CC BY
63
© КАЗИМОВ М.А., АЛИ Ф.М. - 2013 УДК: 614.77
гигиеническая значимость исследования ферментативной активности почв примагистральных территорий
Мирза Агаевич Казимов, Фарида Магомед гызы Али (Азербайджанский Медицинский Университет, Баку, ректор - академик НАН Азербайджана А.Т. Амирасланов, кафедра общей гигиены и экологии, зав. - д.м.н., проф. М.А. Казимов)
Резюме. Исследовано влияния автотранспортных загрязнений различных типов почвы придорожных территорий междугородных и международных автомагистралей на почвенные ферменты. Установлена обратная зависимость ферментативной активности почвы от интенсивности автотранспортных потоков на магистралях и, следовательно, от степени загрязнения почвы. Оценена значимость расстояния от полотна дороги, культивации почвы и наличия придорожных зеленых насаждений в биологической активности почвы.
Ключевые слова: автомагистрали, почвы примагистральных территорий, автотранспортное загрязнение почвы, ферментативная активность почвы.
the hygienic importance of the research of enzymatic activity of soils from roadside territories
M.A. Kazimov, F.M. Ali (Azerbaijan Medical University, Baku, Azerbaijan)
Summary. The influence of motor transportation pollution of various types of soil of roadside territories of interurban and international highways on soil enzymes has been investigated. There has been established the inverse relationship of enzymatic activity of soil from intensity of motor transportation streams on highways and hence from degree of pollution of soil. The significance of a distance from a roadbed, cultivations of soil and presence of roadside green plantation and biological activity of soil has been estimated.
Key words: motor highways, soil of roadside territories, soils pollution by motor transportation, enzymatic activity of soil.
Работы ряда авторов и наши исследования [1,4,7] показывают, что как мобильный источник химического загрязнения автотранспорт способствует загрязнению не только окружающей среды крупных городов и других ур-банизованных территорий, но и сельских населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, пастбищ, лесов и др. В результате происходит загрязнение объектов окружающей среды, в частности почвы, многочисленными вредными химическими веществами, в том числе тяжелыми металлами, углеводородами нефтяного происхождения, 3-4 бенз(а)пире-ном и др. Степень этого техногенного загрязнения зависит от множества факторов и, в первую очередь, от интенсивности движения автотранспорта.
В настоящем сообщении представлены материалы по изучению влияния автотранспортного загрязнения на ферментативную активность почв примагистральных территорий междугородного и международного класса автомагистралей. Вопрос техногенного загрязнения примагистраль-ных зон имеет важное социально-экологическое значение для Азербайджанской республики, учитывая тот факт, что общая протяженность междугородных автомагистралей в республике составляет более 12 тыс. км, а через территорию республики проходят 3 крупные международные автомагистрали, соединяющие республику с Российской Федерацией, Грузинской Республикой и Исламской Республикой Иран.
Изучение биогеоценозов почв примагистральных зон, подвергающихся загрязнению автотранспортными выбросами, с использованием методов определения биологической активности (микробиологическая, ферментативная и др.) дает богатый материал для анализа состояния почвенных экосистем, степени и характера техногенного загрязнения, уровня самоочищения, степени риска для здоровья населения и оценки устойчивости биогеоценоза в целом. Большой интерес для гигиенической диагностики примагистральных почв в условиях техногенного загрязнения представляет определение их ферментативной активности, обусловленной интенсивностью микробиологических процессов почвенных микробоценозов. Исследованиями ряда авторов [2,3,8] доказана более высокая информативность и объективность ферментативных показателей по сравнению с микробиологическими в оценке биологической активности и самоочищающей способности почвы. Показатели активности ферментов отражают динамику катализируемых ими окислительных процессов в почвах.
Цель работы: гигиеническая оценка влияния выбросов
автотранспорта на биологическую активность почвы примагистральных территорий крупных автомагистралей и научное обоснование мероприятий по минимизации действия этих выбросов на окружающую среду, в том числе и почвы.
