Оценка экологического состояния почв полуострова Муравьева-Амурского (стр. 4 )

Таксономические группы: 1 – бациллы; 2 – артробактер; 3 – пигментные коринеподобные бактерии; 4 – спириллы; 5 – миксобактерии; 6 – группа цитофага-флавобактерии; 7 – другие грамотрицательные бактерии.

Изученные нами буроземы, судя по высокой общей численности бактерий, их равномерному распределению по профилю, достаточно высокому разнообразию, включающему бактерии разных эколого-трофических групп, относятся к почвам с благоприятными условиями для развития в них бактерий.

В абраземах численность бактерий изменялась в пределах КОЕ/1 г почвы (на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде), а в ТПО достигала 109 КОЕ/1 г почвы. Проведенный факторный анализ выявил достоверное превышение численности бактерий в абраземах и ТПО по сравнению с буроземами (критерий Фишера F=129,80 при уровне значимости p<0,001). Это увеличение численности связано с подщелачиванием среды в нарушенных экосистемах, что благоприятно сказывается на развитии олиготрофных форм бактерий (Ковалева и др., 2007).

В абраземах в бактериальном комплексе доминируют бактерии рода Arthrobacter, доля которого в весенний сезон составила более 60 % (р. 6). Процентное содержание миксобактерий и спирилл примерно такое же, как и в буроземах. Отмечается увеличение обилия пигментных коринеподобных бактерий, представленных родами: Cellulomonas, Curtobacterium, Clavibacter, Rhodococcus, Micrococcus. В горизонте BM их содержание превышало (весной) 20 %, т. е. они переходили из группы минорных компонентов в разряд субдоминантов. Аналогичные изменения в таксономической структуре бактериального сообщества наблюдали и в абраземе структурно-метаморфическом (р. 5). В ТПО доля артробактера составила почти 90 % (рис. 4).

Рис. 4. Таксономическая структура бактериальных сообществ в ТПО (разрез 8)

Таксономические группы: 1 - бациллы, 2 - артробактер; 3 - пигментные коринеподобные бактерии; 4 - спириллы, 5 - миксобактерии, 6 - группа цитофага-флавобактерии, 7 - другие грамотрицательные бактерии. I - верхний горизонт; II - нижележащий горизонт.

В абраземах и техногенных поверхностных образованиях формируется монодоминантная структура бактериального сообщества, являющаяся результатом несбалансированного развития микробных популяций в сообществе и происходит уменьшение бактериального разнообразия, что характерно для почв, имеющих различные антропогенные нарушения. Помимо этого в ТПО происходит повышение обилия пигментных коринеподобных бактерий (Cellulomonas, Curtobacterium, Clavibacter, Rhodococcus, Micrococcus), предпочитающих нейтральную реакцию среды. Этот факт отмечается исследователями, изучавшими естественные и загрязненные ксенобиотиками почвы (Скворцова, 1997; Лысак и др., 1998).

Влияние антропогенной нагрузки на бактериальные сообщества абраземов проявляется пока лишь в увеличении доли коринеподобных бактерий, устойчивых к различным стрессам. ТПО отличаются от буроземов и абраземов более высокой численностью бактерий, их неравномерным распределением по профилю, монодоминантной структурой. По этим показателям они близки к почвам, загрязненным промышленными отходами.

4.4 Ферментативная активность

Наряду с исследованием структуры микробных сообществ изучена ферментативная активность почв: способность микроорганизмов разрушать целлюлозу и желатину в естественных условиях.

Большинство авторов, изучающих ферментативную активность, отмечают снижение целлюлазной активности в городских почвах по сравнению с природными (Наквасина и др., 2002), но имеются указания на увеличение ферментативной активности при загрязнении почв веществами антропогенного происхождения (Загуральская, 1992).

Интенсивность разложения клетчатки в буроземах типичных маломощных – очень слабая (<10 % убыли веса), а в буроземах типичных мощных, среднемощных и оподзоленных ‑ слабая (10 – 30 %). По разложению желатинового слоя судили об интенсивности протеазной активности. В буроземах типичных общая протеазная активность невысокая (5,7 – 10,5 %).

В абраземах структурно-метаморфических интенсивность разложения целлюлозы достигала 50 – 80 % (убыли веса), в ТПО она также значительно выше, чем в буроземах. Исследования показали, что в нарушенных почвах интенсивность разложения желатины достигала 25,6 %, в то время, как в естественных почвах общая протеазная активность была не высокой (рис. 5). Выявленное увеличение ферментативной активности в абраземах свидетельствует о начальных стадиях антропогенных нарушений и о высокой способности этих почв к самовосстановлению.

