ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 12, с. 1499-1505
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.4;574;504
ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ АДЫГЕИ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ*
© 2009 г. С. И. Колесников1, 3. Р. Тлехас2, К. Ш. Казеев1, В. Ф. Вальков1
1 Биолого-почвенный факультет Южного федерального университета, 344006, Ростов-на-Дону,
ул. Большая Садовая, 105 2 Факультет аграрных технологий Майкопского государственного технологического университета, 385000, Республика Адыгея, Майкоп, Первомайская, 191 Поступила в редакцию 04.08.2008 г.
Загрязнение почв Адыгеи оксидами Сг, Си, N1, РЬ и нефтью в подавляющем большинстве случаев ведет к ухудшению их биологических свойств. По степени ухудшения биологических свойств почвы Адыгеи образуют следующую последовательность: бурые лесные почвы > горно-луговые (субальпийские) почвы > серые лесные почвы > дерново-карбонатные почвы = черноземы выщелоченные слитые. По силе негативного воздействия на биологические свойства почв Адыгеи оксиды тяжелых металлов образуют следующий ряд: Сг03 > СиО = РЬО > N10.
ВВЕДЕНИЕ
Республика Адыгея обладает уникальными природными ресурсами. Однако все возрастающее антропогенное воздействие негативным образом сказывается на их состоянии. Основными загрязняющими веществами природных и естественных экосистем на Северном Кавказе являются РЬ, Си, N1 и Сг [4, 17]. Особую актуальность работа приобретает в свете подготовки России к проведению зимних олимпийских игр в 2014 г. в Сочи. Развитие инфраструктуры в районе олимпийских игр, а в частности реализация проекта строительства дорог к Красной поляне через Республику Адыгея, неминуемо негативно отразится на состоянии почвенных ресурсов Адыгеи.
Почвенный покров Адыгеи очень разнообразен: от черноземов до альпийских почв. В силу разных эколого-генетических свойств этих почв (содержания гумуса, реакции среды, интенсивности биологических процессов и др.), они сильно различаются по устойчивости к химическому загрязнению [1, 11].
Цель настоящей работы - установить закономерности изменения биологических свойств почв Республики Адыгея при химическом загрязнении.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Почвы для модельных опытов отбирали в следующих районах Адыгеи: чернозем выщелоченный слитой в окрестности с. Белое; серую лесную в окрестности с. Даховская; бурую лесную в
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проекты < 07-04-00690-а и 07-04-10132-к) и Федерального агенства по науке и инновациям (гранты Президента РФ < МД-3944.2005.4 и МД-3155.2007.4).
окрестности п. Никель; дерново-карбонатную в окрестности плато Лаго-Наки; горно-луговую (субальпийская) на плато Лаго-Наки. Использовали образцы из слоя 0-25 см. Основные эколого-генетические и эколого-биологические показатели почв Адыгеи представлены в табл. 1.
В качестве загрязняющих веществ выбраны тяжелые металлы (ТМ) и нефть. Эти вещества значительно различаются по своим свойствам. Из ТМ исследовали Сг, Си, N1, РЬ, так как именно ими в значительной степени загрязнены почвы на юге России [4, 17]. Кроме того, выбранные ТМ интересны для сравнения, поскольку имеют схожую степень токсичности - их предельно допустимые концентрации (ПДК) составляют 100 мг/кг почвы. Использованы значения ПДК, разработанные в Германии [7]. Так как ПДК в почве общего (валового) содержания меди и никеля в России отсутствуют, а "российские" ПДК свинца зачастую не могут быть использованы, так как меньше содержания этого элемента во многих почвах. Также не разработаны ПДК в почве для нефти, поэтому для выражения количества нефти в почве использовали ее процентное содержание.
Изучали действие разных количеств загрязняющих веществ в почве: ТМ - 1, 10, 100 ПДК (100, 1000 и 10000 мг/кг соответственно), нефти - 1, 5, 10% от массы почвы. ТМ вносили в почву в форме оксидов: Сг03, СиО, №0, РЬО. Загрязнение почвы ТМ на 70-90% происходит в форме оксидов [2]. Почву инкубировали в вегетационных сосудах при комнатной температуре (20-22°С) и оптимальном увлажнении (60% от полевой влагоемко-сти) в трехкратной повторности. Состояние почв определяли через 30 сут после загрязнения. При
Таблица 1. Эколого-генетические и эколого-биологические характеристики почв Адыгеи
Почва Гумус, % рН Гранулометрический состав Активность каталазы, мл О2/г почвы за 1 мин Активность дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г почвы за 24 ч Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
Чернозем выщелоченный слитой 5.1 6.3 Легкоглинистый 8.2 13.6 94
Серая лесная 3.7 6.6 Тяжелосуглинистый 6.4 6.1 57
Бурая лесная 2.7 5.4 Среднесуглинистый 3.2 5.3 8
Дерново-карбонатная 8.8 7.6 Тяжелосуглинистый 3.5 9.9 79
Горно-луговая (субальпийская) 11.6 5.3 Среднесуглинистый 2.4 2.7 43
оценке химического воздействия на почву этот срок является наиболее информативным [11].
Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов [6, 14]. Определяли обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозоли-тическую активность, фитотоксические свойства почв и другие показатели. Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Целлюлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 30 дней. Активность каталазы измеряли по методике Галстяна, дегидрогеназы - по методике Гал-стяна в модификации Хазиева. О фитотоксично-сти почв судили по изменению показателей прорастания семян (всхожести, энергии прорастания, дружности прорастания, скорости прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длине корней, длине зеленых проростков, массе корней (воздушно-сухой), массе зеленых проростков (воздушно-сухой). В качестве тест-объекта использовали редис.
С целью выявления общих закономерностей воздействия того или иного негативного фактора, в частности загрязняющего вещества, на экологическое состояние почв использовали интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС), который определяется на основе наиболее информативных показателей биологической активности почвы [9]. В настоящем исследовании интегральный показатель рассчитан по следующим показателям: обилию бактерий рода Azotobacter, активности каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитической активности, длине корней (фитотоксичность). Бактерии рода Azoto-Ьа^ег традиционно используют как индикатор химического загрязнения почвы. Каталазная, де-гидрогеназная и целлюлозолитическая активности отражают интенсивность различных биологических процессов в почве. При этом активность ферментов служит показателем потенциальной биологической активности почвы, а скорость разложения
полотна характеризует актуальную активность. Ка-талаза и дегидрогеназа принадлежат к окислительно-восстановительным ферментам - наиболее чувствительным к химическому загрязнению. Длина корней редиса отражает фитотоксические свойства химически загрязненной почвы. Таким образом, представленный набор показателей дает объективную и информативную картину о протекающих в почве биологических процессах и о ее экологическом состоянии.
Для расчета ИПБС значение каждого из пяти указанных выше показателей на контроле (в незагрязненной почве) принимали за 100%, и по отношению к нему выражали в процентах значения в остальных вариантах опыта (в загрязненной почве). Затем определяли среднее значение пяти выбранных показателей для каждого варианта опыта. Полученное значение ИПБС выражали в процентах по отношению к контролю (100%). Использованная методика позволяет интегрировать относительные значения разных показателей, абсолютные значения которых не могут быть суммированы, так как имеют разные единицы измерения.
Биологические свойства почвы характеризуются высокой степенью варьирования. В исследовании были использованы дисперсионный анализ с последующим определением наименьшей существенной разности (НСР), корреляционный и регрессионный анализы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве примера в табл. 2 представлены результаты влияния химического загрязнения на биологические свойства чернозема выщелоченного слитого. В результате исследования было установлено, что загрязнение исследованных почв Адыгеи оксидами ТМ и нефтью приводит к ухудшению их состояния. В большинстве случаев наблюдается достоверное снижение всех исследованных биологических показателей. Степень уменьшения зависит от природы загрязняющего вещества, его содержания в почве и эколого-гене-
Таблица 2. Влияние химического загрязнения на биологические свойства чернозема выщелоченного слитого
Элемент (вещество)
Контроль Доза загрязняющего вещества
1 ПДК (1 %)* 10 ПДК (5 %) 100 ПДК (10 %)
НСР(
05
Сг Си N1 РЬ
Нефть НСР05
Сг Си N1 РЬ
Нефть НСР05
Сг Си N1 РЬ
Нефть НСР05
Сг Си N1 РЬ
Нефть НСР05
Сг Си N1 РЬ
Нефть НСР05
Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин
8.2 8.2 8.2 8.2 8.2
7.4 8.0 7.8 8.3 8.1 0.7
4.3 7.1 7.5
7.4 6.7 0.8
3.3 6.0 6.3 6.9 4.6 0.7
Активность дегидрогеназы, мг ТТФ на 10 г почвы за 24 ч
13.6 13.6 13.6 13.6 13.6
9.0 7.6 8.4 9.6
10.2
1.1
5.8 6.1 9.5 5.0 7.2 1.0
Целлюлозолитическая активность, % от контроля
100 100 100 100 100
60 68
64
65 67
35 46 57 39 39 6
2.3 4.7
5.5 4.3
4.6 0.8
17 36 31 30 10 3
Обилие бактерий рода Azotobacter, % комочков обрастания
94 94 94 94 94
71
85
86 81 93 10
41
63
64 61 90 10
11
50 52 43 75 9
Длина корней редиса (фитотоксичность), % от контроля
100 100 100 100 100
62 86 91 84 90 11
16 73 61 73 72 10
4
58 42 53
59 9
0.5 0.7 0.7 0.7 0.6
1.0 1.1 1.2 1.1 1.2
10 10 10 9 12
12 14 13
13
14
Интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС), % от контроля
Сг 100 71 38 18
Си 100 79 63 51
N1 100 81 69 49
РЬ 100 81 61 49
Нефть 100 84 71 46
* ПДК - для ТМ; % - для нефти.
тических особенностей почвы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее значительное негативное воздействие оказывает оксид хрома. Оксиды свинца, меди и никеля проявили меньшее по силе воздействие. Что касается зависимости свойств почвы от содержания в ней загрязняющих веществ, то в большинстве случаев
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.