микромицеты Азотфиксирующие м/о Целлюлозоразрушающие м/о Каталаза Дегидрогеназа Инвертаза Целлюлаза Уреаза Фосфатаза «Дыхание» почв ИПБС
ФТ 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Промзоны г. Саратова
6 48 152 61 103 18 22 50 84 28 100 73 13 65
7 271 30 110 74 107 17 90 71 40 140 94 67 100
11 66 63 246 93 35 44 149 21 55 140 46 100 81
13 91 76 101 87 135 50 447 55 38 140 92 7 85
19 423 150 52 69 60 56 90 39 45 140 46 113 95
21 421 215 122 68 44 83 83 8 65 140 19 60 109
Парковые и селитебные зоны г. Саратова
5 - - - - - 17 36 76 83 100 90 27 67
9 53 21 33 9 40 11 334 13 53 100 6 60 47
15 423 120 94 56 35 28 48 76 43 127 44 80 100
16 15 116 25 23 53 44 50 32 30 153 21 113 60
20 31 146 65 33 113 50 149 24 33 113 38 20 62
22 421 198 215 35 53 11 83 18 18 113 19 107 105
24 424 112 45 110 85 67 149 50 68 113 58 60 101
25 38 227 114 24 42 83 48 71 68 100 84 87 72
26 323 230 146 104 45 - - - - - - - 95
27 30 147 70 7 102 - - - - - - - 64
30 5 103 110 44 44 - - - - - - - 70
32 96 23 25 38 93 - - - - - - - 63
35 50 104 115 57 107 - - - - - - - 78
36 63 214 223 79 75 - - - - - - - 115
37 30 211 200 2 25 - - - - - - - 84
38 84 139 54 35 53 - - - - - - - 67
39 7 121 14 34 42 - - - - - - - 42
40 214 66 161 46 56 - - - - - - - 97
Автомобильные перекрестки (авторазвязки) г. Саратова
8 23 12 34 39 33 11 57 39 40 113 25 47 25
10 64 120 94 56 35 72 48 18 48 100 19 167 61
12 424 61 50 105 93 44 161 50 55 113 44 47 86
14 172 33 50 75 33 17 48 84 60 153 65 60 57
17 82 83 51 38 47 28 90 74 45 113 69 187 95
18 41 114 39 43 131 50 83 13 18 140 17 107 68
23 24 114 35 108 155 38 80 32 78 140 21 393 73
Примечание: - данный параметр в этих пробах не определяли
В течение трехлетнего периода исследования отмечена отчетливая динамика изменения соотношения различных эколого-физиологических групп почвенных микроорганизмов и активности важнейших групп ферментов, что позволило сделать следующие выводы.
1. Проведение почвенной съемки в различных функциональных зонах г. Саратова показало, что при оценке состояния почв и процессов, протекающих в них, при техногенном загрязнении целесообразно использовать микробиологические показатели, по которым можно осуществить индикацию на ценотическом уровне (соотношение различных групп микроорганизмов) и показатели ферментативной активности почвы, показывающие генетическую неоднородность в количественном составе различных групп почвенных ферментов различных элементов ландшафтного комплекса.
2. Было выделено пять различных групп микроорганизмов - гетеротро-фов, актиномицетов, микромицетов, азотфиксирующих и целлюлозоразру-шающих микроорганизмов. Количественный состав выявленных групп микроорганизмов варьировался в широких пределах и зависел от степени антропогенной нагрузки на данную территорию. Количественный состав, структура и соотношение эколого-трофических групп в микробном комплексе ризо-сферной почвы свидетельствует о высокой степени изменения ландшафтного профиля различных функциональных зон г. Саратова.
3. Впервые была определена активность важнейших почвенных ферментов - каталазы, дегидрогеназы, инвертазы, целлюлазы, уреазы и фосфата-зы. Анализ почвенных ферментов указывал на преобладание процессов деградации городского ландшафта. Наблюдается прямолинейный рост интенсивности выделения углекислоты от степени и вида антропогенной нагрузки. Эта зависимость проявляется по всем биохимическим показателям.
4. Состояние почвенного покрова разных функциональных зон г. Саратова различалось по степени антропогенной нагрузки. Активность ферментов снижалась в зависимости от выделенных зон города (промзоны, авторазвязки, парковые зоны). Ферментативная активность городских почв наиболее подавлена в почвоподобных телах с нарушенным почвенным профилем. Эту же зависимость можно видеть и в результатах микробиологического анализа почвы.
5. Для мониторинга почв городских территорий в условиях антропогенной нагрузки можно провести микробиологическое и биохимическое техногенное нормирование и рассчитать резерв прочности экосистемы. Прове -денные исследования позволили предложить способ биологической оценки почвенного покрова городских ландшафтов.
Полученные данные могут быть использованы для дальнейшей работы по биогеохимическому районированию г. Саратова, а также при разработке природоохранных мероприятий в этой области.
Таким образом, нормирование в области данного исследования почвенного покрова г. Саратова выполняет профилактическую функцию для предупреждения экологически опасного загрязнения.
Список литературы
1. Артамонова, В. С. Особенности микробиологических свойств почв урбанизированных территорий / В. С. Артамонова // Сибирский экологический журнал. -2002. - № 3. - С. 349-354.
2. Павлова, Н. Н. Закономерности пространственно-временных изменений биологической активности почв в районе расположения предприятия атомной энергетики (на примере г. Обнинска) / Н. Н. Павлова, Ю. В. Кулиш // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. - 2010. - № 4. - С. 103-109.
3. Теппер, Е. З. Практикум по микробиологии / Е. З. Теппер, В. К. Шильникова, Г. И. Переверзева. - 5-е изд. - М. : Дрофа, 2004. - 256 с.
4. Хазиев, Ф. Х. Ферментативная активность почв / Ф. Х. Хазиев. - М. : Наука, 1976. - 179 с.
5. Хазиев, Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. - М. : Наука, 2005. - 252 с.
Меркулова Мария Юрьевна аспирант,
Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина E-mail: merkulik90@mail.ru
Merkulova Maria Yurevna graduate student, Saratov state technical university named Yu. A. Gagarin
Абросимова Ольга Владимировна доцент,
Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина E-mail: merkulik90@mail.ru
Abrosimova Olga Vladimirovna associate professor, Saratov state technical university named Yu. A. Gagarin
УДК 579.26 Меркулова, М. Ю.
Анализ почв антропогенно нарушенных городских территорий по микробиологическим и биохимическим показателям (на примере г. Саратова) /
М. Ю. Меркулова, О. В. Абросимова // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2013. - № 2 (6). - С. 226-230.