Рис. 5. Ферментативная активность (%)

Бурозем мм – бурозем маломощный; Бурозем см – бурозем среднемощный; Бурозем м – бурозем мощный; Бурозем оп – бурозем оподзоленный; ТПО – техногенное поверхностное образование.

Таким образом, естественные почвы характеризуются высокой общей численностью микроорганизмов, равномерным распределением всех эколого-трофических групп, высоким разнообразием бактерий и микромицетов и невысокой ферментативной активностью. Буроземы полуострова Муравьева-Амурского можно охарактеризовать как стабильные системы, которым свойственно значительное разнообразие почвенных микроорганизмов. В абраземах и ТПО полуострова Муравьева-Амурского выявлено несбалансированное развитие микробных популяций в сообществе почвенных микроорганизмов. Для них характерны очень высокая численность микроорганизмов, увеличение доли микромицетов с темноокрашенным мицелием, перестройка бактериального комплекса в сторону преобладания олиготрофных форм, а также резкое возрастание ферментативной активности.

Глава V Экологическая оценка почв и ТПО полуострова Муравьева-Амурского

Согласно Федеральному закону Российской Федерации «Об охране окружающей среды» (с изменениями на 27 декабря 2009 года) и «Критериям оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» (методике) от 01.01.01 г. выбор критериев экологической оценки состояния почв определяется спецификой их местоположения, генезисом, буферностью, разнообразием использования. В настоящее время имеется возможность использования микробиологических показателей для оценки экологического состояния почв.

Поэтому в наших исследованиях оценка состояния почв полуострова Муравьева-Амурского осуществлялась по:

‑ изменению физико-химических свойств;

‑ разнообразию почвенных микроорганизмов и трансформации их структурно-функциональной организации;

‑ изменению ферментативной активности.

Все почвы полуострова Муравьева-Амурского несомненно подвержены антропогенному воздействию, но влияние человека не везде одинаково.

Антропогенное воздействие на буроземы выражается в эмиссии выхлопных газов. В воздухе увеличивается концентрация токсичных веществ, которые с воздушными массами переносятся в центральные районы полуострова, часть из которых оседает на поверхности почвы и включается в различные почвенные процессы. Буроземы занимают центральную часть полуострова, их площадь составляет примерно 46% всей территории.

Изученные буроземы имеют общие черты, как по физико-химическим, так и по биологическим свойствам. Эти почвы имеют слабокислую реакцию, которая снижается вниз по профилю. Содержание гумуса в гумусоаккумулятивных горизонтах достигает высоких значений, а с глубиной постепенно уменьшается. В гумусовом горизонте резко выражена аккумуляция поглощенных оснований, а ППК этих почв ненасыщен основаниями. Для буроземов характерно равномерное распределение численности всех эколого-трофических групп микроорганизмов и незначительные изменения их количества. Эти почвы характеризуются глубоким биологическим профилем, что также свойственно естественным почвам юга Дальнего Востока (Щапова, 1994). Буроземы полуострова Муравьева-Амурского по своим водно-физическим, физико-химическим и биологическим свойствам очень сходны с естественными почвами юга Дальнего Востока. Антропогенное воздействие на эти почвы полуострова незначительно.

Антропогенное воздействие на почвы, залегающие в южной и западной частях полуострова, выражается в эмиссии выхлопных газов, перемешивании почвенных горизонтов, вытаптывании верхних органогенных горизонтов, замусоривании строительными и бытовыми отходами и другими воздействиями. Абраземы занимают примерно 31% всей территории полуострова Муравьева-Амурского. Абраземы между собой также имеют сходства, которые в корне отличаются от буроземов. Это морфологические отличия – перемешанность почвенных горизонтов и наличие включений антропогенного происхождения. В них наблюдается изменение кислотности почв от слабокислой до слабощелочной. Значительно увеличивается численность микроорганизмов всех эколого-трофических групп, увеличивается содержание микромицетов с темноцветным мицелием, происходит перестройка бактериального комплекса в сторону преобладания олиготрофных форм, а также возрастание ферментативной активности почв. Все это свидетельствует о начальных стадиях антропогенных нарушений.

