CC BY
71
УДК 582.282.22+579.261470.325)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ В АТМОСФЕРЕ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН Г. БЕЛГОРОДА1
М.И. Василенко Ю.И. Заика
Белгородский государственный технологический университет
Россия, 308012,г. Белгород, ул. Костюкова, 46
E-mail: [email protected]
Исследован видовой состав и обилие микроскопических грибов в атмосфере и снеговом покрове на участках города Белгорода различного функционального назначения. Установлено, что в городской среде формируются специфические комплексы микроскопических грибов, отличные по составу от подобных сообществ естественных биогеоценозов, в первую очередь, увеличением присутствия оппортунистических видов. В промышленных и придорожных зонах наблюдается увеличение численности темноокрашенных меланинсодержащих грибов, более устойчивых к загрязнению городских территорий.
Ключевые слова: микроскопические грибы, городская среда, атмосфера, снеговой покров, загрязнения.
Введение
Неуклонно усиливающееся антропогенное воздействие на живую природу все чаще приводит к локальным разрушениям биогеоценозов и, порой, к исчезновению тех или иных видов живых организмов из биотических комплексов. Биологические виды способны четко реагировать на изменения окружающей среды. В свою очередь, любые изменения биоразнообразия на видовом уровне могут означать разномасштабные нарушения равновесия в экосистемах. Именно поэтому изучение биологического разнообразия может считаться наиболее общим и адекватным методом оценки воздействия человека на окружающую среду. Оценка биологического разнообразия имеет важное прикладное значение, так как: позволяет отслеживать состояние генетического потенциала; служит основой для разработки программ мониторинга отдельных видов и, наконец, дает представление о состоянии экосистем на определенной территории.
Для городской среды характерны особые микробные сообщества, которые долгое время изучались преимущественно с точки зрения наличия санитарно-опасных микроорганизмов. Сообщества грибов в городах практически не исследовались. До сих пор большинство работ по изучению состава микроскопических грибов на урбанизированных территориях касается оценки их распространения внутри закрытых помещений (indoor environment) [1], в среде самого города (outdoor environment) микобиота исследована в незначительной степени. Микологически неисследованным компонентом внешней среды города остается снеговой покров, накапливающий в зимний период споры грибов, которые при таянии снега перемещаются в почву и тем самым могут влиять на формирование в дальнейшем грибных почвенных сообществ.
Целью данной работы было изучение особенностей состава микроскопических грибов в атмосфере и снеговом покрове различных функциональных зон города Белгорода.
Объекты и методы исследования
Проведено исследование различных территорий города: вблизи промышленных предприятий (ОАО «Белгородский цемент» и ОАО «Стройматериалы»), в придорожных зонах автомагистралей (по просп. Б. Хмельницкого в районе остановки «Энергомаш» и по ул. Костюкова у ее пересечения с ул. Ватутина), рекреационной зоне (Центральный городской парк культуры и отдыха им. Ленина), жилой застройке (на Харь-
1 Работа рекомендована к публикации Х! Международной научно-практической экологической конференцией «Видовые популяции и сообщества в антропогенно трансформированных ландшафтах: состояние и методы его диагностики», Белгород, 20-25 сентября 2010 г.
ковской горе комплекс «Владимирский» и по улице Садовой). В качестве контроля рассматривали территорию санатория «Красиво», расположенного вблизи одного из участков («Лес на Ворскле») заповедника «Белогорье», являющегося природоохранным, научно-исследовательским и эколого-просветительским учреждением федерального значения. Объектами исследования были пробы воздуха и снега, отобранные в феврале месяце 2010 года.
В стерильную посуду отбирали фиксированный объем снега (с площадки 10 х 10 см, толщиной 1 см). Посев проводили из 0.1 мл талой воды в трехкратной повторности для каждого варианта [2]. Капли снеговой талой воды наносили на поверхность среды Чапека и распределяли по всей поверхности среды. Для количественной оценки микро-мицетов в приземном слое воздуха посев осуществляли методом седиментации [1], путем экспонирования открытых чашек Петри на высоте 1.0-1.5м втечение 15-30 мин. Посевы инкубировали при 25°С в течение 7 суток после чего с помощью метода прямой микроскопии определяли биоморфологический состав комплексов, идентифицируя микромицеты [3, 4]. Структуру комплекса микромицетов описывали по обилию видов. Обилие (%) каждого вида микроскопических грибов рассчитывали как долю колоний данного вида микромицетов в общем количестве всех колоний в пробе.