Материалы и методы
Ферментативная активность почвы изучалась на околомагистральных территориях междугородной и международной автомагистралей, на которых суточная интенсивность движения автомашин во время исследования составляла соответственно 19520 и 34821 единиц. Пробы почвы отобраны методом «конверта» в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.01-83 [6] на расстоянии 20, 50, 100 и 200 м от полотна дороги. Исследованию подвергались 2 типа почвы (серо-бурые и каштановые) из трех видов примагистральных зон: 1) целинных, 2) культивируемых без примагистральной зеленой (защитной) полосы и 3) культивируемых и имеющих околомагистральные зеленые полосы из деревьев и кустарников. В отобранных пробах почвы современными адекватными методами исследования изучалась активность основных почвенных ферментов: инвертазы - по содержанию глюкозы, образовавшейся при распаде сахарозы; каталазы -газометрическим методом; дегидрогеназы - по содержанию формазана; протеазы - по расщеплению желатина; уреазы - по содержанию аммиака, образовавшегося от гидролиза мочевины [5,10,11,12].
Статистическая обработка результатов проводилась с использованием корреляционного анализа методом Пирсона (r), определялись средние арифметические величины (М), средняя ошибка (m) и среднеквадратическое отклонение ( ). Для выявления статистически значимых различий в сравниваемых показателях был использован параметрический метод (t-критерий Стьюдента). Полученные данные считали статистически значимыми при р<0,05. Все расчеты осуществлялись с использованием персональных IBM-совместимых компьютеров в программных средах Excel, Access.
Результаты и обсуждение
Исследования показали достаточно низкий уровень активности ферментов в почвах целинных территорий обоих автомагистралей (табл. 1). Установлено, что активность инвертазы, каталазы, дегидрогеназы и протеазы находится на уровне 5-35% от соответствующих показателей почвы кон-
Таблица 1
Активность основных почвенных ферментов разного типа почв примагистральных целинных территорий междугородной и международной автомагистралей (в скобке активность в % от контроля)
Места отбора проб почвы Вид почвы Расстояние от дороги, м Показатели
Инвертаза, мг глюкозы/ г почвы Каталаза, мл 0,1Н КMnO4 Дегидрогеназа, мгтрифенил-формазан /10 г Протеаза, ед в опт. плотн.. Уреаза, мг NН3
Междугородная магистраль Серо-бурые 20 17,01±0,72 (17,34) 0,08±0,003 (17,78) 0,52±0,02 (16,72) 0,02±0,001 (5,56) 1,70±0,07 (44,50)
50 16,02±0,44 (16,32) 0,08±0,003 (17,78) 0,70±0,02 (22,51) 0,05±0,001 (13,89) 1,63±0,07 (42,67)
100 19,04±0,63 (19,42) 0,10±0,004 (22,22) 0,71±0,03 (22,83) 0,05±0,002 (13,89) 2,0±0,09 (52,35)
200 18,97±0,57 (19,36) 0,12±0,005 (26,27) 1,10±0,04 (35,37) 0,08±0,002 (22,22) 2,61±0,12 (68,32)
Каштановые 20 32,04±1,11 (25,23) 0,37±0,001 (30,08) 2,59±0,12 (52,96) 0,12±0,005 (23,08) 2,54±0,11 (61,95)
50 39,54±1,92 (31,13) 0,45±0,002 (36,58) 2,73±0,13 (55,83) 0,20±0,001 (38,46) 2,49±0,11 (60,73)
100 40,07±1,81 (31,55) 0,42±0,002 (34,15) 2,89±0,14 (59,10) 0,20±0,001 (38,46) 2,73±0,12 (66,58)
200 42,01±1,90 (33,07) 0,55±0,002 (44,72) 2,94±0,13 (60,12) 0,29±0,001 (55,77) 2,77±0,13 (67,56)
Международная магистраль Серо-бурые 20 14,01±0,63 (14,28) 0,08±0,003 (17,18) 0,32±0,013 (10,29) - 1,83±0,07 (47,90)
50 13,98±0,57 (14,26) 0,09±0,004 (20,0) 0,36±0,014 (11,58) 0,03±0,001 (8,33) 1,81±0,07 (47,38)
100 16,04±0,72 (16,36) 0,09±0,004 (20,0) 0,49±0,019 (15,76) 0,03±0,001 (8,33) 2,17±0,08 (56,81)
200 16,91±0,49 (17,35) 0,11±0,004 (24,24) 0,84±0,038 (27,01) 0,06±0,002 (16,17) 2,32±0,09 (60,73)
Контроль Серо-бурые 1000 98,0±4,58 0,45±0,021 3,11±0,14 0,36±0,001 3,83±0,16
Каштановые 127,0±6,10 1,23±0,005 4,89±0,23 0,52±0,002 4,10±0,19
трольных территорий, находящихся на расстоянии более 1000 м от автомагистралей. Некоторая толерантность проявляется со стороны уреазы, активность которой составляет 42,67-68,32% от контроля.
