]
i^yfcw о 2емле
УДК 631.46:631.421 (470.22)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ ГОРОДА ПЕТРОЗАВОДСКА
М. В. Медведева, к. б. н., доцент, старший научный сотрудник, mariamed@mail.ru,
С. Г. Новиков, к. б. н., младший научный сотрудник, novikov@mail.ru, Н. Г. Федорец, д. с.-х. наук, профессор, зав. лабораторией, fedorets@mail.ru Института леса Карельского научного центра Российской академии наук
В ходе проведенных исследований изучены почвы г. Петрозаводска на землях промышленной зоны. Дана эколого-микро-биологическая оценка состояния почв города Петрозаводска. Выявлено, что в условиях антропогенного воздействия происходит изменение химических свойств почв. Отмечали увеличение содержания тяжелых металлов и изменение кислотно-щелочных свойств почв. Построена картосхема по коэффициенту концентрации свинца в почвах г. Петрозаводска, на которой показана пространственная неоднородность накопления свинца в почвах города, выявлены точки очень высокого содержания металла.
В исследуемых почвах наблюдали изменение структуры и состава микробного сообщества. Снижение численности микроорганизмов различных эколого-трофических групп выявили на загрязненных участках. Полученные данные можно использовать при проведении урбоэкологического мониторинга почв Карелии, позволяют расширить санитарно-гигиенические показатели качества почв для данных природно-климатических условий.
The study investigated the soils of industrial lands in Petrozavodsk. An ecological-microbiological assessment of soils in the city of Petrozavodsk was made. It was found that chemical properties of the soils have changed under human impact. A rise in heavy metal content and a change in acid-base properties of the soils were detected. A schematic map of a concentration factor of lead in Petrozavodsk soils was compiled, showing the spatial heterogeneity of lead accumulation in the soils and highlighting the sites with very high concentrations of the metal. The structure and composition of the microbial community in the soils have been changed. The reduction of the number of microorganisms in contaminated soils was observed. The results can be used for ecological monitoring of urban soils in Karelia, and can widen the range of health and safety indicators of soil quality for the given natural and climatic conditions.
Ключевые слова: Петрозаводск, городские почвы, промышленные зоны, эколого-микробиологическая оценка, коэффициент концентрации тяжелых металлов в почве, микробоце-ноз почв.
Keywords: Petrozavodsk, urban soils, industrial zones, ecological-microbiological assessment, coefficient of heavy metal concentration in soil, soil microbial community.
Введение. Вследствие уплотнения почв, изменения их воздухопроницаемости, а также перемешивания горизонтов и накопления аэропол-лютантов возможно снижение/увеличение биоразнообразия микробов, нарушение их основной функции в почве — поддержание гомеостаза, синтез собственно органического вещества. При этом, чем больше участников в микробоценозе, тем более гетерогенным будет ферментативный комплекс, и, следовательно, возможно формирование более сложных, «развернутых» катаболи-ческих/анаболических цепей превращения субстрата в почве. Последнее будет определять синтез гумуса, плодородие почв [1].
Целью настоящего исследования было дать характеристику почв как среды обитания микроорганизмов, определить структуру микробоценоза почв города Петрозаводска и выявить биоиндикаторы их состояния. Полученные данные могут быть использованы при урбоэкологическом мониторинге почв, позволяют расширить санитарно-гигиенические показатели качества почв для данных природно-климатических условий [2].
Объекты и методы исследования. Исследования проводились в среднетаежной подзоне Карелии, в промышленной зоне города Петрозаводска. Изучали влияние аэрополлютантов трех промышленных предприятий: «Онежский тракторный завод» («ОТЗ»), «Петрозаводскмаш», «Авангард». Онежский тракторный завод функционировал с 1703 по 2008 год и являлся одним из основных загрязнителей территории города. Наиболее крупными промышленными предприятиями на
территории города в настоящее время являются заводы «Авангард» и «Петрозаводскмаш», построенные в прошлом столетии. Интенсивность и характер деятельности предприятий менялись неоднократно, однако аэрополлютан-ты промышленных выбросов накапливались в почве, создавая специфические условия для развития микробиоты.
Отбор проб для определения химических и микробиологических свойств почв осуществлялся с глубины 0—10 см методом «конверта» с площадок 10 х 10 м [3, 4]. Для определения микробиологических свойств почв использовали основные санитарно-гигиенические показатели [4, 5]. Пересчет микроорганизмов производили на см2 почвы и выражали в КОЕ (колониеобразующих единицах)/см2 почвы.
Лабораторно-аналитические исследования включали определение кислотно-щелочных свойств (рНка) и содержание микроэлементов (РЬ) в отобранных образцах почв. Данные были получены с использованием оборудования ЦКП «Аналитическая лаборатория» Институт леса Карельского НЦ РАН.
