Микологическая индикация почв норильского промышленного района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микологическая индикация почв норильского промышленного района

Зачиняева Анна Владимировна,

доктор наук, профессор, профессор

Большинство северных городов России в результате сложившегося приро-допользования отличаются высокими техногенными нагрузками на природную среду. Высокая доля перерабатывающих отраслей в этих индустриальных цент-рах - основной источник современных экологических проблем Севера.

Большинство северных городов России в результате сложившегося приро-допользования отличаются высокими техногенными нагрузками на природную среду. Высокая доля перерабатывающих отраслей в этих индустриальных цент-рах - основной источник современных экологических проблем Севера.

Норильский промышленный район (НПР) включает в себя города: Но-рильск, Талнах, Кайеркан и Оганер. В Норильске расположены крупные метал-лургические предприятия России по производству никеля, меди, кобальта, метал-лов платиновой группы - структурные подразделения Заполярного филиала ОАО «Горно - металлургическая компания Норильский никель». Основная часть выб-росов (90%) приходится на предприятия металлургического цикла: медный завод, никелевый завод, Надеждинский металлургический комбинат, агломерационную фабрику [1]. Ежегодно заводы Норильска выбрасывают 2 млн. т оксида серы (IV) (примерно шестая часть выбросов этого вещества всеми странами ЕЭС вместе), 1,06 тыс.т твердых веществ. Как правило, это тяжелые металлы, поскольку 100% извлечения полезных компонентов из руд при существующих технологиях невозможна [2].

В результате местных выбросов формируются кислотные дожди, что отра-жается на уменьшении величины рН водоемов Норило-Пясинской водной сис-темы и почвенного покрова ( до 4,6-4,8). Это приводит к формированию своеоб-разных антропогенных почв, лишенных верхних естественных горизонтов и в значительной мере эродированных [3].

Цель работы: выявление структурно - функциональных особенностей сооб-ществ микромицетов почв в чистых и техногенно преобразованных биотопах для оценки техногенных воздействий.

Объекты исследования: почвогрунт на территории Медного завода (300 м от сернокислотного цеха), который представляет бесструктурную, пылевую массу; зона радиусом 30 км от источника выбросов (гидропорт Валек); фоновая зона (контроль) - берег озера Лама (более 100 км от источника промвыбросов). Образцы почв брали по градиенту загрязнения с учетом розы ветров. Почвенные пробы отбирали в августе 1993 и 1998-2002 г.г. из верхнего горизонта (0 - 10 см) в трехкратной повторности.

Валовое содержание тяжелых металлов в почве определяли после разложе-ния навески почвы плавиковой кислотой. Подвижные формы тяжелых металлов определяли в вытяжке 1н. соляной кислоты. Анализ образцов проводили методом атомно - эмиссионной и атомно - абсорбционной спектрометрии с электротер-мической атомизацией на спектрофотометре 5700 РС ZEEVAV фирмы Perkin Elmer (CША). Ошибка количественных определений не превышала 10 %.

Численность и видовой состав почвенных микромицетов определяли на среде Чапека, подкисленной молочной кислотой [4]. Для характеристики структуры комплексов микромицетов, выявления доминирующих, частых, редких и случай-ных видов использовали показатели частоты встречаемости видов [5,6]. В допол-нение к чашечному применяли метод инициированного микробного сообщества (ИМС) [7], используя в качестве источника углерода для микромицетов крахмал, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) и фильтровальную бумагу (ФБ).

Норильский промышленный район по уровню загрязнения почв тяжелыми металлами характеризуется как чрезвычайно опасный. Так, по валовому содержа-нию никеля, хрома, меди, кадмия имеет место превышение ПДК в 700, 400, 200 и 100 раз, соответственно. Особую опасность представляют высокие концентрации подвижных форм этих металлов, посколько они легко усваиваются корневой сис-темой растений, аккумулируются в них и далее по трофическим связям попадают в организмы животных и человека. За пределами города концентрации подвижных соединений тяжелых металлов снижаются и на удалении 50 км от промышленной зоны достигают фоновых значений. Результаты анализа содержания тяжелых металлов в почвах НПР представлены в таблице 1.