Статистически значимое снижение активности почвенных ферментов необрабатываемых примагистральных территорий на фоне отсутствия других явных техногенных источников загрязнения окружающей среды, а также постепенное возрастание активности ферментов по мере удаления от автомагистралей, указывает на автотранспорт как основной источник причинного фактора риска, вызывающего изменения в ферментативной активности почв примагистральных земель. Согласно данных таблицы 1, степень активности почвенных ферментов примагистральных территорий международной автомагистрали отстает от таковой междугородной автомагистрали на фоне сохранения закономерности постепенного восстановления активности ферментов по мере увеличения расстояния от дороги. Например, активность дегидрогеназы - фермента, широко распространенного в почвенной экосистеме и являющегося одним из основных компонентов в самоочищении почвы путем дегидратации органических веществ [13], составляет на расстоянии 20 м от междугородной и международной автомагистралей соответственно 0,52±0,02 и 0,32±0,013 мг трифенилформазан/10 г (1=8,40; р<0,002). На расстоянии 200 м от междугородной и международной автомагистралей активность этого фермента увеличивается соответственно до 1,10±0,04 и 0,84±0,038 мг трифенилформазан/10 г.
Значительное снижение активности основных почвенных ферментов в придорожных почвах международной автомагистрали по сравнению с междугородной, объясняется более интенсивным движением автотранспорта на международной автомагистрали и, следовательно, более интенсивным загрязнением почвы поллютантами автотранспортного происхождения.
Исследования позволили установить разную степень активности ферментов у разных типов почв примагистральных территорий. Об этом свидетельствуют данные, представленные в таблице 1. Из этих данных видны существенные различия в активности ферментов разных почв целинных зон междугородной автомагистрали под техногенным прессингом со стороны автотранспорта. Например, активность инвертазы серо-бурых и каштановых почв одной и той же магистрали на расстоянии 20-200 м от дороги находится соответственно
на уровне 16,0219,04 и 32,04-42,01 мг глюкозы/г, на фоне 98,0±4,58 и 127,0±6,10 мг глюкозы/г в контроле.
Из этих данных, прежде всего, видно, что при техногенном воздействии на почву придорожных территорий активность инверта-зы по сравнению с контрольными показателями снижается более чем в 5 раз в серо-бурых и 3-4 раза - в каштановых почвах. Похожие изменения в ферментной активности регистрируются как в активности других ферментов (табл. 1), так и в почвах околомагистральных территорий международной автодороги (рис. 1).
Из представленных данных видны разные результаты изменения ферментативной активности у разных типов почв
Рис. 1. Активность дегидрогеназы в серо-бурых и каштановых культивируемых почвах примагистральных территорий международной автомагистрали.
при одинаковых условиях подверженности автотранспортному загрязнению. На общем фоне торможения активности основных почвенных ферментов во всех наблюдаемых при-магистральных территориях, отмечается более интенсивное (на 30-40%) подавление активности ферментов в серо-бурых почвах по сравнению с каштановыми. Выраженное снижение активности ферментов в серо-бурых почвах, по мнению ряда исследователей, объясняется низким содержанием в них природных органических веществ и связанными с ними биологическими процессами, что в конечном итоге отражается на ее самоочищающей способности, сопровождающейся ее замедлением [12,13].
