CC BY
60
УДК 581.534 (470.621) ББК 28.081.4 (2Рос.Ады) Ч 41
Челышева С.Ш.
Магистрант кафедры биологии и экологии растений биологического факультета Кубанского государственного университета, Краснодар, e-mail: [email protected]
Букарева О.В.
Кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и экологии растений биологического факультета Кубанского государственного университета, Краснодар, тел. (861) 2199575, e-mail: [email protected]
Влияние линейных источников загрязнения на почвенную альгофлору придорожных экосистем окрестностей города Майкопа Республики Адыгея
(Рецензирована)
Аннотация. Проведена оценка влияния линейных источников загрязнения на почвенную альгофлору. Приводятся результаты химического анализа почвы на содержание тяжелых металлов и кислотность. Результаты исследования свидетельствуют о негативном влиянии линейных источников загрязнения на видовое разнообразие почвенных водорослей и формирование альгосинузий. Развитие биологических процессов в почвах, в том числе формирование и развитие альгофлоры, определяется интенсивностью антропогенного воздействия, что может быть использовано в целях экологического мониторинга различных почвенных экосистем.
Ключевые слова: линейные источники загрязнения, тяжелые металлы, кислотность, почвенная альгоф-лора, альгосинузии.
Chelysheva S.Sh.
Magistrate of Department of Biology and Plant Ecology of Biological Faculty, Kuban State University, Krasnodar, e-mail: [email protected]
Bukareva O.V.
Candidate of Biology, Associate Professor of Department of Biology and Plant Ecology of Biological Faculty, Kuban State University, Krasnodar, ph. (861) 2199575, e-mail: [email protected]
Influence of linear sources of pollution on a soil algoflora of roadside ecosystems in the neighborhood of the city of Maikop, Adyghea Republic
Abstract. We made a research to assess the influence of linear sources ofpollution on a soil algoflora. Results of the chemical analysis of the soil on the content of heavy metals and acidity are given. Results of research demonstrate negative influence of linear sources of pollution on a specific variety of soil algae and formation of algosinuziya. Development of biological processes in soils, including formation and development of algoflora, is defined by intensity of anthropogenic influence that can be used for environmental monitoring of various soil ecosystems. Keywords: linear sources of pollution, heavy metals, acidity, soil algoflora, algosinuziya.
Введение
В условиях нарастающего техногенного прессинга со стороны многих отраслей промышленности и транспорта постоянный контроль химического загрязнения окружающей среды стал неотъемлемой частью мониторинга различных экологических систем, что позволяет вовремя принимать решения, препятствующие возникновению необратимых деградаци-онных процессов.
Различные виды антропогенного воздействия на почву могут изменять условия существования почвенных микроорганизмов, нарушать нормальное протекание в почвах процессов микробной трансформации, а следовательно, и процессов трансформации веществ в биосфере.
В роли индикаторов загрязнения почвенных экосистем используются различные организмы, в том числе и водоросли, населяющие не только водоемы, но и почву. В качестве биоиндикаторов водоросли имеют ряд преимуществ перед другими почвенными организмами:
- во-первых, они относительно легко идентифицируются до вида, что дает возможность анализа и сопоставления альгофлоры различных почв;
- во-вторых, они быстро реагируют на изменение почвенных условий;
- в-третьих, как факторы водоросли сходны с высшими растениями по реакции на состояние почвы;
- в-четвертых, культивирование водорослей отличается простотой и дешевизной.
Некоторые физиологические особенности, общие для высших растений и одноклеточных водорослей, выраженные в наличии у них фотосинтетического аппарата, позволяют использовать почвенные водоросли для изучения механизма действия различных антропогенных факторов. Результатом этого является уменьшение видового разнообразия численности почвенных водорослей и их группировок, которые могут быть использованы для оценки и мониторинга действия антропогенных факторов на почву.
В почвенной альгологии накопились обширные данные об индикаторных возможностях водорослей и определились следующие направления, а также основные методические приемы их использования:
1. Выявление приуроченности группировок водорослей к тем или иным почвам и протекающим в них почвообразовательным процессам (диагностика процессов почвообразования);
2. Оценка изменений, происходящих в почве под влиянием антропогенных факторов.
Почвенные водоросли давно используются в качестве биоиндикаторов [1, 2] для определения степени загрязнения и самоочищения почвы, в таких случаях, как:
1) техногенное загрязнение почвы: аэротехногенное (Б02 и тяжелые металлы); загрязнение, связанное с нефтедобычей (влияние сырой и товарной нефти, буровых растворов, минерализованных сточных вод) и угледобычей (влияние шахтных вод); токсичность промышленных отвалов;
2) бытовое загрязнение в городах;
3) сельскохозяйственное загрязнение: перегрузка пестицидами и высокими дозами минеральных удобрений; нетрадиционные удобрения (промышленно-бытовые отходы); вторичные засоления; загрязнение животноводческими стоками.
