CC BY
68
УДК 631.427: 504.064.36
Башкинова О.В., Волкова И.Н., Романычева А.А.
Ярославский государственный университет E-mail: bashkinovao@mail.ru, involk6@gmail.com, kai-ren@yandex.ru
БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОЧВ ЮЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ Г. ЯРОСЛАВЛЯ
Представлены результаты мониторинговых исследований дерново-подзолистых и дерново-глеевых почв южной промышленной зоны (ЮПЗ) г. Ярославля. Показано, что процессы антропогенной деградации затронули как химические, так и микробиологические свойства почв.
Ключевые слова: биологический мониторинг почв, структура микробных сообществ, ферментативная активность почв.
В почвенно-экологическом мониторинге последних лет все чаще используется такой вид универсального мониторинга как микробиологический [1,3,4,6 С. 432]. Микробиологические тесты позволяют за короткое время даже при незначительных изменениях в окружающей среде оценить отклонения в функционировании почвенной системы, поэтому являются показателями ранней диагностики деградационных процессов. Наиболее часто в целях биоиндикации используют группировку сапротрофных микроорганизмов.
Мониторинг почв ЮПЗ г. Ярославля проводится с 2006 г., в исследованиях задействовано 10 почвенных разрезов в стационарных пунктах слежения, находящихся на разном расстоянии от НПЗ «Славнефть-ЯНОС»; в качестве контрольных на территории Ярославской области выбраны два участка, расположенные на расстоянии более 30 км от источников загрязнения. На каждой из территорий были заложены почвенные разрезы, характеризующие автоморфные и полугидроморф-ные условия почвообразования. Отбор верхних горизонтов полугидроморфных почв (дерново-глеевых и дерново-глееватых) осуществляли на низинных лугах, а автоморфных дерново-подзолистых - на залежи, время отбора - первая декада октября. Для микробиологических анализов и измерения ферментативной активности усредненные пробы почвы замораживали в день отбора и хранили при -180С; для химических анализов использовали воздушно-сухие почвенные образцы. Почвы нарушенной территории (<5 км от НПЗ): №1А - агро-дерново-подзолистая почва (залежный луг, 50 м юго-восточнее с. Лучинское, Ярославского р-на, 3,7 км от НПЗ); №2А - дерновоподзолистая почва (полоса отчуждения между автомагистралью Москва-Холмогоры и пос. Щед-рино, тот же р-н, 2,3 км от НПЗ); №3Г - дерново-глееватая почва (заболоченный луг, граница городской черты и ЮПЗ, 300м западнее хозяйства «Новоселки», 4,8 км от НПЗ). Почвы буферной зоны (>5 км от НПЗ): №4 (КА) дерново-подзолистая
почва (залежный луг, 500 м восточнее пос. Кор-милицино, Ярославского р-на, 9,4 км от НПЗ); №5Г - дерново-глееватая почва (низинный луг, 700 м восточнее пос. Кормилицино, тот же р-н, 9,2 км от НПЗ); №8Г - дерново-глееватая почва (низинный луг, 200м южнее садов «Пахма», р-н тот же, 11,6 км от НПЗ). Почвы контрольной территории (>30 км от НПЗ): №6А - дерново-подзолистая почва (залежный луг, 500 м южнее с. Коза, Первомайский р-н, 101,5 км от НПЗ); №7Г-дер-ново-глеевая почва (низинный луг, 300 м южнее с. Коза, Первомайский р-н, 101 км от НПЗ); №9А -дерново-подзолистая почва (залежный луг, 500 м восточнее с. Чурилово, Гаврилов-Ямский р-н, 26,5 км от НПЗ); №10Г - дерново-глееватая почва (700 м на северо-запад от с. Чурилово, Гаврилов-Ямс-кий р-н, 27 км от НПЗ).