Таблица 1 Концентрация тяжелых металлов в почвах, мг/кг

Определение структуры комплексов микромицетов на основе показателя час-тоты встречаемости видов позволило выявить доминирующие, частые, редкие и случайные виды почв НПР. Видовой состав микромицетов, выделенных из поч-венных образцов, отобранных в эпицентре загрязнения, полностью отличается от видового состава фоновых почв. Отмечены существенные отличия и в 30 - ки-лометровой зоне (Табл. 2). Микоценоз в контроле более богат по видовому раз-нообразию за счет редких и случайных видов, естественных для почв этого реги-она.

Таблица 2 Изменение комплекса микроскопических грибов в почвах Норильского промышленного района в зависимости от расстояния от центра загрязнения

Примечание: цифрами обозначена частота встречаемости видов в %.

Выявлены чувствительные к загрязнению почв выбросами металлургического завода микромицеты: Aspergillus versicolor, A. glaucus. Они отсутствуют в почвах, находящихся в зоне воздействия выбросов завода.

Как правило, наибольшая чувствительность проявляется у видов, имеющих сравнительно узкий ареал распространения. Хотя для почвенных грибов их уста-новлено немного, именно такие виды целесообразно использовать как биоинди-каторы антропогенного воздействия. Виды с широким ареалом более устойчивы к загрязнению. Так, в дерново - подзолистых, черноземных и сероземных почвах с высоким содержанием тяжелых металлов сохраняются и обильно представлены грибы: Penicillium funiculosum, P. purpurogenum. Они обнаружены в большинстве зональных почв на территории бывшего СССР [8].

Устойчивыми к загрязнению в почвах НПР были грибы: P. aurantiogriseum, Trichoderma pseudokoningii. Отмечена стимуляция развития микромицетов Asper-gillus ustus и Paecilomyces variotii в менее загрязненной зоне ( 30 км). Подобная стимуляция некоторых видов микромицетов отражена в работах ряда авторов [9,10].

Под действием высоких доз загрязнителей (зона эпицентра загрязнения) про-исходит “перерождение” типичного комплекса микромицетов, в результате чего в загрязненных почвах обильно представлены виды, редко встречаемые или вовсе нетипичные для зональных почв: Torula lucifiga, Cladosporium cladosporioides, Stachybotrys lobulata. Разницу в изменении структуры комплексов микромицетов загрязненных и контрольных почв подтверждают и коэффициенты сходства по Съеренсену (Табл. 3). техногенный почва водоем природопользование

Таблица 3 Значения коэффициентов сходства по Съеренсену для комплексов микромицетов загрязненных и контрольных почв Норильского промышленного района

Метод ИМС позволил оценить функциональное состояние почвы, испыты-вающей антропогенные нагрузки, на основании анализа выделенного сообщества микроскопических грибов. Отмечено, что поскольку, основными деструкторами целлюлозы и ее производных являются микроскопические грибы, то они, таким образом, являются доминантами гидролитического микробного сообщества. Пре-образуя поступающие в почву органические и минеральные соединения, микро-организмы ограничивают диапазон колебания химических свойств почвы и обес-печивают относительное постоянство уcловий обитания. Механизм регуляции раскрывается в процессе биологической реакции почвы, как ответа микробиоты на внесение в почву каких - либо энергетических веществ. Предполагается, что эта, хотя и небольшая, но отобранная непосредственно в естественной среде оби-тания, группа микроорганизмов может быть более четким показателем микроб-ной системы в целом, чем совокупность почвенных микроорганизмов на искус-ственной питательной среде [10].

Результаты анализа видового состава почвенных грибов, полученных с ис-пользованием этого метода, отличаются от результатов, полученных традицион-ным методом посева на твердые питательные среды. (Табл.4). Коэффициент сходства по Съеренсену для сообщества микромицетов фоновых почв, выделен-ных традиционным способом и методом ИМС, составил 0,48. В амилолитическом микробном сообществе сохраняются основные виды микромицетов, присущие данным почвам. Также были выделены виды, которые методом посева на среду Чапека с глюкозой не обнаруживались: Penicillium brevicompactum, P. camemberti, Cephalosporium glutineum, Mucor hiemalis, причем, первые два вида являются частыми в структуре амилолитичеческого микробного сообщества загрязненных промышленными выбросами почв.

