Научная статья на тему 'Популяционная структура микрофлоры почв г. Алматы при загрязнении их тяжелыми металлами'

Популяционная структура микрофлоры почв г. Алматы при загрязнении их тяжелыми металлами Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
369
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГОРОДСКИЕ ПОЧВЫ / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / МИКРОБОЦЕНОЗ / МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ / URBAN SOILS / HEAVY METALS / MICROBOCENOSIS / MICROBIOLOGICAL INDEXES

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Мынбаева Б. Н.

Было изучено влияние тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn) на определенные группы микроорганизмов в почвах г. Алматы. Снижение количественных и качественных показателей почвенной микрофлоры на транспортных перекрестках показало низкую биогенность почв. Также снижена численность популяций микроорганизмов в почвенных образцах возле ТЭЦ-1. Полученные данные по численности и соотношению различных групп микроорганизмов дали основание отнести почвы г. Алматы к очень бедным. Перестройка микробоценозов (уменьшение численности и изменение видового состава) свидетельствовала о деградации почвенного покрова и зависимости от присутствия и количества тяжелых металлов. Рост численности аммонификаторов, микромицетов и актиномицетов указывал на усиление процессов минерализации в почвах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Мынбаева Б. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

POPULATION STRUCTURE OF MICROFLORA OF ALMATY SOILS UNDER HEAVY METALS CONTAMINATION

The effect of heavy metals (Pb, Cd, Cu, Zn) to specific groups of microorganisms in the soils of Almaty city is studied. Reduction of quantitative and qualitative indicators of soil microflora at the transport crossroads showed low biogenous of urban soils. It reduced the number of microorganism populations in the soil samples near the CHP-1 as well. The obtained data on the number and ratio of various groups of microorganisms provided the basis for including the Almaty soils in a very poor group. The restructuring of microbocenoses (reduction of the number and change in the species composition) indicated the degradation of soils depending on the presence and quantity of heavy metals. The growth of ammonificators, micromycetes and actinomycetes indicated the increasing of the mineralization processes of the soils.

Текст научной работы на тему «Популяционная структура микрофлоры почв г. Алматы при загрязнении их тяжелыми металлами»

УДК 579.26/574.38

ПОПУЛЯЦИОННАЯ СТРУКТУРА МИКРОФЛОРЫ ПОЧВ Г. АЛМАТЫ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ИХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

© Б. Н. Мынбаева

Казахский национальный педагогический университет им. Абая Республика Казахстан, 050010 г. Алматы, пр. Достык, 13.

E-mail: [email protected]

Было изучено влияние тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn) на определенные группы микроорганизмов в почвах г. Алматы. Снижение количественных и качественных показателей почвенной микрофлоры на транспортных перекрестках показало низкую биогенность почв. Также снижена численность популяций микроорганизмов в почвенных образцах возле ТЭЦ-1. Полученные данные по численности и соотношению различных групп микроорганизмов дали основание отнести почвы г. Алматы к очень бедным. Перестройка микробоценозов (уменьшение численности и изменение видового состава) свидетельствовала о деградации почвенного покрова и зависимости от присутствия и количества тяжелых металлов. Рост численности аммонификаторов, микромицетов и актиномицетов указывал на усиление процессов минерализации в почвах.

Ключевые слова: городские почвы, тяжелые металлы, микробоценоз, микробиологические показатели

Общеизвестно, что главными задачами биомониторинга являются периодическое наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз состояния природной среды, выявление факторов и источников антропогенных воздействий на окружающую среду и др. с помощью биологических методов и биообъектов. Индикаторами состояния окружающей среды, в частности, почв, могут быть не только отдельные организмы, но и популяции. Основное требование, предъявляемое к природным индикаторам, - способность отражать (фиксировать) воздействие и сохранять его в «памяти» с минимальной трансформацией до времени опробования [1]. Удобными биообъектами являются микроорганизмы или группы микроорганизмов, так как одним из самых первых признаков биологической деградации почв в процессе техногенного воздействия является снижение уровня активной микробной массы [2].