Уровень загрязнения атмосферы тяжелыми металлами (медью, свинцом, цинком и кадмием) оценивали опосредованно через их содержание в корке (наружный слой коры) древовидной растительности, которое определяли атомно-абсорбционным методом согласно ГОСТ 30692-2000 [5], наличие тяжелых металлов в талых водах снега - аналитически, с использованием дитизона [6].
Результаты и их обсуждение
Как показали проведенные исследования, комплексы микромицетов на урбанизированной территории отличаются большим разнообразием по сравнению с аналогичными сообществами естественных биоценозов, в качестве которых рассматривались участки санатория «Красиво». Однако, разнообразие сообществ микроскопических грибов в этом случае увеличивалось за счет появления темноокрашенных колоний, малотипичных для данной природной зоны (рис.).
Контроль
Жилая застройка п о ул. Садовая: ОАО "Стройматериалы' Жилая застройка на X горе Дорога по ул Костюкова ОАО "Белгородский цемент" Парк им. Ленина Дорога по просп. Б.Хмельницкого
0
Y.
К.
10
20
30
40
50
60
%
Рис. Долевое (%) обилие темноокрашенных микроскопических грибов в снеговом покрове на территории г. Белгорода
В городских условиях в пробах снега и воздуха доминировали представители таких родов, как Cladosporium и Alternaría, содержание которых достигало 54% в пробах,
отобранных с газонов вдоль автомагистрали по проспекту Б. Хмельницкого, и доходило до 35% в образцах, отобранных на территориях промышленных предприятий ОАО «Белгородский цемент» и ОАО «Стройматериалы». В пробах снега с малозагрязненных территорий жилой (на Харьковской горе) и рекреационной (городской парк) зон на долю темноокрашенных грибов приходилось менее 10%. В контроле - пробы с территории санатория - эта доля не превышала 3%. Но именно на этих участках наблюдалось значительное количество светлоокрашенных колоний, как показал микроскопический анализ в большинстве своем представителей рода РептШит.
Опасными загрязнителями городских экосистем считаются тяжелые металлы, источником которых являются как выбросы промышленных предприятий, так и городской автотранспорт [7]. Ориентируясь на тот факт, что корка деревьев является безбарьерным аккумулятивным фитоиндикатором загрязнения воздуха тяжелыми металлами, так как концентрирует в себе значительные их количества [8], мы проанализировали указанный растительный материал на содержание меди, цинка, свинца и кадмия с целью оценки уровня загрязнения металлами различных функциональных зон города. Результаты атомно-абсорбционного анализа древесной корки, снятой с деревьев в различных зонах города на содержание тяжелых металлов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в корке деревьев, произрастающих на различных участках города Белгорода
№ п/п Места отбора растительного материала Содержание тяжелых металлов, мг/кг
медь цинк свинец кадмий
1. Дорога по пр. Б. Хмельницкого 34.45 122.6 46.41 0.56
2. Парк им. Ленина 15.32 86.52 13.81 0.23
3- ОАО «Белгородский цемент» 16.01 139.4 35.54 0.61
4- Дорога по ул. Костюкова 20.59 142.9 19.89 0.37
5. Жилая застройка на Харьковской горе 13.62 32.28 10.48 0.15
6. ОАО «Стройматериалы» 9.29 123.4 16.09 0.33
7. Жилая застройка по ул. Садовая 10.03 125.01 17.67 0.31
8. Контроль - санаторий «Красиво» 5.08 26.12 4.11 0.08
Полученные данные свидетельствуют о том, что ореолы загрязнения свинцом, цинком, медью и кадмием сопровождают крупные транспортные магистрали, а также промышленные районы города Белгорода. Содержание тяжелых металлов вблизи дорог в 5-12 раз превышает концентрацию металлов в контрольной точке. Наибольшая концентрация свинца, кадмия и меди зафиксирована возле дороги по проспекту Б. Хмельницкого, что связано, вероятно, с высокой ее загруженностью автотранспортом. Перечисленные металлы поступают в пространство вблизи автодорог от движущихся автомобилей при износе металлических частей транспортных средств (цилиндропоршневой группы двигателя, подвижных деталей кузова, подвесок и др.), истирании гальванических покрытий, высвобождаются при сжигании топлива [9]. Более высокая, чем на проспекте, концентрация цинка возле дороги по улице Костюкова (142.9 мг/кг против 122.6мг/кг) может быть связана с особенностями планировки территории (наличие перекрестка на подъеме), способствующими при движении транспорта значительному истиранию протекторов шин, в которых цинк используется в качестве связующего резины компонента. Важным путем техногенного рассеивания металлов является их выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургия, обжиг цементной шихты, производство керамзита, кирпича и др.) [8]. В условиях города Белгорода это приводит к высоким концентрациям металлов на территориях, прилегающих к промышленным предприятиям, прежде всего ОАО «Белгородский цемент», где содержание меди, цинка, свинца и кадмия в корке деревьев достигает, соответственно, 16.01; 139.4; 35.54 и 0.61 мг/кг (см. табл.1).