Таблица 4 Структура комплекса микромицетов почв НПР, выделенных методом ИМС

Примечание: цифрами приведена частота встречаемости видов на тех субстратах, где отмечался их рост;

Отмечено невысокое видовое разнообразие целлюлозоразрушающих грибов в тундровых почвах НПР, что в значительной мере обусловлено низким темпера-турным режимом, кислой реакцией почв и недостатком в них подвижных форм азота [11].

Анализ экспериментальных результатов показал, что в загрязненных про-мышленными выбросами почвах изменилась структура комплекса микроскопи-ческих грибов. В загрязненных почвах постоянно встречаются микромицеты, ха-рактерные, по данным авторов метода ИМС [7], для зоны стресса, которая может приближаться к зоне резистентности, так как появляются устойчивые к большим концентрациям поллютантов грибы. Данный тип реакции микробной системы почвы можно отнести к переходному от зоны стресса к зоне резистентности. Пе-реход микробиологической системы от зоны стресса к зоне резистентности яв-ляется крайне опасным, так как при дальнейшем поступлении антропогенных заг-рязнений в почву может наступить зона репрессии (полное подавление роста и развития микроорганизмов).

Следует отметить присутствие в почве НПР в качестве доминирующих и частых видов микромицетов - токсинообразователей (P. funiculosum, Fusarium solani, Pestalotia malorum), что свидетельствует об ухудшении микробиологи-ческого состояния почвы и свойств ее в целом. Приведенные выше грибы входят в “таксономическую структуру” микроорганизмов, образующих фитотоксичес-кие вещества, разработанную О.А. Берестецким [12].

Список литературы

1. Савченко В.А. Экологические проблемы Таймыра. М.: СИП РИА , 1998. - 194 с.

2. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов. М.: МГУ, 1995. - 336 с.

3. Андреев В.П., Рябова В.Н., Сороколетова Е.Ф., Шарыгин А.А. К оценке состояния озер и рек Норильско - Пясинской системы //Экологическая химия. 2003. Т. 12, Вып. 3. С. 215 -220.

4. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М: Изд-во МГУ, 1989. - 336 с.

5. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: Изд-во МГУ,1988.- 220 с.

6. Лебедева Е.В., Назаренко А.В., Козлова И.В., Томилин Б.А. Влияние возрастающих концентраций меди на почвенные микромицеты // Микол. и фитопатол. 1999. Т. 33, Вып. 4. С. 257- 262.

7. Гузев В.С., Бондаренко Н.Г., Бызов Б.А. Структура инициированного мик-робного сообщества как интегральный метод оценки микробиологического состояния почв // Микробиология. 1980. Т.49, Вып. 1. С. 134 - 140.

8. Лебедева Е.В. Микромицеты - индикаторы техногенного загрязнения почв. //Микология и криптогамная ботаника в России традиции и современ-ность. Тр. Междунар. конф., посвящ. 100- лет. орг. исслед. по микологии и криптогамной ботанике в Бот. ин-те им.В.Л. Комарова РАН. СПб.: Изд-во СПбХФА, 2000. 560 с.

9. Зачиняева А.В., Лебедева Е.В. Микромицеты загрязненных почв северо- западного региона России и их роль в патогенезе аллергических форм микозов // Микол. и фитопатол. 2003. Т. 37, Вып. 5. С. 69-74.

10. Левин С.В., Гузев В.С., Асеев И.С., Бабьева И.П., Марфенина О.Е., Умаров М.М. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту //Микроорганизмы и охрана почв. М.: МГУ, 1989. С. 5-46.

11. Евдокимова Г.А. Эколого - микробиологические основы охраны почв Крайнего Севера. - Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1995. - 272 с.

12. Берестецкий О.А. Фитотоксины почвенных микроорганизмов и их эко-логическая роль //Методы экспериментальной микологии. Справочник. Киев : Наукова думка, 1982.С. 321-323.

Размещено на Allbest.ru