Целью данного исследования явилось изучение биологически значимых техногенных нагрузок на основе реакций на них определенных групп (популяций) микроорганизмов в урбаноземах.

Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:

1 установление степени загрязнения городских почв тяжелыми металлами (ТМ);

2 оценка изменения микробиологической компоненты почв г. Алматы под воздействием тяжелых металлов.

Объекты и методы исследования

Характер решения поставленных задач предо -пределил использование общепринятых современных инструментальных и традиционных микробиологических и химических методов.

Образцы почв были взяты на глубине 0-25 см методом «конверта» (5 проб в одном участке или точке отбора проб) весной и осенью 2010-2011 гг. [3]. Выбраны 5 участков на территории г. Алматы

вдоль пр. Райымбека с учетом широтной зональности: т. 1 - пересечение пр. Райымбека / ул. Пушкина; т. 2 - пересечение пр. Райымбека / пр. Сейфул-лина; т. 3 - пересечение пр. Райымбека / ул. Розы-бакиева; т. 4 - район ТЭЦ-1; т. 5 - почва, взятая в 25 км от черты города.

В отобранных образцах почв подготовку проб и определение содержания в них свинца (РЬ), кадмия (Сё), меди (Си) и цинка ^п) проводили на атомно-абсорбционном спектрометре с электротермической атомизацией АА-6650 фирмы

«Shumadzu» [4].

Структуру и численность микробобиоты исследовали общепринятыми методами [5, 6] и выражали в КОЕ (колониеобразующие единицы)/г абсолютно-сухой почвы. Олигонитрофильные микроорганизмы выявляли на среде Эшби [7]. Показатели структуры МСО рассчитывали по [8]: коэффициент иммобилизации азота Кимм = [иммобилизато-

ры]/[аммонификаторы], коэффициент олиготроф-ности Колиг. = [олигонитрофилы]/[аммонификато-ры], соотношение мицелиальных микроорганизмов [грибы]/[актиномицеты].

Результаты и их обсуждение

Т. 2 и 3 были отнесены к транспортным участкам (урбаноземы), т. 4 - к техногенному (индустри-зем), т. 1 - почвогрунт на широкой аллее (контроль, реплантозем), т. 5 - светло-каштановая, зональная, не загрязненная ТМ почва (фоновая почва). По данным спектрального анализа концентраций ТМ в городских почвах (табл. 1), интенсивное транспортное движение способствовало сильному техно -генному загрязнению почв. Высокие значения концентраций Сё, Zn и Си были обнаружены на перекрестках автомагистралей (пр. Райымбека на пересечении ул. Розыбакиева и просп.Сейфуллина). Максимальное превышение концентрации РЬ по сравнению с фоном отмечено в районе ТЭЦ-1.

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2012. T. 17. №3

1283

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в почвах г. Алматы

Место отбора проб Содержание ТМ в мг/кг

Cd 1 Pb 1 Zn 1 Cu

Т. 1 (контроль) 0.24±0.05 26.5±5.3 31.1±5.9 47.4±9.1

Т. 2 (урбанозем) 0.48±0.09 44.7±8.8 38.2±7.5 59.2±11.3

Т. 3 (урбанозем) 0.64±0.11 48.5±9.2 49.7±10.2 59.7±11.9

Т. 4 (индустризем) 0.41±0.08 63.8±11.7 42.8±8.1 60.7±12.2

Т. 5 (фон) 0.15±0.04 18.9±3.8 20.1±4.0 39.2±7.9

Таблица 2

Эколого-видовая структура микрофлоры почв г. Алматы

Микробиологический Точка отбора почвенных проб

показатель Т. 1 1 Т. 2 1 Т. 3 1 Т. 4 1 Т. 5

Аммонификаторы, х10 КОЕ/г Иммобилизаторы азота, х102 КОЕ/г Грибы, х102 КОЕ/г Актиномицеты, х102 КОЕ/г