Наиболее объективными критериями альгофлоры, показывающими состояние почвы, являются: видовой состав водорослей, соотношение их жизненных форм, численность клеток и некоторые физиологические показатели (фотосинтез, азотфиксация). Как индикаторы антропогенного загрязнения выступают не только определенные виды водорослей, но и аль-госинузии, так как по их составу можно определить уровень загрязнения почвы. Почвенные альгосинузии - это флористически, экологически и ценотически обособленные группы водорослей, характеризующиеся своеобразной структурой. Выявление видового состава, количества и биомассы почвенных водорослей, особенностей формирования альгосинузий является важным моментом при проведении стационарных биогеоценологических исследований.
Видовой состав почвенных водорослей и альгосинузий служит индикатором различных типов загрязнений почв: нефтепродуктами, тяжелыми металлами, пестицидами, высокими дозами удобрений и т.д.
В настоящее время линейные источники загрязнения (автомобильные дороги) являются особым источником воздействия на природу и человека. На придорожные экосистемы воздействует сложная система «автомобильный транспорт - автомобильная дорога», оказывающая многоаспектное воздействие, экологический эффект которого может быть установлен на основании изучения отклика экосистем, подвергнувшихся загрязнению [1, 3]. Почвенные водоросли являются весьма чувствительными организмами - индикаторами линейного загрязнения почв.
Специфика и меры воздействия линейных источников загрязнения (автодорог) на природные и искусственные экосистемы требуют проведения разносторонних исследований, в том числе и альгологических.
Материал и методы исследований
Изучение отклика биоты придорожных экосистем (в частности, почвенной альгофлоры) на автотранспортное загрязнение почв проводилось нами в окрестностях г. Майкопа Республики Адыгея на фоне различной интенсивности воздействия линейного фактора загрязнения (автомобильная трасса). Через территорию района исследования проходят автомобильные трассы федерального и республиканского значения: А-160, А-159, Р-256, Р-217. Наибольшей транспортной нагрузкой характеризуется трасса А-160, протяженностью
131 км: начинается в г. Майкопе, проходит через города Белореченск, Усть-Лабинск, пос. Октябрьский и заканчивается в г. Кореновске.
Выбранные экспериментальные участки (площади) различались по техническим категориям дорог, структуре и интенсивности проходящего по ним транспортного потока, удаленности от трассы. На экспериментальных площадях были произведены стандартные замеры и расчеты, позволяющие описать интегральное техногенное воздействие системы «автотранспорт - автодорога» на придорожные экосистемы. На каждой площади проводилось полное геоботаническое описание растительности, морфологическое описание почвенных разрезов с взятием образцов и последующими химическими анализами. Эти исследования позволили в дальнейшем сопоставить реакцию различных экосистем на действующую транспортную нагрузку.
Для изучения видового состава почвенных водорослей отбор образцов проводился в трехкратной повторности, на разном расстоянии от линейного источника загрязнения (автомобильная трасса А-160): 1, 3, 6, 15, 25 и 50 м. Образцы почвы весом 100 г отбирались стерильным ножом с глубины 0-5 см. Обработка почвенных образцов проводились общепринятыми в почвенной альгологии методами [4].
Оценка влияния линейного источника загрязнения на почвенную альгофлору и альго-синузии проводилась на основе изучения взаимосвязей показателей, характеризующих негативное влияние выбросов автотранспорта, и показателей биоразнообразия. В качестве первых показателей выступали концентрации тяжелых металлов (Со, N1, Си, 2п, РЬ) и рН почвы. Биоразнообразие характеризовалось численностью и общим видовым составом почвенных водорослей.
Результаты исследований и их обсуждение
Тяжелые металлы поступают в придорожное пространство как в результате работы собственно транспортных средств, так и при истирании дорожного полотна. В результате истирания автопокрышек в почву вблизи автомобильной дороги поступают алюминий, кобальт, медь, железо, марганец, свинец, никель, фосфор, титан, цинк и другие элементы. Подшипники, вкладыши, тормозные масла - источники поступления в окружающую среду меди и цинка; сгорание этилированного топлива - основной источник свинца. Кадмий поступает в природную среду в результате износа шин и истирания асфальтобетона [5].
Основная масса металлов автотранспортного происхождения очень быстро попадает на поверхность почвы. Часть из них включается в процессы почвообразования, часть поглощается растениями, часть выносится поверхностными и грунтовыми водами.