Эколого-трофическую структуру микробных сообществ исследуемых почв изучали на глюко-зо-пептонно-дрожжевой среде (ГПД), учитывали численность сапротрофов, количество морфоти-пов, доминанты и субдоминанты, проводили идентификацию бактерий до рода; численность угле-водородокисляющих микроорганизмов определяли на среде Бушнела-Хааса. Кроме этого, структуру микробных сообществ изучали молекулярным методом газовой хроматографии - масс-спектро-метрии (ГХ-МС). Исследования проводили на хромато-масс-спектрометрах AT 5973 D фирмы Agilent Technologies (США) [2]. Активность ката-лазы (КА) и дегидрогеназы (ДА) определяли по методу А.Ш. Галстяна. Химические свойства почв (процентное содержание гумуса, актуальную и гидролитическую кислотность, количество поглощенных оснований) определяли в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами ОСТ 4647-76, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26212-91. Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием пакета анализа данных Microsoft Excel 2003 и STATISTICA 6.0.
Химические показатели автоморфных (А) и полугидроморфных (Г) почв контрольных терри-
Башкинова О.В. и др.
Биологический мониторинг почв южной промышленной зоны..
торий принимают значения, характерные для почв исследуемых типов в Нечерноземной зоне РФ [5]. Мониторинг химических свойств почв ЮПЗ (Табл.1, приведены средние значения химических показателей за 2006-2010гг.) выявил наличие дегумификации, как в дерново-подзолистых (содержание гумуса уменьшается в 1,5-3,4 раза по отношению к аналогичным контрольным), так и в дер-ново-глееватых почвах (в 1,6-3,6 раза соответственно). Существенного изменения кислотных свойств в почвах ЮПЗ не обнаружено. Уменьшение суммы поглощенных оснований более характерно для дерново-подзолистых почв ЮПЗ (образцы 2А и 4А); в полугидроморфных почвах данный показатель находится на уровне аналогичных контрольных почв, за исключением образца 5Г.
Почвы, находящиеся под воздействием НПЗ, независимо от характера гидроморфизма, в целом характеризуются достоверным снижением ферментативной активности по сравнению с контролем (Рис.1), особенно значительным для дегидрогеназы. Снижение активности ферментов свидетельствует об угнетении окислительно-восстановительных процессов под действием антропогенной нагрузки.
Анализ эколого-трофической структуры микробного сообщества изучаемых почв с исполь-
зованием традиционных методов посева показал, что численность сапротрофов в почвах, находящихся в непосредственной близости от НПЗ, и почвах буферной зоны на 30-40% выше, чем в почвах контрольных территорий (Рис.2). При этом доля углеводородокисляющих микроорганизмов возрастает до 40-80% от численности сапротро-фов, особенно в почвах в границах 5-и километровой зоны от НПЗ. Этот факт хорошо согласуется с увеличением в почвах этой зоны численности актиномицетов, выявленным методом ГХ-МС (Табл.1). По-видимому, в почвах ЮПЗ имеет место стимуляция УОМ многолетними выбросами летучих органических соединений. Четких закономерностей в колебаниях общей численности микроорганизмов по данным ГХ-МС не прослеживается. Видовое разнообразие в почвах ЮПЗ не снижается и даже несколько увеличивается (Табл.1). Некоторое увеличение биоразнообразия при низких уровнях антропогенного воздействия ранее было выявлено Марфениной у почвенных микромицетов [4] и подтверждается для других представителей микробного сообщества.
