CC BY
60
УДК 504.75
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ВДОЛЬ ОСНОВНЫХ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ Г. БАКУ
© С. И. Наджафова
Институт микробиологии Национальной академии наук Азербайджана Республика Азербайджан, Аzl073 г. Баку, Патамдарское шоссе, 40.
Тел. +994 432 29 63.
Email: [email protected]
Исследования по выявлению уровня биологической активности почв вдоль основных автомагистралей г. Баку проводились комплексно по следующим параметрам: ферментативная активность, численность микроорганизмов и фитотоксичность. Установлены уровни изменения биологической активности и суммарной фитотоксичности почв, находящихся под воздействием автомагистралей. Для почв вдоль автомагистралей характерно наличие обратной корреляционной зависимости между микробиологическими и ферментативными показателями: высокой численности бактериальной микрофлоры соответствует низкая активность почвенных ферментов.
Ключевые слова: городские почвы, микроорганизмы, почвенные ферменты, биологиче-
ская активность почв, фитотоксичность.
Введение
С конца прошлого столетия урбанизация стала основной демографической тенденцией и одним из главных факторов трансформации экосистем. Доля городского населения неуклонно возрастает, уже более 50% населения планеты проживает в городах. По данным ООН к 2030 году население городов составит 5 миллиардов, или 60% от прогнозируемых 8.3 миллиардов населения Земли. Урбанизация приводит к образованию искусственных Земля — важнейший ресурс человечества. Особенно важна роль земли для городов, где крайне необходимо проведение такой земельной политики, которая обеспечит рациональное землепользование, охрану земель и городской среды, что невозможно без детального описания качества земель [1]. Каждый день все новые относительно нетронутые открытые участки — «зеленые зоны» используются для развития транспортной инфраструктуры и под строительство. В последующие десятилетия ожидается значительное увеличение площади городских территорий.
Баку является крупным мегаполисом, промышленным центром Азербайджана, на территории которого расположены предприятия машиностроительной, нефтедобывающей, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, автомагистрали и другие источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, а также нефтью и нефтепродуктами.
Цель исследования — в рамках почвенно-экологического мониторинга апробация наиболее перспективных методов биологической оценки почв для изучения экологического состояния почв вдоль основных транспортных магистралей г. Баку.
Объектом данного исследования были городские почвы, отобранные в разных функциональных
зонах города Баку вдоль основных крупных автомагистралей с глубин 0—10 см на расстоянии 3—5 м от автомагистрали. Пробы почв отбирались в течение вегетационного периода 2010—2011 гг. года. Сбор и анализ почвенных образцов осуществляли по стандартным методикам [2, 3]. Выделение микроорганизмов из почвенных образцов и учет общей численности проводились методом предельных разведений почвенного посева на агаровые стерильные питательные среды [4, 5]. Почвенные показатели ферментативной активности определялись по стандартным методикам [6—8]. Оценку степени фитотоксичности почвы проводили по Гродзинскому [9].
Результаты исследований
Установлены уровень изменения биологической активности и суммарной фитотоксичности почв, находящихся под воздействием автомагистралей (табл. 1.). По сравнению с почвами Центрального ботанического сада почвенный покров вдоль автомагистралей характеризуются высокой фитотоксичностью, что может быть связано с нахождением этих почв под постоянным техногенным прессингом — загрязнению выхлопами автотранспорта.
Выявлено, что активность фермента уреазы, инвертазы, дегидрогеназы была ниже в почвах вблизи автомагистралей, которые подвергаются интенсивной техногенной нагрузке по сравнению с почвой ботанического сада, для которых степень техногенного воздействия существенно меньше. Для почв вдоль автомагистралей характерно наличие обратной корреляционной зависимости между микробиологическими и ферментативными показателями: высокой численности бактериальной микрофлоры соответствует низкая активность почвенных ферментов. Это приводит к отсутствию сопряженности микробиологических и биохимических активностей.