Таблица 7

Показатели для оценки экологического состояния почв и ТПО

почвы	буроземы	абраземы	ТПО
Площадь	(46%)	(31%)	(23%)
Морфологи-ческие отличия	Естественное сложение почвенных горизонтов	Перемешанность почвенных горизонтов, наличие включений антропогенного происхождения	Сложены туфом
Кислотность	Слабокислая, в нижней части профиля кислотность увеличивается.	От слабокислой до слабощелочной, кислотность увеличивается вниз по профилю	Слабощелочная
Содержание гумуса	Содержание гумуса от 8 до 18 %	Содержание гумуса от 2 до 18 %	Сорг от 0,26 до 4,75%
Численность эколого-трофических групп микро-организмов	Равномерное рас-пределение численности с незначительным изме-нением по горизонтам.	Неравномерное распределение по профилю, более высокая общая численность по сравнению буроземами	Увеличение численности в 2-8 раз по сравнению с буроземами
Разнообразие микромицетов	Представлено 29 родами. Доминирующие роды – Penicillium, Trichoderma, Aspergillus.	Представлено 19 родами. Доминирующие роды - Penicillium, Trichoderma, Mucor.	Представлено 20 родами. Домини-рующие роды - Penicillium, Trichoderma
Разнообразие бактерий	Доминируют бактерии гидролитического ряда – миксобактерии и бациллы. Субдоминанты – цитофаги и артробактер.	Доминируют бактерии рода Arthrobacter. Субдоминанты – бактерии гидролитического ряда – миксобактерии и бациллы.	Доминируют бактерии рода Arthrobacter. Формируется монодоминантная структура.
Ферментатив-ная активность	Целлюлазная активность слабая, (10 до 30%). Протеазная активность низкая, (5,7 до 10,5%).	Целлюлазная активность высокая, (до 65%). Протеазная активность высокая, (до 25,6%).	Целлюлазная активность высокая, (37,8 до 59,1%). Протеазная активность средняя, (10,6 до 18,2%).

Техногенные поверхностные образования (ТПО) – на полуострове Муравьева-Амурского расположены вдоль автодорожных и железнодорожных полотен отсыпанных шлаком и гравием. Площадь ТПО составляет около 24% от всей территории полуострова.

Кислотность техногенных поверхностных образований имеет слабощелочную реакцию, количество органического вещества имеет более низкие значения, чем в буроземах и абраземах. Гидролитическая кислотность составляет десятые доли процента, а насыщенность основаниями составляет 94-96%. В техногенных поверхностных образованиях выявлено несбалансированное развитие микробных популяций, численность микроорганизмов значительно выше, чем в буроземах и абраземах, доминируют олиготрофные формы бактерии. Увеличивается доля микромицетов с темноцветным стерильным мицелием. В бактериальном комплексе доминирует артробактер, а также пигментные коринеподобные бактерии. Ферментативная активность ниже, чем в абраземах. Все это свидетельствует о значительных антропогенных нарушениях.

Таблица 8

Экологическая оценка почв и ТПО

Показатель	Буроземы	Абраземы	ТПО
Морфология	I	II	III
Кислотность	I	II	III
Гумус, органическое вещество	I	II	III
Степень насыщенности основаниями	I	II	III
Численность эколого-трофических групп микроорганизмов	I	II	III
Разнообразие почвенных микромицетов (на уровне родов)	I	II	II
Разнообразие бактерий (на уровне родов)	I	II	III
Ферментативная активность (целлюлазная)	I	III	II
Ферментативная активность (протеазная)	I	III	II

I – высокая экологическая устойчивость;

II - средняя экологическая устойчивость;

III - низкая экологическая устойчивость.

На основании выявленных признаков почв и ТПО разработана система показателей для экологической оценки данных объектов на всю исследуемую территорию (табл. 7). Согласно которой исследуемые почвы и техногенные поверхностные образования имеют различную степень экологической устойчивости (табл. 8).

ВЫВОДЫ

1. Буроземы, сформированные под влиянием рельефа, климата и естественной растительности сохранились на территории 46% от всей площади полуострова Муравьева-Амурского. Абраземы, имеющие различные антропогенные нарушения занимают 31% территории полуострова, а техногенные поверхностные образования сформированы на 23% площади полуострова.

2. Антропогенное воздействие на почвы полуострова выражается в изменении морфологических особенностей почвенных горизонтов, которое оказывает влияние на физико-химические свойства почв и изменение микробиологических характеристик.