В автоморфных почвах нарушенной территории и буферной зоны, по данным метода ГХ-МС, наблюдается упрощение структуры микробного сообщества с уменьшением числа доминантных
Таблица 1. Химические и биологические характеристики изучаемых почв
Расстояние, почва показатели Зона загрязнения <5 км от НПЗ Буферная зона >5 км от НПЗ Контрольная территория >30 км от НПЗ
1А 2А 3Г 4А 5Г 8Г 6А 9А 7Г 10Г
Химические свойства почв
Гумус,% 1,3 1,5 2,3 1,4 2,2 5,1 2,2 4,8 3,0 8,3
pH, сол 5,7 6,2 6,6 5,9 5,6 6,9 7,2 4,9 6,4 6,6
Гидролитическая кислотность, мг-экв/100г почвы 2,3 2,0 2,1 1,3 2,7 0,4 3,1 2,3 1,6 0,9
Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100г почвы 16,7 9,8 29,1 9,2 13,2 23,2 16,3 14,8 19,1 26,2
Биологические характеристики почв (по данным метода ГХ-МС)
Общая численность микроорганизмов, *106 кл/г 1182 439 396 330 233 195 683 85 760 343
Число обнаруженных родов 38 38 38 38 39 40 37 41 36 40
Численность анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, *106 кл/г; их доля от общей численности, % 421,8 35,7 171 39 218,1 55,1 139,8 42,4 92,1 39,5 75.7 38.8 284,4 41,6 33,9 39,8 230,9 30,4 129,5 37,7
Численность актиномицетов, *106 кл/г, их доля от общей численности, % 300,3 25,4 143,4 32,7 139 35,1 92,7 28Т 60,3 259 55.5 28.5 132,1 193 29.3 34.4 110,7 14,6 103,8 30,3
Проблемы экологии Южного Урала
□ авт(>м(>рф>11ые
! пoлyгидpoмopфныe
Рисунок 1. Актуальная дегидрогеназная (А) и каталазная активность (Б) почв ЮПЗ и контрольных территорий (средние значения за 2008-2010 гг.)
“S
ь
т
с
о
н
н
е
л
с
и
ч
□ численность сапротрофных микроорганизмов
□ численность УОМ
Рисунок 2. Численность сапротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов почв ЮПЗ
и контрольных территорий.
видов. В почвах буферной зоны отмечено сближение состава сообщества дерново-подзолистой почвы с сообществом дерново-глеевой почвы, связанное, по нашему мнению, с воздействием однотипного загрязнения. Таким образом, тип гидроморфизма в условиях антропогенного пресса перестает быть ведущим фактором, определяющим структуру и биологическую активность почвенного микробного сообщества.
Мониторинговое исследование почв ЮПЗ г. Ярославля выявило, что антропогенная трансформация существенно изменила микробиологические свойства верхних горизонтов и привела к их значительной дегумификации. В наибольшей степени деградации подвержены почвы аккумулятивных ландшафтов из-за суммирования всех возможных видов загрязнения.
29.08.2011
Список литературы:
1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 223 с.
2. Верховцева Н.В. Метод газовой хроматографии-масс-спектрометрии в изучении микробных сообществ почв агроценоза/ Н.В. Верховцева, Г.А. Осипов // Проблемы агрохимии и экологии. 20О8.№1. С. 51-54
3. Гузев В.С. Техногенные изменения сообщества почвенных микроорганизмов / Перспективы развития почвенной биологии: Сборник научн. трудов. / В. С. Гузев, С.В. Левин. М., 2o0l. С. 178-220.
4. Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов.М.: Медицина для всех, 2005.196 с.
5. Почвенный покров Нечерноземья и его рациональное использование.М.: Агропромиздат,1986. 245 с.
6. Щемелина Т.Н. Диагностирование степени загрязненности почв нефтью по показателям ферментативной активности/ Т.Н. Щемелина, Е.И. Новоселова, Н.А. Киреева, М.Ю. Маркарова // Вестник ОГУ(75). 2007. октябрь. С. 432-434.
Сведения об авторах: Башкинова О.В., аспирантка кафедры ботаники и микробиологии факультета биологии и экологии ЯрГУ им. П.Г. Демидова, e-mail: bashkinovao@mail.ru Волкова И.Н., доцент кафедры ботаники и микробиологии факультета биологии и экологии ЯрГУ им. П.Г. Демидова, кандидат биологических наук, e-mail: involk6@gmail.com Романычева А.А., соискатель кафедры ботаники и микробиологии факультета биологии и экологии ЯрГУ им. П.Г. Демидова, e-mail: kai-ren@yandex.ru 150000, Ярославль, ул. Советская, 14, тел. (4852)480739