120
БИОЛОГИЯ
Таблица 1
Микробиологические и биохимические особенности почв вдоль основных автомагистралей г. Баку
Наименование автомагистрали Общая числ-ть бактер-ной микрофлоры (КОЕ/г) Фитотоксичность (% прорастаемости) Активность уреазы, мг Шз/100г почвы Активность ин-вер-тазы, мг глюкозы/г почвы Активность дегидрогеназы, мг ТФФ/г почвы за 24 ч. Наличие сопряженности мик-робиол. и биохимических активностей
Г. Зардоби -пр. Матбуат Тбилисский пр. -ул. Бакиханова ул. Р. Бейбуто-ва
пр. Азадлыг -ул. 28 мая пр. Нефтчиляр пр. Нобеля пр. Ходжалы пр. Бабека пр. Г. Алиева Контроль -Ботанический сад
5.7.106±0.20 81 4.85 70 0.50 Не сопряжены
6.7.106±0.08 82 4.5 71 0.44 Не сопряжены
6.0.106±0.21 85 4.7 73 0.51 Не сопряжены
5.7.106±0.20 83 4.3 70 0.51 Не сопряжены
6.1.106±0.14 79 3.8 69 0.41 Не сопряжены
6.0.106±0.10 80 3.9 70 0.43 Не сопряжены
5.6.106±0.15 78 4.0 68 0.46 Не сопряжены
5.9.106±0.21 79 3.9 59 0.48 Не сопряжены
6.3.106±0.20 81 4.1 61 0.47 Не сопряжены
5.2.106±0.12 98 3.9 65 0.39 Сопряжены
Подсчитанные коэффициенты минерализации (КАА/МПА) свидетельствуют о высокой минерализующей активности микробных сообществ городских почв вблизи автомагистралей в течение всего вегетирующего периода года (табл. 2). О направленности процессов, осуществляемых микробными комплексами в почвах вблизи автомагистралей Баку можно судить по значениям коэффициента оли-готрофности (СЭ/МПА). Высокие показатели коэффициента минерализации в почвах, находящихся в непосредственном воздействии автомагистралей по сравнению с почвами контроля (Ботанический сад) свидетельствует о высокой минерализующей активности микробных сообществ в этих почвах по сравнению с почвами контрольной зоны. Высокие темпы микробной минерализации и олиготрофности свидетельствуют о процессах деструкции органических
веществ в почвах вдоль автомагистралей по сравнению с контрольной почвой.
Отмеченные изменения численности отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов и структуры микробного сообщества в почвах вдоль автомагистралей по сравнению с почвами контрольной зоны (почвы ботанического сада) свидетельствует о значительном нарушении функционирования урбаноземов вдоль автодорог г. Баку. Рост численности аммонификаторов и актиномице-тов указывает на усиление минерализационных процессов, в результате чего снижается содержание почвенного органического вещества. Учитывая, что растительные остатки практически не поступают в почву (они осенью убираются, вывозятся или сжигаются), баланс органических веществ урбаноземов в г.Баку становится резко отрицательным, что ведет
Таблица 2
Показатели структуры микробного сообщества почв автомагистралей г. Баку
Наименование автомагистрали Содержание гумуса, % Показатели структуры микробного сообщества почв (весна/осень)
Коэффициент минерализации Коэффициент оли-готрофности Коэффициент иммобилизации
ул. Г. Зардоби -пр. Матбуат 1.0 4.5/5.50 1.5-1.7 1.9-3.0
Тбилисский пр. -ул. Бакиханова 1.1 4.0/5.40 1.1-1.3 1.7-2.9
ул. Р. Бейбутова 1.0 4.6/5.70 1.3-1.4 1.4-2.2
пр. Азадлыг -ул. 28 мая 0.9 4.3/5.30 1.3-1.4 1.7-2.0
пр. Нефтчиляр 0.9 4.1/5.60 1.5-1.7 1.7-3.3
пр. Нобеля 1.2 3.1/4.50 1.4-1.8 1.6-2.5
пр. Ходжалы 1.2 4.0/5.60 1.5-1.8 1.5-2.1
пр. Бабека 1.2 4.3/5.70 1.2-1.9 1.3-2.5
пр. Г.Алиева 1.2 4.4/5.30 1.3-1.7 1.4-2.6
Контроль - Ботанический сад 1.6 2.6/3.50 2.6-3.0 3.0-5.2
к дегумификации, деградации и потере плодородия. Значение гумуса для городских почв вдоль автомагистралей заключается не только в формировании почвенного плодородия, он выступает как важный показатель их экологического потенциала, определяя степень устойчивости почв к влиянию техногенных факторов. Как видно из данных табл. 2, содержание гумуса варьировало от 0.9% до 1.2%, при содержание гумуса в почве контрольной зоны 1.6%. Такое низкое содержание гумуса обусловлено недостатком элементов питания в городских почвах, что приводит к активизации процессов минерализации гумуса. Значение гумуса для городских почв вдоль автомагистралей заключается не только в формировании почвенного плодородия, он выступает как важный показатель их экологического потенциала, определяя степень устойчивости почв к влиянию техногенных факторов.
