CC BY
110
УДК 614.771
М. В. Куркина, В. П. Дедков,
Н. Б. Климова, А. И. Лукина,
М. А. Крупнова, Ж. Т. Кусаинова
НОВЫЕ ДАННЫЕ
О НЕКОТОРЫХ ГРУППАХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПОЧВАХ ГОРОДА КАЛИНИНГРАДА
Представлены предварительные результаты по количественному содержанию аммонифицирующих, азотфиксирующих, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, а также микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, и микроскопических грибов в почвах города Калининграда, находящихся в различных экологических условиях.
The article presents the preliminary results concerning the quantitative content of nitrogen-fixing, cellulose-eliminating microorganisms and microorganisms using the mineral forms of nitrogen and microscopic fungi in Kaliningrad soils under different environmental conditions.
Ключевые слова: г. Калининград, антропогенные загрязнения, микрофлора почвогрунтов.
Keywords: Kaliningrad, anthropogenic pollution, soil microflora.
Калининградская область — самый западный регион России, расположенный на юго-восточном побережье Балтийского моря. По плотности населения, степени урбанизации, интенсивности хозяйственного использования территории, по протяженности и густоте дорожной сети и относительному количеству автотранспорта область сильно превосходит соседние территории [10, с. 6]. Почти половина населения области проживает в городе Калининграде. Концентрация на сравнительно небольшой территории населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия, создает проблемы в части охраны окружающей среды.
____В настоящее время в городе Калининграде сложилась достаточно
слотжинаяосэойсло^гиосудс^атвесиету^ниверсии^нт^ м.язажта. шэыменным^агрж-
нением воздушного бассейна, неудовлетворительным качеством питьевой воды, загрязнением поверхностных вод и почв, накоплением большого количества промышленных и бытовых отходов [3, с. 209].
По данным Калининградского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, основной вклад в загрязнение атмосферы города вносят автотранспорт, предприятия коммунального хозяйства (котельные и ТЭЦ) и промышленные предприятия. В воздухе наблюдаются повышенные концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида азота, формальдегида, бенз(а)пирена. Уровень загрязнения воздуха в городе характеризуется как повышенный или высокий, то есть неблагоприятный для здоровья [9]. На сегодняшний день самым значи-
тельным источником загрязнения воздушного бассейна города Калининграда является автотранспорт. В основном это подержанные автомобили, обладающие низкими эксплуатационно-техническими качествами, что вносит значительный вклад в загрязнение воздушной среды.
Влиянием транспорта на экологическое состояние города обусловлено не только загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами, но и загрязнение водного бассейна (стоки с автомобильных моек, стоянок, гаражей, АЗС и др.) и почв (отходы, загрязненные нефтепродуктами, сажевые частицы шин от истирания на дорогах и др.) [1]. По-прежнему остро стоит вопрос с обеспечением населения качественной питьевой водой. Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевых вод [3, с. 211].
Почва и атмосферный воздух неразрывно связаны между собой и рассматриваются как значимые факторы экологического неблагополучия населения [2, с. 87]. Почва в городе является одним из самых загрязненных компонентов среды. Причинами загрязнения почвы являются автотранспорт, несанкционированные свалки бытового мусора, некачественная уборка улиц, неупорядоченность мест для выгула домашних животных.
Существенную роль в формировании качества городской среды играют шумовое загрязнение, электромагнитные поля, вибрация, особенности ландшафта, состояние растительности и животного населения. Следовательно, качество городской среды есть результат действия биологических, физических, химических, климатических и других факторов. Они в совокупности создают особые условия для проживания людей. Учитывая комплекс факторов, действующих на состояние окружающей городской среды, уровень загрязнения территории города Калининграда можно свести к двум категориям: допустимое загрязнение и загрязнение, превышающее действующие нормы. В каждой из групп выделяются по три различные зоны, отличающиеся уровнем загрязнения. К первой категории относятся чистая, слабо загрязненная и умеренно загрязненная зоны, ко второй — загрязненная, грязная и очень грязная [4].
Освобождение объектов окружающей среды от загрязняющих веществ и восстановление экологического равновесия очень сложный и длительный процесс. Самоочищение почвы, по сравнению с самоочищением атмосферы и гидросферы, происходит очень медленно. В результате вредные вещества постепенно накапливаются в ней и со временем становятся угрозой для человека, животных и растений.
Наибольшей чувствительностью к антропогенному загрязнению обладают почвенные микроорганизмы: бактерии, актиномицеты, почвенные водоросли, микроскопические грибы. Количественные и качественные изменения в сообществах микроорганизмов позволяют быстро и достаточно точно выяснить экологическую ситуацию на исследуемой территории. Поэтому оценка биоразнообразия обитающих в почве микроорганизмов, их морфологических и физиологических свойств имеет большое значение при решении вопросов, связанных с охраной окружающей среды. В связи с этим целью данной работы яви-
лось изучение микрофлоры почв города Калининграда в зависимости от степени их загрязнения.