Согласно результатам по определению общего содержания тяжелых металлов в талом снеге быстрым дитизоновым методом [6], концентрация указанных загрязните-
лей вдоль дорог и на территории ОАО «Белгородский цемент» была наибольшей и превышала 300 мкг/мл, тогда как в контроле не превышала 30 мкг/мл, что лишь подтвердило высокий уровень загрязнения этих участков.
Представленная ситуация по загрязнению территории г. Белгорода тяжелыми металлами вполне коррелировала с доминированием темноокрашенных микромице-тов в снегу и приземном слое воздуха вдоль дорог и отдельных промплощадок. Наличие у таких грибов протекторных меланиновых пигментов, придающих темную окраску мицелию, повышает их резистентность к тяжелым металлам, ультрафиолетовому и радиоактивному облучению, воздействию химических факторов мутагенной и канцерогенной природы [10, 11]. Выявленная тенденция согласуется с отмечаемым в литературе феноменом «индустриального, городского меланизма» [12].
Микроскопический анализ выросших на твердой среде грибов позволил идентифицировать микромицеты, принадлежащие более чем к десяти родам (табл. 2). Как следует из анализа данных, в условиях города обилие оппортунистических микроскопических грибов, а именно потенциально патогенных для человека и растений, мико-токсичных видов, прежде всего рода Aspergillus (A. flavus, A. niger, A. fumigatus) , достигает 30% на территории промышленных зон. Присутствие гриба A. niger фиксировалось во всех исследуемых точках, наличие наиболее токсичных видов A. flavus и A. fumigatus характерно было для антропогенно перегруженных территорий промышленных зон и автомагистрали по проспекту Б. Хмельницкого. Следует отметить, что именно эти виды, увеличивающие свою представительность в воздухе урбанизированных территорий, вызывают сейчас глубокую тревогу как возможные возбудители микозов, в первую очередь у городских людей с пониженным иммунным статусом [13, 14].
Таблица 2
Обилие видов микроскопических грибов в приземном слое воздуха и снеговом покрове различных участков города Белгорода
Вид Исследуемые территории Кон- троль
1 2 3 4 5 6 7
Acremonium sp. - 5/5 10/5 5/- 5/5 5/- 5/5 -/5
Alternaría alternata 7/15 15/10 25/10 20/15 15/15 15/10 10/10 10/10
Aspergillus _ flavus 3/5 - - - - - - -
Aspergillus niger 5/10 5/10 30/25 35/30 20/20 30/25 20/10 -
Aspergillus' fumigatus 15/10 - -/5 - - 10/- 5/5 -
Chaetomium sp. - 5/5 - - - 5/5
Cladosporium cladosporioides 35/35 10/10 -/20 5/15 5/5 20/30 30/15 10/10
Fusarium moniliforme 25/15 - 5/15 - - -/20 15/20 -
Penicillium chysogenum - 30/25 - 15/10 15/20 -/5 -/20 50/55
Stemphylium sp. - - 15/5 10/15 20/20 5/- - 10/5
Trichoderma sp. - 20/20 - - - - 5/5
Ulocladium sp. 10/10 10/15 15/15 10/15 20/15 15/10 15/15 10/5
Примечание: * - в числителе указано обилие видов грибов в приземном слое атмосферы, (%); в знаменателе - в снеговом покрове.