6.8-12.2 11.0-25.7 14-21.8 9.4-41.7 2.7-14.2

±1.02 ±1.5 ±1.7 ±2.3 ±0.7

10.1-21.2 8.41-20.5 6.8-19.7 3.4-17.5 10.5-24.3

±2.7 ±3.9 ±3.1 ±1.4 ±1.2

19-26 21-25 20-29 24-35 11-16

±1.3 ±1.4 ±1.4 ±2.5 ±1.7

28.8-45.0 18.8-90.0 19.1-100 29.1-210 26.7-55

±3.1 ±5.2 ±4.5 ±11.3 ±3.8

Таким образом, можно утверждать, что транспорт и ТЭЦ-1 являются основными источниками техногенного загрязнения почв г. Алматы.

Для определения КОЕ/г почвы мы использовали прямой подсчет выросших колоний микроорганизмов на селективных питательных средах (внесение почвенных вытяжек в каждую чашку Петри в определенном разведении).

Установлено изменение структуры микробных сообществ почв г. Алматы: численность микроорга-низмов-иммобилизаторов азота в урбаноземах уменьшилась в 1.2 раза по сравнению с контролем: пределы варьирования составляли (3.4-20.5) х х (102±1.4) в урбаноземах против (10.1-21.2) х 102 КОЕ/г в контроле. Численность аммонификаторов в урбаноземах возросла в 2.2 раза на транспортных перекрестках и в 3 раза в районе ТЭЦ-1 по сравнению с фоном. Данные по контрольной точке незначительно отличались от фоновых (табл. 2).

Численность аммонификаторов в городских почвах имела определенную закономерность (табл. 2): возрастание в 8-12 раз на транспортных перекрестках и в 13-15 раз в районе ТЭЦ-1 по сравнению с фоновой почвой. В целом, разброс (минимум-максимум) для почв города составил 2.741.7 х 102 КОЕ/г.

Численность мицелиальных микроорганизмов в урбаноземах возросла в 1.1 раза на перекрестке автомагистралей и в 2.1 раза в районе ТЭЦ-1 по сравнению с контрольной и фоновой почвами (табл. 2).

Численность актиномицетов в контрольной и фоновой почвах была примерно равной, отмечено

ее увеличение в 2.0-3.5 раза в урбаноземах транспортных перекрестков и района ТЭЦ-1 (табл. 2).

Таким образом, сходную динамику численности (минимальную для контрольных и фоновых почв, максимальную для загрязненных ТМ почв), наблюдали как для аммонификаторов, так и для микроскопических грибов. Превышение на 70% численности аммонификаторов по сравнению с контрольной и фоновой почвами отмечено для т. 4 (ТЭЦ-1), в транспортных точках увеличение составило около 60% и немного ниже. Максимальное превышение микроскопических грибов также наблюдали в т. 4 (около 60%), в остальных точках (урбаноземах) - 20% и ниже. Соотношение грибов к актиномицетам было примерно постоянным: от 0.01 до 0.12 в урбаноземах и от 0.02 до 0.06 - в фоновой почве. В урбаноземах доминантами явились аммонификаторы, микромицеты и актиномицеты (превышение над контролем составило 1.8, 2.3 и 1.3 раза соответственно); микроорганизмов-иммобили-заторов азота было больше в 1.7 раза в незагрязненном почвенном образце по сравнению с урбано-земами (табл. 2).

Почва из т. 4 имела максимальное загрязнение полиметаллами в течение всего периода изучения, изменение структуры микробоценоза в сторону увеличения содержания грибных культур подтвердило токсичность исследуемых урбаноземов.