Наиболее опасными загрязнителями природной среды среди тяжелых металлов традиционно считаются свинец и кадмий. Установлено, что 75% свинца, содержащегося в топливе, выделяется в воздух в составе аэрозолей в сочетании с ионами хлора и брома и рассеивается. Аэрозоль свинецсодержащих частиц состоит из нескольких фракций с различной величиной частиц. Наиболее крупные (тяжелые) частицы первой фракции оседают в непосредственной близости от дорожного полотна (на расстоянии до 5-7 м); соединения свинца более мелкой (второй) фракции отличаются большей растворимостью и поэтому большей токсичностью, зона действия свинца этой фракции считается активной и составляет 30-100 м от края дорожного полотна. Более 65% выброшенного в воздух автотранспортными средствами свинца приходится на зону 7-8 м. Частицы кадмия оседают в основной массе в непосредственной близости от края автомобильной дороги [5].
Исследование образцов почв, отобранных на разном удалении от автомобильной дороги с разной интенсивностью воздействия автотранспортного загрязнения, показало, что существует тенденция к повышению содержания свинца с ростом транспортной нагрузки. Это особенно характерно для экспериментальной площади вблизи автотрассы А-160, отличающейся повышенным антропогенным воздействием (рис. 1). В непосредственной близости от автомобильной трассы содержание свинца в почве превысило значение ПДК в 1,7 раз. По мере удаления от края дорожного полотна содержание свинца в почве снижается в 2,5 раза.
Рис. 1. Динамика колебания содержания свинца в почвенных образцах в зависимости от удаленности от линейного источника загрязнения (автотрасса А-160)
На фоновом участке, на удалении 150 м от дороги, содержание свинца в почвенных образцах незначительно и не превышает ПДК.
Техногенное загрязнение почвы свинцом прослеживается до глубины 10-15 см, редко -до 20 см; этот металл удерживается слоем гумуса и слабо мигрирует в почве. Установлено, что продолжительность пребывания загрязняющих веществ в почвах гораздо больше, чем в атмо- или гидросфере. Поэтому загрязнение почв, и прежде всего, тяжелыми металлами, практически необратимо.
Анализ почвенных образцов на содержание кадмия показал невысокую концентрацию данного металла в почвах (данные химического анализа образцов почвы не показали превышения ПДК). Вероятно, это связано с незначительным истиранием асфальтобетона в изучаемом районе.
Также нами был проведен анализ кислотности почв на исследуемых площадках. В результате было установлено, что на удалении от автомобильной дороги - среда нейтральная (рН=6,94), у автотрассы - среда слабощелочная (рН=7,37) (рис. 2). Данное исследование подтверждает тот факт, что под влиянием антропогенного пресса происходит изменение кислотности почвенного покрова, что сказывается на видовом составе почвенных водорослей.
Некоторые виды почвенных водорослей при высоких дозах содержания загрязняющих веществ активно размножаются, другие - поддерживают жизнеспособность, следующие -выпадают из сообществ.
Под действием антропогенных факторов изменяются различные характеристики почвенных водорослей: численность, обилие, видовой состав, соотношение живых и мертвых клеток. Исследования образцов почв, отобранных на разном удалении от автотрассы, показали, что существует тенденция к увеличению видового разнообразия почвенных водорослей и их альгосинузий с удалением от линейного источника загрязнения.
По мере приближения к автомобильной трассе степень загрязненности почв возрастает, что выражается в изменениях показателей состояния альгофлоры. Наиболее чувствительными к антропогенному загрязнению оказались желто-зеленые водоросли, которые были обнаружены на фоновом участке. На отдельные виды зеленых водорослей загрязненные вещества также оказывают ингибирующее воздействие. В непосредственной близости от дорожного полотна в почвенных образцах наблюдается уменьшение численности некоторых видов циа-нобактерий. Уменьшается число видов и особей массовых видов (Oscillatoria amphibia, Phormidium foveolarum, Chlorella vulgaris, Stigeoclonium tenue и др.).
При приближении к линейному источнику загрязнения видовой состав почвенных водорослей снижается в 3,5 раза (рис. 3).
Полученные данные свидетельствуют о негативном влиянии линейных источников загрязнения на общее количество видов почвенных водорослей и формирование альгосинузий. Индикатором антропогенного загрязнения является выпадение из качественного состава аль-гофлоры представителей отдела желто-зеленые (Xanthophyta) и коккоидных форм из отдела зеленые (Chlorophyta). Наиболее устойчивыми к загрязнению оказались нитчатые формы сине-зеленых водорослей (Cyanophyta) и зеленых водорослей. Устойчивость сине-зеленых водорослей объясняется наличием у обнаруженных видов мощных слизистых чехлов, которые могут служить субстратом для развития различных видов бактерий.