Почвы вдоль автомагистралей г. Баку согласно градации [10] можно отнести к слабо деградированным, т.к. им соответствует снижение продуктивности на 20—25% по сравнению с почвами контрольной зоны. Уменьшение гумуса в результате высоких скоростей минерализации органического вещества свидетельствует о снижении качества почвы, ее плодородия. Значительное содержание в почве гумуса делает почву структурной, улучшает ее аэрацию, водно-физические свойства, способствует накоплению жизненно важных питательных элементов. Все это повышает плодородие почвы и способствует произрастанию на ней зеленых насаждений.
В зонах травяного покрова вдоль дорог, в том числе вдоль магистральных дорог, подвергающихся сильному антропогенному (затаптывание) и техногенному (воздействие автотранспортных выхлопов и др.) фитотоксичность почв высокая, активность почвенных ферментов существенно ослаблена, имеет место напряженность в их биологической активности. В почвенном покрове вдоль городских автомагистралей (автомагистраль им. Бабека, им. Г. Алиева и др.) с интенсивным автомобильным движением, подвергающихся сильному антропогенному и техногенному воздействию, имеет место перестройка метаболических путей микроорганизмов и снижение их ферментативной активности.
Таким образом, исследуемые показатели позволяют судить об изменениях биологической активности почв под действием антропогенного давления и могут служить теоретической основой для разработки методов мониторинга состояния почв вдоль городских автомагистралей.
Выводы
Выявлено, что почвам вдоль автомагистралей характерно наличие обратной корреляционной зависимости между микробиологическими и ферментативными показателями: высокой численности бактериальной микрофлоры соответствует низкая активность почвенных ферментов. Следовательно, можно говорить о том, что в условиях города происходит снижение ферментативной активности микроорганизмов, что приводит к компенсаторному увеличению их численности. Это приводит к отсутствию сопряженности микробиологических и биохимических активностей. Эти материалы, в известной мере, прогностические в силу того, что со временем почвы всех функциональных зон города будут испытывать все большие антропогенные нагрузки, особенно в связи с увеличением количества автотранспорта.
Учитывая агрессивные условия среды на придорожной территории автомагистралей г. Баку, необходимо по возможности снижать интенсивность миграции загрязнителей в экосистеме, локализовав их в почвенной среде. Это может быть достигнуто увеличением буферной способности почвы. Для сохранения жизнеспособности экосистемы в целом необходимо также улучшать почвенное плодородие. Эти цели можно достичь внесением органических и минеральных удобрений, регуляцией водного и воздушного режима почв.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сизов А. П. Мониторинг городских земель с элементами их охраны. Учебное пособие для студентов. М., 2000. 156 с.
2. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. М.: Изд-во стандартов, 2008. 7 с.
3. Казеев К. Ш., Колесников С. И., Вальков В. Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследования. Ростов н/Д, 2003. 204 с.
4. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
5. Федорец Н. Г. Медведева М. В. Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.
6. Хазиев Ф. Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 1990, 189с.
7. Практикум по агрохимии / Под ред. В. Г. Минеева. М.: МГУ, 2001.689с.
8. Булатов А. И., Макаренко П. П., Шеметов В. Ю. Справочник инженера-эколога нефтедобывающей промышленности по методам анализа загрязнителей окружающей среды: в 3 ч. М.: Недра-Бизнесцентр, 1999. Ч. 2: Почва. С. 581-585.
9. Гродзинский Д. М. Аллелопатия в жизни растений и почвоутомление. Киев: Наукова думка, 1991. 400 с.
10. Снакин В. В. и др. Экологический мониторинг. М., 1995.
Поступила в редакцию 05.12.2014 г.