В контрольной точке, где вообще не выявлено присутствие микромицетов рода Aspergillus , не обнаруживался и условно патогенный гриб рода Fusarium, тогда как в городской среде его наличие отмечалось вдоль дорог и на территориях промзон.
Особенности комплексов микроскопических грибов в городских условиях могут определяться специфическими экологическими условиями городской среды. Результаты экспериментов, поведенных с целью выявления этих условий, представлены в табл. 3, где отражены физико-химические характеристики отобранных образцов снега.
Наибольшая концентрация взвешенных веществ в талой воде (до 515 мг/л против 2 мг/л в контроле) зафиксирована возле дороги по проспекту Б. Хмельницкого, и, как показал рентгенофазовый анализ твердой фракции, они представлены различными модификациями оксида кремния, карбоната натрия, оксида железа и хлорида
кальция - традиционными компонентами городской пыли, попавшей в снег при интенсивном разбрызгивании машинами грязи с дорог.
Как известно, в обычном (незагрязненном) состоянии рН снеговых вод варьирует в пределах 5.5-5.8. На территории города Белгорода кислотность снега изменялась, как видно из табл. 3, в сторону нейтральной и щелочной реакции среды, достигая наибольшего значения (9.89) на территории, прилежащей к ОАО «Белгородский цемент», что объясняется осаждением на поверхности снега цементной пыли, имеющей щелочную реакцию в водной среде.
Таблица 3
Физико-химические характеристики снегового покрова различных зон города Белгорода
№ п/п Места отбора проб снега рН Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л
1. Дорога по пр. Б. Хмельницкого 6.65 515 850
2. Парк им. Ленина 7.3 34 126
3- ОАО «Белгородский цемент» 9.89 81 201
4- Дорога по ул. Костюкова 6.21 18 195
5. Жилая застройка на Харьковской горе 5.33 13 102
6. ОАО «Стройматериалы» 5.87 23 178
7. Жилая застройка по ул. Садовая 6.45 183 551
8. Контроль - санаторий «Красиво» 5.8 2 76
Анализ талых вод показал, что значительную долю в сухом остатке снега составляли соли, используемые в составе противогололедных смесей (содержание хлоридов вблизи дорог доходило до 300 мг/л), прежде всего, вероятно, хлорид натрия. В этом случае избыточное накопление натрия, известного своим подщелачивающим эффектом, могло внести свой вклад в изменение рН талых вод.
С учетом повышенных температур (возникновение «островов тепла» над промышленными зонами и автомагистралями способствует повышению температуры воздуха на 1-4°С, по сравнению с пригородными участками), более щелочные условия среды, как известно, являются лучшими для развития микотоксичных и потенциально патогенных грибов родов Aspergillus и Fusarium [2, 3, 15].
Свой вклад в формирование микобиоты города вносят и ее специфические компоненты - сооружения и здания из различных строительных материалов. Доказано, что на таких антропогенных поверхностях развиваются, в первую очередь, все те же виды рода Aspergillus - A. niger, A. fumigatus и темноокрашенные грибы, до 60% из которых приходится на долю Cladosporium [1].
Таким образом, проведенное сравнительное изучение особенностей комплекса микроскопических грибов в атмосфере и снеговом покрове различных функциональных зон города Белгорода позволяет заключить, что присутствие в среде отдельных представителей этой группы микроорганизмов определяется уровнем антропогенной нагрузки той или иной территории. В наиболее нагруженных участках магистралей, прежде всего, по проспекту Б. Хмельницкого, и на промышленных объектах - ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Стройматериалы» возрастало обилие темноокрашен-ных форм грибов, а также появлялись микотоксичные и потенциально патогенные для человека и растений виды, тяготеющие к более высокотемпературным и более щелочным условиям местообитаний. Важно заметить, что возвышенное расположение и ветровой режим, благоприятно влияющие на рассеивание выхлопных газов транспортных средств в условиях Харьковской горы (ул. Костюкова) определили наиболее благоприятную обстановку не только в жилой застройке комплекса «Владимирский» (наилучшее качество атмосферы), но и вдоль дороги по улице Костюкова, что отразилось на видовом составе грибов. Превалирование повторяемости ветров северовосточного направления и близость к ОАО «Стройматериалы» способствовали высокому уровню запыленности жилой застройки по улице Садовой соответствующими
выбросами предприятия и, как следствие, вероятно, появлению здесь спор и (или) кусочков мицелия токсичных видов Aspergillus fumigatus и Fusarium moniliforme в составе пылевых частиц.