Исследования установили также значимость культивационных технологий (различные виды обработки - вспахивание, полив и др.) почв в активности ферментативных процессов. Прежде всего, следует указать на значительно низкую активность ферментов почв целинных территорий. Например, активность инвертазы почвы целинных прима-гистральных зон на расстоянии 20-200 м от полотна дороги находится в интервале 26,71-30,0% от контроля, а в почвах культивируемой зоны (без защитной зеленой полосы) этот показатель колеблется в пределах 47,25-63,83% от контроля. Такая же высокая активность, характерная для почв, подвер-
гающихся агротехнической обработки, регистрируется со стороны других ферментов (табл. 2).
реагирования отдельных ферментов на ингибирующее действие поллютантов автотранспортного происхождения.
Так, установлена за-
Таблица 2
Активность основных ферментов каштановых почв целинных и культивируемых примагистральных территорий международной автодороги (в скобке активность в % от контроля)
Места отбора проб почвы Расстояние от дороги, м Показатели
Инвертаза, мг глюкозы/ г почвы Каталаза, мл 0,1Н mnO4 Дегидрогеназа, мг трифенил-формазан /10 г Протеаза, ед в опт. плотн.. Уреаза, мг N^
Целинная зона (некультивируемая, без защитной зеленой полосы) 20 33,92±1,50 (26,71) 0,36±0,016 (29,75) 1,73±0,07 (35,16) 0,10±0,0041 (19,23) 2,44±0,09 (59,51)
50 34,07±1,38 (26,82) 0,89±0,033 (73,55) 2,06±0,09 (41,87) 0,15±0,006 (28,84) 2,39±0,09 (58,29)
100 39,12±1,63 (30,80) 0,85±0,036 (70,24) 2,02±0,09 (41,05) 0,15±0,006 (28,84) 2,41±0,09 (58,78)
200 38,11±1,77 (30,0) 0,91±0,044 (75,20) 2,54±0,11 (51,62) 0,21±0,009 (40,38) 2,74±0,10 (66,83)
Культивируемая зона (без защитной зеленой полосы) 20 60,01±2,71 (47,25) 0,75±0,026 (61,98) 2,96±0,13 (60,16) 0,26±0,011 (50,0) 2,94±0.10 (71,70)
50 64,95±3,08 (51,14) 1,20±0,052 (99,17) 3,01±0,34 (61,17) 0,35±0,016 (67,31) 3,0±0,12 (71,17)
100 80,0±4,0 (62,99) 1,07±0,047 (88,43) 3,75±0,06 (76,22) 0,35±0,016 (67,31) 3,67±0,14 (89,51)
200 81,07±3,89 (63,83) 1,08±0,057 (89,25) 4,23±0,19 (85,97) 0,38±0,017 (73,07) 3,71±0,16 (90,48)
Культивируемая зона (с защитной зеленой полосой) 20 81,01±3,78 (63,78) 1,01±0,038 (83,47) 4,54±0,22 (92,27) 0,41±0,019 (78,84) 3,93±0,17 (95,85)
50 100,0±4,82 (78,74) 0,95±0,041 (78,51) 4,50±0,21 (91,16) 0,43±0,019 (82,69) 4,11±0,16 (100,23)
100 100,04±4,71 (78,77) 1,05±0,049 (86,77) 4,94±0,23 (100,40) 0,47±0,021 (90,38) 4,17±0,19 (101,70)
200 117,97±5,28 (92,89) 1,09±0,050 (90,08) 4,82±0,23 (97,96) 0,50±0,022 (96,15) 4,0±0,29 (97,56)
^нтроль 1000 127,0±3,79 1,21±0,091 4,92±0,26 0,52±0,041 4,10±0,19
Исследования состояния ферментной системы культивируемых почв примагистральных зон, имеющих околомагистральную зеленую полосу и не имеющих таковую, показали однонаправленные изменения активности основных почвенных ферментов: отмечается определенная ингибиция, характерная для действия тяжелых металлов - загрязнителей почвы [9]. На фоне отмеченных однонаправленных изменений, регистрируется более интенсивная ингибиция ферментов почв примагистральных территорий, не имеющих защитной примагистральной зеленой полосы. При этом самый низкий уровень торможения активности ферментов регистрируется на расстоянии 20 м от полотна дороги и находится в пределах 47,25-71,70% от контроля (соответственно активность инвертазы и уреазы). В отличие от этого, минимальные величины активности ферментов почвы примагистральной зоны, имеющей зеленую защитную полосу на расстоянии 20 м от дороги, колеблются в интервале 63,78-95,85% от контроля (соответственно активность инвертазы и уреазы.)
