CC BY
81
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.