Объектами исследования служили озелененные территории (газоны, придомовые территории, скверы, парки) города Калининграда, находящиеся в различных экологических условиях. Согласно карте комплексной оценки окружающей среды [4], территория города делится на шесть зон, характеризующихся различным уровнем загрязнения. В каждой из зон нами были выбраны по пять тестовых участков. Контролем служил участок, расположенный в экологически чистой зоне на территории Взморьевского лесничества в 2,6 км к западу от границы города Калининграда. Привязки тестовых участков осуществлялись с помощью спутникового навигатора.
Отбор почвенных образцов проводился в июле 2008 г. по общепринятым в микробиологии, экологии и почвоведении методикам [11, с. 149]. С каждого тестового участка в его пяти точках по принципу «конверта» с глубины от 10 до 15 см, с соблюдением условий асептики, брали пробы почвы и помещали их в стерильный бумажный пакет, который плотно закрывался. На пакет наклеивалась этикетка с указанием места и времени отбора проб почвы. В этот же день пробы доставляли в лицензированную лабораторию микробиологии и биотехнологии РГУ им. И. Канта, созданную в рамках национального проекта «Образование», для проведения микробиологического анализа. В момент отбора проб в каждой из пяти точек тестового участка определялась температура на поверхности почвы, температура почвы на глубине взятия пробы (10 — 15 см), рН и Eh почвенной среды и отбиралась почва в металлические бюксы для последующего определения влажности в лабораторных условиях.
Температура на поверхности почвы измерялась ртутным метеорологическим термометром ГОСТ 6079-69, на глубине взятия пробы — почвенным термометром ГОСТ112-51. Определение рН и Eh почвенной среды осуществлялась с помощью портативного рН-метра HANNA марки HI8314. Влажность почвы определялась весовым методом в пятикратной повторности. Для этого доставленные в лабораторию бюксы с почвой взвешивались на технических весах ВЛТЭ-500 и высушивались в универсальном тепловом шкафу Memmert марки UNB-200 при температуре 105 °С до постоянной массы в течение 4 — 6 часов. Затем по полученным результатам рассчитывалась влажность почвы в процентах от сухого веса. Микробиологические исследования проводились в свежих образцах почв в первые сутки после отбора проб. Для этого доставленные в лабораторию почвенные пробы высыпались из бумажных пакетов на стерильные листы пергамента, освобождались от камней и корней растений, тщательно перемешивались и бралась средняя проба почвы массой 1 г, а затем она вносилась в колбу со 100 мл стерильной воды для приготовления почвенной суспензии разведения 10- 2. Полученную суспензию хорошо взбалтывали на аппарате для встряхивания АВУ-6С в течение 5 минут и после осаждения почвенных частиц использовали для приготовления суспензий со степенью разведений от 10- 3 до 10- 7. Для определения численности колониеобразующих еди-
ниц (КОЕ) различных групп микроорганизмов из суспензий разных разведений осуществлялся поверхностный посев микроорганизмов на плотные питательные среды определенного состава.
Для выявления аммонифицирующих микроорганизмов посев проводился из суспензий 10- 4, 10- 5, 10- 6 разведений на мясо-пептонный агар (МПА). Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, выделяли из 10- 5, 10- 6, 10- 7 разведений на крахмал-аммиачном агаре (КАА). Посев микроорганизмов из разведений 10- 2, 10- 3 осуществлялся для выделения микроскопических грибов на сусло-агар, целлюлозоразрушающих микроорганизмов — на среду Гетчинсона, азотфик-саторов — на среду Эшби. Чашки Петри с посевами, кроме целлюлозоразрушающих микроорганизмов, помещались в термостат при температуре 28 °С для выращивания микроорганизмов. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы выращивались во влажной камере при комнатной температуре.
Для определения количества микроорганизмов в почве первоначально подсчитывалось количество колоний, выросших на твердых питательных средах при посеве из различных разведений почвенной суспензии. Подсчет клеток проводился на третьи сутки после посева на сусло-агаре, на пятые сутки — на среде Эшби и на МПА, на десятые сутки — на КАА и среде Гетчинсона. При подсчете учитывалось общее количество колоний: спорообразующих, флуоресцирующих, желтопигментных, колоний акти-номицетов и микроскопических грибов. Далее рассчитывалось количество микроорганизмов в 1 г абсолютно сухой почвы.