Для оценки уровня загрязнения почв свинцом рассчитывали его коэффициент концентрации (Кк) по формуле: Ккг = Сг/Сгф, где Сг — фактическое содержание поллютанта, — фоновое содержание поллютанта. В качестве регионального фонового показателя использовали среднее содержание элемента в минеральных подподстилочных горизонтах почв Карелии [6].
Результаты и обсуждение. Как показали результаты исследования, реакция почв города Петрозаводска изменяется от сильнокислой до слабощелочной (табл. 1). Однако в целом коэффициент вариации рН солевой вытяжки, равный 21 %, говорит о достаточно однородной совокупности данных. Среднее значение рН соответствует близкой к нейтральной реакции почвы. В районах, удаленных от центральной части города и в пригородных лесах, наблюдается увеличение кислотности. Выявлено под-щелачивание почв вблизи промышленных зон
до 7,8 рН. Как известно, для ненарушенных почв Карелии является характерным высокая кислотность [6], которая может оказывать ин-гибирующее влияние на микробиально-био-химические процессы, происходящие в почве. Подщелачивание, напротив, способно активизировать работу биодеструктивного блока почв, создавать благоприятные условия для их развития.
Согласно литературным данным сравнение металлов по величине зоны гомеостаза микроорганизмов позволило расположить их в следующем порядке: ^ > Сё > N1 > Си > РЬ [7]. Так как на территории города нет антропогенных источников поступления первых четырех элементов в экосистему, проводили оценку содержания свинца. Анализируя характер накопления свинца в почвах города отмечали, что относительно ПДК (32 мг/кг) наиболее загрязнены свинцом почвы на землях городской застройки и общего пользования [8]. Коэффициент концентрации (Кк) свинца в почвах города варьирует от 0,16 до 28,5, максимальный показатель определен в районе с развитым промышленным сектором вблизи автогаражей (рис. 1). Основной массив значений показателя Кк изменяется в пределах до 13,1. Согласно картосхеме, представленной на рис. 1, на всей территории города содержание свинца в почвах превышает региональный фон (Кк > 1), исключение составляют пригородные леса и наиболее молодые районы, удаленные от центральной части города. На территории заводов «Петрозаводскмаш» и «Авангард» коэффициент концентрации свинца более высокий, однако не превышает 5. Вблизи территории «ОТЗ» концентрация свинца в почве превышает фоновое значение в 13 раз. Вероятно, это связано с интенсивной деятельностью завода в прошлом: в конце XVIII века здесь располагался Александровский пушечно-литейный завод, который использовал изучаемый участок под свалку шлаков [9]. Здесь можно отметить, что антропогенный пресс проявляется «отголоском прошлого» в настоящем, почва — это «память» нашей экологической безграмотности.
Результаты микробиологических анализов показали, что в микробном сообществе почв промышленной зоны города численность бактерий, использующих минеральные и органические соединения азота, достаточно высокая, что свидетельствует о глубине минерали-зационных процессов, происходящих в почве (табл. 2). Присутствие в составе аммонифика-торов высокой численности спорообразующих форм бактерий может быть связано с их устой-
Таблица 1
Кислотно-щелочные свойства (рН КС1) почв г. Петрозаводска
Минимум Максимум Среднее Станд. откл. Станд. ошибка среднего Коэф. вариации
3,2 7,9 6,1 1,3 0,1 21,2
чивостью к загрязняющим веществам и способностью к их детоксикации.
Численность актиномицетов в изучаемых почвах высокая. Несмотря на то что они являются важнейшим звеном трофической цепи, так как способны осуществлять глубокую минерализацию органического вещества, они также способны синтезировать субстраты, оказывающие негативное влияние, как на членов
микробного сообщества, так и на растения, человека. В этой связи при анализе природной среды необходимо проводить оценку их численности, включать в один из объектов микробиологического мониторинга почв урбанизированных территорий.
Численность микроскопических грибов в почвах промышленной зоны города ниже по сравнению с численностью прокариот. Вместе
Кс (Pb)
> 5
2-5
1 2 < 1
.....
г I г II 2III
0 1,5 3 Km
1 I 1 I I
Рис. 1. Структура и функциональная активность микробного сообщества (I — актиномицеты, % от общей численности амилолитиков; II — сапротрофные спорообразующие бактерии, % от общей численности бактерий; III — % разложения целлюлозного полотна) почв промышленных зон города: 1 — «ТяжБумМаш», 2 — «ОТЗ», 3 — «Авангард»
с тем, являясь одним из важнейших полифункциональных компонентов почвенной биоты, они участвуют в поддержании гомеостаза всей урбоэкосистемы. При этом действие антропогенной нагрузки (изменение кислотно-щелочных и физических свойств почв, содержания макро- и микроэлементов) проявляется в селекции и адаптации к ней микобиоты, в нарушении биохимических процессов, в которых она участвует. В почвах, сформировавшихся в условиях урбанизации, развитие получают патогенные для фит
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.