Наряду с отмеченными, представляет интерес степень
метная лабильность активности протеазы на техногенный химический прессинг - уровень ее активности в почвах целинной зоне на расстоянии 20-200м от магистрали составляет 19,23-40,38% от контроля (табл. 2). Максимальная устойчивость к воздействию поллютантов проявляется со стороны уреа-зы - в указанных для инвертазы условиях ее активность находится в пределах 58,29-66,835 от контроля.
Исходя из данных таблицы 2, по степени толерантности к загрязнителям почвы, изученные ферменты могут располагаться в следующей последовательности в стороны снижения:
протеаза < инвертаза < каталаза < дегидрогена-за < уреаза.
Таким образом, исследования показали значительное снижение активности основных ферментов почв примагистральных территорий междугородной и международной автомагистрали в промежутке 20-200 м от дороги, что обусловлено влиянием автотранспортных отходов. Более интенсивное снижение активности почвенных ферментов на примагистральной зоне международной автомагистрали объясняется высокой интенсивностью движения транспорта на этой магистрали и, следовательно, более высокой эмиссией по сравнению с междугородной. Активность ферментов в серо-бурых почвах претерпевает более значительные изменения в сторону снижения по сравнению с каштановыми почвами.
Культивация почв примагистральных территорий благоприятно влияет на активность почвенных ферментов. Придорожные зеленые насаждения в виде защитной полосы существенно уменьшают загрязнение примагистральных почв поллютантами, результатом чего является статистически значимое снижение ингибиции почвенных ферментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авалиани С.Л., Буштуева К.А., Андрианова М.М., Беспалько Л.Е. Оценка вклада выбросов автотранспорта в интегральную характеристику риска загрязнений воздушной среды // Гигиена и санитария. - 2002. - №6. - С.21-25.
2. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. - М.: Наука, 2003. - 222 с.
3. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 256 с.
4. Казимов М.А., Ахмедзаде Л.А. Особенности и гигиеническая оценка загрязнения почвы автотранспортными выбросами // Азмеджурнал. - 2006. - №4. - С.96-99.
5. Коваленко Л.А. Биологическая активность почв при развитии экологического стресса в почвенных экосистемах // Биологическая рекультивация нарушенных земель. -Екатеринбург, 2003. - С.202-210.
6. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. ГОСТ 17.4.1.02-83. - М., 1983. - 48 с.
7. Русаков Н.В., Завистяева Т.Ю. Геохимические провинции страны и здоровье населения // Гигиена и санитария. -2006. - №5. - С.100-102.
8. Сафонов А.И. Структурная фитоиндикация металло-прессинга техногенно трансформированных территорий // Проблемы экологии. - 2004. - №1-2. - С.63-73.
9. Торшин С.П., Удельнова Т.М., Ягодин Б.А. Микроэлементы, экология и здоровье человека // Успехи современной биологии. - 1990. - Т. 109. Вып. 2. - С.279-292.
10. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация в биогеоценозах. Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза. - М.: Наука, 1984. - С.185-199.
11. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. - М.: Наука, 2005. - 252 с.
12. Щербакова Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества. - М.: Наука и техника, 1983. - 222 с.
13. Kucharski J., Wyszkowska J., Nowak G., Harms H. Activity of enzymes in soils treated with sewage sludge // Polish J. Soil Sci. - 2000. - Vol. 33. - P.29-34.
Информация об авторах: Казимов Мирза Агаевич - д.м.н., профессор, заведующий кафедрой, AZ 1022, Баку, ул. Бакиханова, 23, Азгосмедуниверситет, тел. +(994)12 5955935, e-mail: kazimovmirza@ rambler.ru; Али Фарида Магомед гызы - к.м.н., старший преподаватель, AZ 1022, Баку, ул. Бакиханова, 23, Азгосмедуниверситет, тел. +(994)12 5955935
