CC BY
21
ПОЧВЕННАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 504.75
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ВДОЛЬ ОСНОВНЫХ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ г. БАКУ
С.И. Наджафова
Исследования по выявлению уровня биологической активности почв вдоль основных автомагистралей г. Баку проводили комплексно по следующим параметрам: ферментативной активности, численности микроорганизмов и фитотоксичности. Установлены уровни изменения биологической активности и суммарной фитотоксичности, а также 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, биологическая активность почв, фитотоксичность.
Введение
С конца прошлого века урбанизация стала основной демографической тенденцией и одним из главных факторов трансформации экосистем. По данным ООН, к 2030 г. население городов составит 5 млрд, или 60% от прогнозируемых 8,3 млрд жителей планеты. Земля — важнейший ресурс человечества. Особенно важна ее роль для городов, где крайне необходимо проведение такой политики, которая обеспечит рациональное землепользование, охрану земель и городской среды, что невозможно без детального описания их качества [1, 5, 8, 13, 14]. Каждый день все новые относительно нетронутые открытые участки — «зеленые зоны» используются для развития транспортной
инфраструктуры и под строительство. В будущем 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-эко-логического мониторинга апробация наиболее перспективных методов биологической оценки почв для изучения их экологического состояния вдоль основных транспортных магистралей.
Таблица 1
Микробиологические и биохимические особенности почв вдоль основных автомагистралей города
Наименование автомагистрали Общая численность бактериальной микрофлоры, КОЕ/г Фитоток-сичность, % прораста-емости Активность уреазы, мг N^/100 г почвы Активность инвертазы, мг глюкозы/г почвы Активность де-гидрогеназы, мг ТФФ/г почвы - сут
Улица Г. Зардоби—пр. Матбуат 5,7- 106± 0,20 81 4,85 70 0,50
Тбилисский пр.—ул. Бакиханова 6,7 • 106 ± 0,08 82 4,5 71 0,44
Улица Р. Бейбутова 6,0- 106 ± 0,21 85 4,7 73 0,51
Проспект Азадлыг—ул. 28 мая 5,7 • 106± 0,20 83 4,3 70 0,51
Проспект Нефтчиляр 6,1- 106 ± 0,14 79 3,8 69 0,41
Проспект Нобеля 6,0- 106 ± 0,10 80 3,9 70 0,43
Проспект Ходжалы 5,6- 106 ± 0,15 78 4,0 68 0,46
Проспект Бабека 5,9- 106 ± 0,21 79 3,9 59 0,48
Проспект Г. Алиева 6,3- 106 ± 0,20 81 4,1 61 0,47
Контроль (Ботанический сад) 5,2- 106 ± 0,12 98 3,9 65 0,39
Примечание. Микробиологическая и биохимическая активность сопряжены только в контроле (Ботанический сад).
Объекты и методы исследования
Объект изучения — городские почвы разных функциональных зон города вдоль основных крупных автомагистралей. Образцы отбирали с глубин 0—10 см на расстоянии 3—5 м от автомагистрали. Анализ осуществляли по стандартным методикам [2, 4]. Выделение микроорганизмов и учет их общей численности проводили методом предельного разведения почвенного посева на агаровые стерильные питательные среды [6,11]. Показатели ферментативной активности определяли по стандартным методикам [7, 12]. Степень фитотоксич-ности почвы оценивали по Д.М. Гродзинскому [3].
Результаты и их обсуждение
Установлен уровень изменения биологической активности и суммарной фитотоксичности почв, находящихся под воздействием автомагистралей (табл. 1). По сравнению с Центральным ботаническим садом почвенный покров здесь обладает высокой фитотоксичностью, что может быть связано с его нахождением под постоянным техногенным прессингом — загрязнением выхлопами автотранспорта.
Выявлено, что активность уреазы, инвертазы и дегидрогеназы ниже в почвах вблизи автомагистралей, которые подвергаются интенсивной техногенной нагрузке, в отличие от таковых 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 микробиологической и биохимической активности.
Подсчитанные коэффициенты минерализации (КАА/МПА) свидетельствуют о высокой активности микробных сообществ городских почв вблизи автомагистралей в течение всего вегетационного периода года (табл. 2).
О направленности процессов, осуществляемых микробными комплексами в почвах вблизи автомагистралей, можно судить по значениям коэффициента олиготрофности. Высокие показатели коэффициента минерализации почв, находящихся под непосредственным воздействием автомагистралей, по сравнению с почвами контроля (Ботанический сад) свидетельствуют о высокой минерализующей активности микробных сообществ первых. Высокие темпы микробной минерализации и оли-готрофности говорят о процессах деструкции органических веществ в почвах вдоль автомагистралей по сравнению с контрольной.