Основываясь на немногочисленных исследованиях по изучению структуры и особенностей функционирования сообществ микроорганизмов в городских почвах [9-11] мы считаем, что увеличение численности аммонификаторов, актиномицетов

и микромицетов в урбаноземах показало их эври-биотность и высокую адаптационную способность к стрессовым ситуациям (в частности, к присутствию ТМ в почвах). Коэффициент иммобилизации азота в почвах г. Алматы закономерно снижался в 2.5-10 раз на транспортных перекрестках пр. Райымбека и пр. Сейфуллина и ул. Розыбакиева (т.

2 и 3 соответственно) и в 3-23 раза в районе ТЭЦ-1 (табл. 3) по сравнению с фоном и примерно в 2-2.5 раза по сравнению с контролем. Динамика численности олигонитрофилов и степень снижения коэффициента олиготрофности городских почв были аналогичны предыдущей группе микроорганизмов.

Таблица 3

Изменение коэффициентов микробиологических показателей

Индекс I Т. 1 I Т. 2 I Т. 3

Т. 4

Т. 5

Кимм 1.1-1.6 0.8-1.8 0.6-1.4 0.3-0.9 1.8-2.3

Колиг. 0.3-1.1 0.4-0.9 0.3-0.7 0.3-0.4 1.0-1.2

Таким образом, анализ полученных изменений в микробоценозе почв г. Алматы по шкале Е. И. Андреюк [8] позволил отнести данные почвы к бедным, поскольку рост численности аммонифи-каторов, микромицетов и актиномицетов в урбано-земах указывал на усиление минерализационных процессов, в результате чего, как известно, снижается содержание органического вещества. Значительно большая чувствительность микроорганиз-мов-иммобилизаторов азота и олиготрофов к антропогенному прессингу привела к уменьшению запасания азота в микробной массе городских почв. Учитывая, что растительные остатки практически

не поступают в почву города, баланс органических веществ урбаноземов может стать резко отрицательным, что приведет в будущем к дегумификации, деградации и потере и так низкого плодородия городских почв.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта МОН РК в области фундаментальных исследований 2012 г. (договор № 1107).

1.

ЛИТЕРАТУРА

Миркин Б. М., Наумова Л. Г. Основы общей экологии: уч. пос.. М.: Изд-во Университетская книга, 2005. 240 с.

2. Никитина З. И. Микробиологический мониторинг наземных экосистем. Новосибирск: Наука, 1991. 219 с.

3. ГОСТ 17.4.3.01-83 (СГ СЭВ 3347-82). Общие требования к отбору проб: Введ. 1983-01-01. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1983. 58 с.

4. Методика выполнения измерения массовой доли подвижных форм металлов: РД 52.18.269-90. М.: Изд-во стандартов, 1990. 35 с.

5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 303 с.

6. Нетрусов А. И. и др. Практикум по микробиологии. М.: Изд-во МГУ, 2005. 608 с.

7. Кабиров Р. Р., Хазипова Р. Х. Альгологический метод оценки токсичности ПАВ // Биоиндикация и биомониторинг: сб. / Моск. гос. ун-т. М.: Изд-во Наука. 1991. С. 282-285.

8. Андреюк Е. И. Методологические аспекты изучения микробных сообществ почвы // Микробные сообщества и их функционирование в почве. Киев: Наукова думка, 1981. С. 91-94.

9. Летунова С. В., Ковальский В.В. Геохимическая экология микроорганизмов. М.: Изд-во Наука, 1978. 148 с.

10. Свистова И. Д., Т алалайко Н. Н., Щербаков А. П. Микробиологическая интоксикация урбаноземов г. Воронежа // Вестник ВГУ. Серия Химия. Биология. Формация. 2003. №2. С. 146-150.

11. Павлова Н. Н., Егорова Е. И. Некоторые показатели биологической активности почвенных микроорганизмов как индикаторы антропогенного загрязнения почв тяжелыми металлами и радионуклидами // Тезисы докл. II межд. конф. «Современные проблемы загрязнения почв», 2007, май. М. 2007. Т. 2. С. 146-147.

Поступила в редакцию 16.03.2012 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.