3. Буроземы полуострова по своим морфологическим и физико-химическим свойствам сходны с зональными почвами других местоположений. Они характеризуются равномерным распределением всех эколого-трофических групп микроорганизмов, высоким разнообразием бактерий и микромицетов и невысокой ферментативной активностью. Эти почвы можно охарактеризовать как стабильные системы, которым свойственно значительное разнообразие почвенных микроорганизмов.

4. В абраземах кислотность верхних почвенных горизонтов сдвигается в сторону подщелачивания, количество органического вещества резко снижается вниз по профилю, ППК насыщен основаниями. Выявлено несбалансированное развитие микробных популяций в сообществе почвенных микроорганизмов. Для них характерна высокая численность бактерий, перестройка бактериального комплекса в сторону преобладания олиготрофных форм, снижение количества почвенных грибов, увеличение доли микромицетов с темноокрашенным мицелием, а также возрастание ферментативной активности. Все это свидетельствует о начальных стадиях антропогенных нарушений.

5. В техногенных поверхностных образованиях рН среды имеет щелочную реакцию, содержание органического вещества имеет низкие значения, увеличивается степень насыщенности основаниями. Происходит резкое увеличение численности микроорганизмов, но при этом снижение общего микробиологического разнообразия – монодоминирование бактерий, устойчивых к стрессам, уменьшение количества почвенных грибов, что свидетельствует о значительных антропогенных нарушениях.

6. Для экологической оценки почв полуострова выявлены наиболее важные базовые показатели: содержание физико-химических свойств, численность эколого-трофических групп микроорганизмов, разнообразие бактериальных и микромицетных комплексов, ферментативная активность, а также изменение этих показателей при различной степени антропогенных нарушений.

7. Оценка экологического состояния почв полуострова Муравьева-Амурского показала, что буроземы имеют высокую экологическую устойчивость. Абраземы обладают средней устойчивостью, а техногенные поверхностные образования имеют низкую экологическую устойчивость.

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах:

1. , , Головченко бактериальных сообществ в естественных и антропогенно нарушенных бурых лесных почвах Ботанического сада (полуострова Муравьева-Амурского) // Почвоведение. – 2007. ‑ № 5. – С. 610-615.

2. , Структура микобиоты антропогенно нарушенных почв полуострова Муравьева-Амурского (Южное Приморье) // Иммунопатология, аллергология, инфектология. – 2010. ‑ № 1. – С.59-60.

3. , Структура сообществ микромицетов в естественных и антропогенно нарушенных бурых лесных почвах полуострова Муравьева-Амурского (Южное Приморье) // Микология и фитопатология. – 2011. – Т. 45.‑ вып. 2. – С. 125-133.

Статьи, опубликованные в других периодических изданиях:

4. , В. Дискомицеты лесопарковых зон г. Владивостока // Успехи медицинской микологии, том IX ‑ М. Национальная академия микологии, 2007. – C. 222-226.

5. Использование коэффициента микробиологической активности для оценки антропогенного влияния в бурых лесных почвах // Тр. ДВО ДОП РАН «Микробиологические особенности биогеохимии, генезиса, плодородия, мониторинга и санации почв Дальнего Востока России, ‑ Владивосток, 2005, Т. 3 ‑ – C. 41-43.

Работы, опубликованные в материалах всероссийских, международных конференций и съездах:

6. В. Микромицеты естественных и антропогенно нарушенных бурых лесных почв территории Ботанического сада-института ДВО РАН // Материалы международной конференции «Растения в муссонном климате», Владивосток: БСИ, 2003. ‑ C. 80-83.

7. , Добровольская комплексы бурых лесных почв полуострова Муравьева-Амурского // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов, Новосибирск: 2004. – С. 286.

8. , Назаркина антропогенной нагрузки на экологические свойства бурых лесных почв природно-городских экосистем // Материалы международной конференции «Лесные экосистемы северо-восточной Азии и их динамика». – Владивосток: Дальнаука, 2006. ‑ С. 115-118.

9. Изменение численности микроорганизмов в бурых лесных почвах территории Ботанического сада-института ДВО РАН при антропогенном воздействии // Материалы V Научной конференции «Растения в муссонном климате», Владивосток: БСИ, 2009 ‑ C. 197-201.

10. Экологическое состояние почв полуострова Муравьева-Амурского // I Международные Беккеровские чтения (научно-практическая конференция), Волгоград, 2010 – С. 157-162.