Микологическая индикация почв норильского промышленного района

Большинство северных городов России в результате сложившегося природопользования отличаются высокими техногенными нагрузками на природную среду. Высокая доля перерабатывающих отраслей в этих индустриальных центрах — основной источник современных экологических проблем Севера.

Норильский промышленный район (НПР) включает в себя города: Норильск, Талнах, Кайеркан и Оганер. В Норильске расположены крупные металлургические предприятия России по производству никеля, меди, кобальта, метал-лов платиновой группы — структурные подразделения Заполярного филиала ОАО «Горно-металлургическая компания Норильский никель». Основная часть выбросов (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 отражается на уменьшении величины рН водоемов Норило-Пясинской водной системы 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 сообществ 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 разложения 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 электротермической 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 случайных видов использовали показатели частоты встречаемости видов [5,6]. В дополнение 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 содержанию 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, поскольку они легко усваиваются корневой системой 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.

Определение структуры комплексов микромицетов на основе показателя частоты встречаемости видов позволило выявить доминирующие, частые, редкие и случайные виды почв НПР. Видовой состав микромицетов, выделенных из почвенных образцов, отобранных в эпицентре загрязнения, полностью отличается от видового состава фоновых почв. Отмечены существенные отличия и в 30 — километровой зоне (Табл. 2). Микоценоз в контроле более богат по видовому разнообразию за счет редких и случайных видов, естественных для почв этого региона.

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 биоиндикаторы 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).

Метод ИМС позволил оценить функциональное состояние почвы, испытывающей 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 обеспечивают 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 искусственной питательной среде [10].

Результаты анализа видового состава почвенных грибов, полученных с использованием этого метода, отличаются от результатов, полученных традиционным методом посева на твердые питательные среды. (Табл.4). Коэффициент сходства по Съеренсену для сообщества микромицетов фоновых почв, выделенных 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.

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

Анализ экспериментальных результатов показал, что в загрязненных промышленными выбросами почвах изменилась структура комплекса микроскопических грибов. В загрязненных почвах постоянно встречаются микромицеты, характерные, 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. Переход микробиологической системы от зоны стресса к зоне резистентности яв-ляется крайне опасным, так как при дальнейшем поступлении антропогенных загрязнений 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 микробиологического состояния почвы и свойств ее в целом. Приведенные выше грибы входят в «таксономическую структуру» микроорганизмов, образующих фитотоксические вещества, разработанную О.А. Берестецким [12].