Изменения численности отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов и структуры микробного сообщества в почвах вдоль автомагистралей по сравнению с контролем свидетельствуют о значительном нарушении функционирования урбаноземов вдоль автодорог. Рост численности аммонификаторов и актиномицетов указывает на усиление минерализационных процессов, в результате чего снижается содержание почвенного органического вещества. Учитывая, что растительные остатки практически не поступают в почву (осенью их убирают, вывозят или сжигают), баланс органических веществ урбаноземов в городе становится резко отрицательным, что ведет к де-гумификации, деградации и потере плодородия. Как видно из данных табл. 2, содержание гумуса в почвах вдоль трасс варьирует от 0,9 до 1,2%, в контрольной — 1,6%. Такое низкое содержание гумуса обусловлено недостатком элементов питания в городских почвах, что приводит к активизации процессов его минерализации. Гумус
Таблица 2
Показатели структуры микробного сообщества почв автомагистралей (весна—осень)
Наименование автомагистрали Содержание гумуса, % Коэффициент минерализации Коэффициент олиготрофности Коэффициент иммобилизации
Улица Г. Зардоби—пр. Матбуат 1,0 4,5—5,5 1,5—1,7 1,9—3,0
Тбилисский пр.—ул. Бакиханова 1,1 4,0—5,4 1,1—1,3 1,7—2,9
Улица Р. Бейбутова 1,0 4,6—5,7 1,3—1,4 1,4—2,2
Проспект Азадлыг—ул. 28 мая 0,9 4,3—5,3 1,3—1,4 1,7—2,0
Проспект Нефтчиляр 0,9 4,1—5,6 1,5—1,7 1,7—3,3
Проспект Нобеля 1,2 3,1—4,5 1,4—1,8 1,6—2,5
Проспект Ходжалы 1,2 4,0—5,6 1,5—1,8 1,5—2,1
Проспект Бабека 1,2 4,3—5,7 1,2—1,9 1,3—2,5
Проспект Г. Алиева 1,2 4,4—5,3 1,3—1,7 1,4—2,6
Контроль (Ботанический сад) 1,6 2,6—3,5 2,6—3,0 3,0—5,2
почв вдоль автомагистралей не только формирует почвенное плодородие, но и является важным показателем их экологического потенциала, определяя степень устойчивости к влиянию техногенных факторов.
Почвы вдоль автомагистралей, согласно градации [9], можно отнести к слабодеградированным, так как им соответствует снижение продуктивности на 20—25% по сравнению с почвами контрольной зоны. Уменьшение количества гумуса в результате высокой скорости минерализации органического вещества свидетельствует о снижении качества почвы, ее плодородия. Высокое содержание 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, подвергающихся сильному антропогенному (затаптывание) и техногенному (влияние автотранспортных выхлопов и др.) воздействию, фитотоксичность почв высокая, активность почвенных ферментов существенно ослаблена, имеет место напряженность в их биологической активности. В почвенном покрове вдоль городских автомагистралей с интенсивным автомобильным движением происходит снижение функциональной активности микроорганизмов.
Таким образом, исследуемые показатели позволяют судить об изменениях биологической активности почв под действием антропогенного давления и могут служить теоретической основой для раз-
работки методов мониторинга состояния почв вдоль городских автомагистралей.
Выводы
Выявлено, что почвы вдоль автомагистралей имеют обратную корреляционную зависимость между микробиологическими и ферментативными показателями: высокой численности бактериальной микрофлоры соответствует низкая активность почвенных ферментов. Таким образом, можно говорить о том, что в условиях города происходит снижение ферментативной активности микроорганизмов, что приводит к компенсаторному увеличению их численности и, следовательно, к исчезновению сопряженности микробиологической и биохимической активности. Данные материалы в известной мере прогностические в силу того, что со временем почвы всех функциональных зон города будут испытывать возрастающие 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. Этих целей можно достичь внесением органических и минеральных удобрений, регуляцией водного и воздушного режимов почв.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агапкина Г.И., Чиков П.А., Шелепчиков А.А. и др. Полициклические ароматические углеводороды в почвах Москвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2007. № 3.
2. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. М., 2008.
3. Гродзинский Д.М. Аллелопатия в жизни растений и почвоутомление. Киев, 1991.
4. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследования. Ростов н/Д, 2003.
5. Марченко С.А., Якушев А.Н., Боровик Р.В., Ко-жевин П.А. Использование адаптированного почвенного комплекса для биоремедиации при загрязнении почв полициклическими ароматическими углеводородами // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2006. № 4.
6. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М., 1991.
7. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Мине-ева. М., 2001.
8. Сизов А.П. Мониторинг городских земель с элементами их охраны: Учеб. пособие для студентов. М., 2000.
9. Снакин В.В. и др. Экологический мониторинг. М., 1995.
10. Степанов А.Л., Манучарова Н.А., Смагин А.В. и др. Оценка функционального микробного комплекса городских почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2005. № 1.
11. Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск, 2009.
12. Хазиев Ф.Х.Методы почвенной энзимологии. М., 1990.
13. Papa S, Bartoli G, Pellegrino A., FiorettoA. Microbial activities and trace element contents in an urban soil // Environ. Monit. Assess. 2010. N 165. P. 193—203.
14. Vinik A.P. Landscape ecology and land use. L.; N.Y., 1983.
Поступила в редакцию 29.10.2014
ECOLOGICAL STATE OF SOILS ALONGSIDE THE MAIN
HIGHWAYS OF THE CITY BAKU
S.I. Nadjafova
Studies to identify the level of soil biological activity along the main highways of Baku were comprehensively on the following parameters: enzyme activity, the number of microorganisms and phytotoxicity. Established levels of biological activity and changes in overall phy-totoxicity of soils under the influence of highways. For soils along highways are characterized by the inverse correlation between microbiological and enzymatic parameters: a high number of bacterial flora corresponds to low activity of soil enzymes.
Key words: urban soils, microorganisms, soil enzymes, the biological activity of soil, phy-totoxicity.
Сведения об авторе
Наджафова Самира Имамяр кызы, канд. биол. наук, вед. науч. сотр., зав. лабораторией почвенной микробиологии Ин-та микробиологии НАН (Азербайджан). E-mail: [email protected].