Таким образом, изменения в комплексах аэрофильных микроскопических грибов, связанные с перераспределением доминирования к небольшому числу устойчивых видов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека, о чем ранее отмечалось в литературе [16], могут являться результатом городского транспортно-промышленного загрязнения.
Представленные в работе результаты позволяют сделать выводы о возможности и необходимости использования микологических методов для оценки качества атмосферы города, выявления наиболее опасных участков на урбанизированных территориях, так как именно биологическая оценка качества среды дает непосредственную характеристику ее здоровья, под которым понимается состояние, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.
Список литературы
1. Марфенина О.Е., Каравайко Н.М., Иванова А.Е. Особенности комплексов микроскопических грибов урбанизированных территорий // Микробиология. - 1996. - Т.65. - №1. - С. 119-124.
2. Кулько А.Б., Марфенина О.Е. Особенности видового состава микроскопических грибов в снеговом покрове городской среды / / Микробиология. - 1998. - Т. 67. - №4. - С. 569-572.
3. Билай В.И., Коваль Э.З. Аспергиллы. - К.: Наукова думка, 1988 - 204с.
4. Литвинов М. А. Определитель микроскопических почвенных грибов - Л.: Наука, 1967. 304 с.
5. ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 11 с.
6. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984. -
448 с.
7. Денисов В.В., Курбатова А.С., Денисова И.А., Бондаренко В.Л., Грачев В.А., Гутенев В.В., Нагнибеда Б.А. Экология города. - М.: ИКЦ «МарТ», 2008. - 832 с.
8. Экологическое благоустройство жилых территорий крупных городов России / Труды научно-практического семинара, VII Международный экологический форум, Санкт-Петербург, 13-15 марта 2007 г. / под науч. ред. А.А. Капустина, В.Ф. Хватова. - СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2008. - 152 с.
9. Луканин, В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 2001. - 273 с.
10. Борщевская М. И, Васильева С. М. Развитие представлений о биохимии и фармакологии меланиновых пигментов // Вопросы медицинской химии. - 1999. - Т. 45, вып. 1. - С. 13-23^
11. Бязров Л.Г. Меланин в роли хлорофилла / газета «Биология» - изд. дом «Первое сентября», 2008. - № 2.
12. Жданова Н.Н., Василевская А.И. Меланинсодержащие грибы в экстремальных условиях. - К.: Наукова думка, 1988. - 196 с.
13. Ревич Б.А. и др. Региональные и локальные проблемы химического загрязнения окружающей среды и здоровья населения. - M., 1995. - 203 с.
14. Марфенина О.Е., Кулько А.Б., Иванова А.Е, Согонов М.В. Микроскопические грибы во внешней среде города // Микология и фитопатология. - 2002. - Т. 36, вып.4. - С. 22-32.
15. Domsh Л.Р., Gams W. Compendium of soil fungi. - London: Acad. Press, 1980. -V. 1. - 859 p.
16. Марфенина О.Е. Опасные плесени в окружающей среде // Природа. - 2002. - №11.
COMPARATIVE ESTIMATION OF THE SPECIFIC VARIETY OF MICROSCOPIC FUNGI IN THE ATMOSPHERE OF DIFFERENT FUNCTIONAL ZONES OF THE CITY OF BELGOROD
Species composition and abundance of the microscopic fungi in the atmosphere and the snow cover in the sections of Belgorod city of different functional designation is investigated. It is established that in the urban environment the specific complexes of microscopic fungi are formed and they are differing in composition from similar associations of natural biogeocoenosis, in the first place, by an increased presence of opportunistic forms. In the industrial and roadside zones an increase in the number of dark-colored fungi, more resistant to the pollution of urban areas is observed.
Key words: microscopic fungi, urban environment, the atmosphere, snow cover, pollution.
M.I. Vasilenko Yu.I. Zaika
Belgorod State Technological University
Kostyukova St., 46, Belgorod,
308012, Russia
E-mail: [email protected]