Первые предварительные данные о количественном содержании аммонифицирующих, азотфиксирующих, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, микроорганизмов, разрушающих минеральные формы азота, и микроскопических грибов, полученные на основании исследований, проведенных летом 2008 г., представлены на рисунках 1—5.
Как известно, в природе микроорганизмы принимают активное участие в трансформации азотсодержащих соединений. Важная роль в этом процессе принадлежит аммонификаторам. Они осуществляют разложение белковых веществ под действием протеолитических ферментов, выделяемых микроорганизмами в окружающую среду [7, с. 39]. Результаты исследований показали, что содержание аммонифицирующих микроорганизмов в почвах, находящихся за пределами города Калининграда (контроль), составляет около 6 млн на 1 г почвы. Количественные показатели данной группы микроорганизмов в почвах города во много (20—100) раз превышают их в контроле и колеблются по зонам в среднем от 85 до 521 млн/г. Максимальные значения микроорганизмов данной группы отмечены в почвах двух тестовых участков, расположенных в слабозагрязненной зоне, и составляют 871 и 965 млн/г, минимальные — в загрязненной (12 млн/г) и грязной (5 млн/г) зонах. Следует отметить, что эти данные сильно отличаются как между зонами, так и между тестовыми участками в пределах каждой исследованной зоны (см. рис. 1).
млн/ г 10009008007006005004003002001000-
К I II III IV V VI Зоны исследования:
___________________________К - контроль_____________________
□ I - относительно чистая □ II - слабозагрязненная
□ III - умеренно загрязненная □IV - загрязненная
□ V - грязная □VI - очень грязная
Рис. 1. Количественное содержание аммонифицирующих микроорганизмов в почвах зеленых зон города Калининграда
Аналогичная картина наблюдается и с микроорганизмами, использующими минеральные формы азота (см. рис. 2). Все исследованные городские зоны характеризовались более высоким их содержанием по сравнению с контролем. В почвах тестовых участков, расположенных в слабозагрязненной и очень грязной зонах, отмечены максимумы КОЕ данной группы микроорганизмов (36392 и 27576 млн/г соответственно). Следует отметить, что в количественном отношении эта группа микроорганизмов превалирует в микронаселении почв города.
Большую роль в круговороте азота в природе играет азотфиксация. Представители процесса — бактерии рода Ахо1оЪас1вг — осуществляют фиксацию молекулярного азота, синтезируют некоторые биологически активные вещества, в том числе и некоторые фитогормоны, например ауксины, тем самым стимулируют рост и развитие растений. Экзополисахариды представителей рода участвуют в мобилизации тяжелых металлов в почве, способствуя самоочищению почв, загрязненных тяжелыми металлами, например кадмием, ртутью и свинцом. Данные о количественном содержании азотфиксирующих микроорганизмов в почвах города Калининграда представлены на рисунке 3. Показано, что среднее содержание азотфиксаторов в относительно чистой, слабоза-грязненной, грязной и очень грязной зонах примерно в два раза выше, чем в контроле, и не зависит от уровня загрязнения. Загрязненная зона отличается наибольшим содержанием азотфиксаторов, здесь отмечено четырехкратное увеличение от значений контрольного варианта.
|:
И Н1 1 1Ь
млн/ г 40000-. 35000300002500020000 1500010000 5000 0
1 п
— 1 1-г
II
III
IV
VI
Зоны исследования: К - контроль
□ I - относительно чистая □ II - слабозагрязненная
□ III - умеренно загрязненная □IV - загрязненная
□ V - грязная □VI - очень грязная
К
I
V
Рис. 2. Количественное содержание микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в почвах зеленых зон города Калининграда
млн/ г
II—1 1Н 1л 1 ±.ж
К I 0 II III IV V VI Зоны исследования:
_______________К - контроль
□ I - относительно чистая
□ III - умеренно загрязненная
□ V - грязная
□ II - слабозагрязненная
□ IV - загрязненная
□ VI - очень грязная
Рис. 3. Количественное содержание азотфиксирующих микроорганизмов в почвах зеленых зон города Калининграда
Активную роль в деструкции органической массы играют целлюлозоразрушающие микроорганизмы. От их качественного и количественного состава зависит активность процессов разложения целлюлозы. Проведенные нами исследования показали, что почвы, находящиеся в условиях более сильного антропогенного загрязнения (загрязненная, грязная и очень грязная зоны), характеризуются более высокими количествами целлюлозоразрушающих микроорганизмов (см. рис. 4). Количественное содержание целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почвах тестовых участков, расположенных на территории с допустимым уровнем загрязнения, в среднем по зонам не отличается от их содержания в контроле.