Рис. 3. Изменение количества видов почвенных водорослей при разной удаленности
от линейного источника загрязнения
В результате исследований нами были выявлены основные почвенные альгосинузии. Наибольшее участие в сложении синузий принимают 10 видов - доминантов: из них сине-зеленых - шесть видов (Microcystis pulverea, Microcystis muscicola, Anabaena variabilis, Oscillatoria chlorine, Oscillatoria amphibia, Phormidium foveolarum), зеленых водорослей - три вида (Chlorella vulgaris, Chlamydomonas debaryana, Chlorococcum infusionum), диатомовых -один вид (Pinnularia leptosoma). Эти виды водорослей образуют доминирующие альгосинузии на изучаемой территории. В результате воздействия линейных источников загрязнения
из состава альгосинузий выпадают чувствительные к загрязнению виды. Нами выявлены 2-х и 3-х видовые почвенные альгосинузии - индикаторы антропогенного загрязнения: Oscillatoria chlorina + Stigeoclonium tenue; Microcystis pulverea + Oscillatoria amphibia + Phormidium foveolarum; Oscillatoria amphibia + Phormidium foveolarum + Phormidium ambiguum, Chlorella vulgaris + Oscillatoria chlorina + Pinnularia leptosoma; Chlorella vulgaris + Oscillatoria chlorina + Chlamydomonas debaryana.
При интенсивном антропогенном воздействии наблюдается обеднение видового состава альгосинузий, часто встречаются трехчленные альгосинузии, а на двух экспериментальных точках в непосредственной близости от автотрассы появляются двухчленные, что является следствием интенсивного загрязнения. Таким образом, изменение видового состава почвенной альгофлоры исследуемой территории является результатом воздействия на нее всей совокупности действующих антропогенных факторов.
Приведенные материалы исследований показывают, что развитие сообществ эдафона соответствует основным закономерностям, установленным для естественных экосистем, которые подвергаются воздействию различных антропогенных факторов, в том числе и линейных источников загрязнения, что определяет формирование почвенной альгофлоры того или иного района. Следовательно, развитие биологических процессов в почвах, в том числе формирование и развитие альгофлоры, определяется интенсивностью антропогенного воздействия, что может быть использовано в целях экологического мониторинга различных почвенных экосистем.
Примечания:
1. Криворотов С.Б., Букарева О.В. Почвенные водоросли как биоиндикаторы загрязнения почв охраняемых территорий Северо-Западного Кавказа тяжелыми металлами // Успехи современного естествознания. 2005. № 11. С. 12-16.
2. Штина Э.А. Почвенные водоросли как экологические индикаторы // Бот. журнал. 1990. Т. 75, № 4. С. 441-453.
3. Букарева О.В., Криворотов С.Б. Изменение видового и численного состава почвенных водорослей охраняемых территорий Северо-Западного Кавказа под воздействием линейных источников загрязнения // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий: материалы XVIII меж-респ. науч.-практ. конф. Краснодар, 2005. С. 14-17.
4. Штина Э.А., Голлербах М.М. Экология почвенных водорослей. М.: Наука, 1976. 144 с.
5. Автомобильные дороги в экологических системах (проблемы взаимодействия) / Д.Н. Кавтарадзе, Л.Ф. Николаева, Е.Б. Поршнева, Н.Б. Флорова. М.: ЧеРо, 1999. 250 с.
References:
1. Krivorotov S.B., Bukareva O.A. Soil algae as a biological indicators of soil pollution of protected areas of the North-West Caucasus with heavy metals // Successes of Modern Natural Science. 2005. No. 11. P. 12-16.
2. Shtina E.A. Soil algae as ecological indicators // Bot. Journal. 1990. Vol. 75, No. 4. P. 441-453.
3. Bukareva O.V., Krivorotov S.B. Changes of species and number of soil algae of protected areas of the North-West Caucasus under the influence of linear sources of pollution // Actual problems of ecology and environment protection of ecosystems of the southern regions of Russia and adjacent territories: proceedings of the 18th inter-rep. scientific and practical conf. Krasnodar, 2005, P. 14-17.
4. Shtina E.A., Hollerbach M.M. Ecology of soil algae. M.: Nauka, 1976. 144 pp.
5. Automobile roads in environmental systems (problems of interaction) / D.N. Kavtaradze, L.F. Nikolaeva, E.B. Porshneva, N.B. Florova. M.: CheRo, 1999. 250 pp.