122
БИОЛОГИЯ
ECOLOGICAL CONDITION OF SOIL ALONG MAJOR HIGHWAYS OF BAKU
© S. I. Nadjafova
Institute of microbiology, Azerbaijan National Academy of Sciences 40 Potamdar Hwy., Az 1073 Baku, Azerbaijan.
Phone: +994 432 29 63.
Email: [email protected]
Since the end of the last century, urbanization has become a major demographic trend and one of main factors of the ecosystem transformation. The rate of urban population is increasing steadily as more than 50% of the planet population already lives in cities. Baku is an industrial center of Azerbaijan, on the territory in which the enterprises of the machine-building, oil-extracting, petrochemical, chemical, food industry, highways, and other sources of environment pollution by heavy metals, as well as oil and oil products are situated. A purpose of the investigation is in the limit of soil ecological monitoring approbation of the most perspective methods of the soil biological value for the study of the soil ecological condition along main transport routes in Baku. The urban soils selected along main large highways from depth of 0-10 cm at a distance of 3-5 m. from the highways were an object of the given investigation. Collection and analyses of the soil samples have been fulfilled on standard methods (GOST 28168-89, 2008; Kazeev, K.Sh. et al, 2003). An isolation of microorganisms from soil samples and a calculation of the total number are carried out by a method of limiting cultivation of the soil sowing on agar sterile nourishing environment (soil methods., 1991; Fedorets, 2009). The soil parameters of the fermentative activity are defined by standard methods (Khaziev, 1990; Practice on Agrochemistry, 2001). A value of the soil phototoxicity degree is conducted by Grodzinsky (Grodzinsky, 1991). A level of the change of biological activity and total phototoxicity of soil under highways influence was found out. It was revealed that the soils of the highways are characterized by rather low fermentative activity and comparatively high number of microorganisms. An increase of microbiological activity on the phone of fermentative activity reduction is characteristic for the soils along highways. Therefore, we can say that a reduction of fermentative activity of microorganisms that leads to a compensatory increase in their numbers occurs in the urban conditions. This leads to the lack of microbiological and biochemical activity conjugation.
Keywords: urban soils, microorganisms, soil enzymes, soil biological activity, phytotoxicity.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Sizov A. P. Monitoring gorodskikh zemel' s elementami ikh okhrany. Uchebnoe posobie dlya studentov [Monitoring of urban lands with elements of their protection. Textbook for students]. Moscow, 2000.
2. GOST 28168-89. Pochvy. Otbor prob [GOST 28168-89. Soils. Sampling]. Moscow: Izd-vo standartov, 2008.
3. Kazeev K. Sh., Kolesnikov S. I., Val'kov V. F. Biologicheskaya diagnostika i indikatsiya pochv: metodologiya i metody issledovaniya [Biological diagnosis and indication of soils: methodology and research methods]. Rostov n/D, 2003.
4. Metody pochvennoi mikrobiologii i biokhimii [Methods of soil microbiology and biochemistry]. Ed. D. G. Zvyagintseva. Moscow: Izd-vo MGU, 1991.
5. Fedorets N. G Medvedeva M. V Metodika issledovaniya pochv urbanizirovannykh territorii [Methods of studying soils of urban areas]. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2009.
6. Khaziev F. Kh. Metody pochvennoi enzimologii [Methods of soil enzymology]. Moscow: Nauka, 1990, 189s.
7. Praktikum po agrokhimii [Practical work on agricultural chemistry]. Ed. V. G. Mineeva. Moscow: MGU, 2001.689s.
8. Bulatov A. I., Makarenko P. P., Shemetov V Yu. Spravochnik inzhenera-ekologa neftedobyvayushchei promyshlennosti po metodam analiza zagryaznitelei okruzhayushchei sredy: v 3 ch. [Handbook of environmental engineer of oil industry on methods of analysis of environmental pollutants: in 3 parts]. Moscow: Nedra-Biznestsentr, 1999. Ch. 2: Pochva. Pp. 581-585.
9. Grodzinskii D. M. Allelopatiya v zhizni rastenii i pochvoutomlenie [Allelopathy in plant life and soil-exhaustion]. Kiev: Naukova dumka, 1991.
10. Snakin V V. i dr. Ekologicheskii monitoring [Environmental monitoring]. Moscow, 1995.
Received 05.12.2014.