Важным показателем функционирования почвы является обилие, видовое разнообразие и фитотоксичность микроскопических грибов. В литературе имеются сведения об увеличении обилия оппортунистических и фитотоксичных микромицетов после загрязнения почв нефтью и их уменьшение через три месяца рекультивации биопрепаратами [5, с. 63]. Отмечено увеличение доли грибов рода Fusarium — наиболее активных продуцентов фитотоксичных веществ в условиях свинцового загрязнения [6, с. 22]. Выявлено накопление токсичных микромицетов в местах, загрязненных выбросами автотранспорта. [8]. Наши исследования показали, что уровень микроскопических грибов в среднем по зонам зависит от качества окружающей среды и увеличивается с повышением интенсивности загрязнения от относительно чистой зоны до умеренно загрязненной. Затем, по мере увеличения уровня загрязнения, наблюдается снижение количества микроскопических грибов.
млн/г 0,80,70,60,50,40,30,2-
0,10-
□ I - относительно чистая □ II - слабозагрязненная
□ III - умеренно загрязненная □ IV - загрязненная
□ V - грязная □ VI - очень грязная
Рис. 4. Количественное содержание целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почвах зеленых зон города Калининграда
Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о значительном разнообразии различных групп микроорганизмов в почвогрунтах города Калининграда, а именно: аммонифицирующих, азотфиксирующих, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, а также микроскопических грибов. Количественное содержание почвенных микроорганизмов неодинаково и изменяется в значительных пределах как между зонами, так и внутри них, что указывает на необходимость проведения дальнейших углубленных исследований.
---------і--------------і--------------і--------------і--------------і--------------і----------
K I II III IV V VI
Зоны исследования: К - контроль
мн/
0,45
0,4
0,35
0,3-
0,25
0,2-
0,15
0,1
0,05
0
(1—(НІН (Ні Ї к,. ґіїгіЬ'
I II III IV V
Зоны исследования: __________К - контроль____________
VI
□ I - относительно чистая
□ III - умеренно загрязненная
□ V - грязная
□ II - слабозагрязненная
□ IV - загрязненная
□ VI - очень грязная
і
К
Рис. 5. Количественное содержание микроскопических грибов в почвах зеленых зон города Калининграда
Список литературы
1. Влияние автотранспорта на окружающую среду в городах России. ЦКЬ: www.transpenv.org.ru
2. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Калининградской области в 2002 г. / Упр. природ. ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Калинингр. обл. Калининград, 2003.
3. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Калининградской области в 2003 г. / Упр. природ. ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Калинингр. обл. Калининград, 2004.
4. Карта комплексной оценки состояния окружающей среды города Калининграда // Экологический атлас г. Калининграда, 1999.
5. Киреева Н. А., Бакаева М. Д., Галимзянова Н. Ф. Влияние различных способов биоремедиации нефтезагрязненных почв на характеристику комплекса микро-мицетов // Прикладная биохимия и микробиология. 2008. Т. 44. № 1. С. 63 — 68.
6. Мосина Л. В. Антропогенное изменение лесных экосистем в условиях мегаполиса Москва: автореф. дис. д-ра биол. наук. М., 2003.
7. Рабинович Г. Ю., Сульман Э. М. Санитарно-микробиологический контроль объектов окружающей среды и пищевых продуктов с основами общей микробиологии: учеб. пособ. Тверь, 2005.
8. Свистова И. Д., Корецкая И. И., Щербаков А. П. Микробиомониторинг автотранспортного загрязнения чернозема в разных типах придорожных экосистем. иКЬ: www.vestnik.vsu.ru
9. Состояние окружающей среды г. Калининграда. ИКЬ: www.klgd.ru
10. Схема охраны природы Калининградской области: краткая версия. Калининград, 2005.
11. Теппер Е. З. и др. Практикум по микробиологии: учеб. пособ. / под ред. В. К. Шильниковой. М., 2004.
Об авторах
М. В. Куркина — канд. биол. наук, доц., РГУ им. И. Канта, mv. кш[email protected]
В. П. Дедков — д-р биол. наук, проф., РГУ им. И. Канта, [email protected]
Н. Б. Климова — студ., РГУ им. И. Канта.
А. И. Лукина — студ., РГУ им. И. Канта.
М. А. Крупнова — студ., РГУ им. И. Канта.
Ж. Т. Кусаинова — студ., РГУ им. И. Канта.
Authors
Professor V. P. Dedkov — IKSUR, [email protected]
Dr. M. V. Kurkina — Associate Professor, IKSUR, [email protected]
N. B. Klimova — student, IKSUR.
A. I. Lukina — student, IKSUR.
M. A. Krupnova — student, IKSUR.
G. T. Kusainova — student, IKSUR.
