Микологическая индикация почв норильского промышленного района

NovaInfo 7, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Биологические науки
Язык: Русский
Просмотров за месяц: 1
CC BY-NC

Аннотация

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.

Ключевые слова

МИКОЛОГИЯ, МИКРОМИЦЕТЫ, ПОЧВЫ, НОРИЛЬСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РАЙОН, ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЫБРОСЫ, МИКРОБИОЛОГИЯ, АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Текст научной работы

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.

Таблица 1. Концентрация тяжелых металлов в почвах, мг/кг

Элементы

Со

Сr

Cu

Ni

Mn

Zn

Cd

Pb

Sr

Fe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

г. Норильск, территория Медного завода (n=100)

Валовое содержание

638±98

410±83

22620 ±3712

22844 ±4720

290±54

2100±342

520±118

340±57

30±4

710±142

Подвижные формы

64±8

38±6

3198±567

4077±712

10±2

617±132

54±8

13±2

11±2

22±3

30 км от завода (гидропорт Валек, в 20 км от г. Талнах) — переходная зона (n=100).

Валовое содержание

369±81

290±43

1630±267

2395±444

140±21

1000±26

380±61

188±19

25±4

515±99

Подвижные формы

17±3

14±4

666±122

838±134

6,4±1,1

470±81

29±4

8,4±1,5

9,7±1,9

15±2

100 км от завода (берег озера Лама), контроль (n=100).

Валовое содержание

1,6±0,3

1,5±0,2

17±3

19±3

0,52±0,08

1,4±0,2

1,5±0,2

1,2±0,1

2,4±0,6

4,8±0,7

Подвижные формы

0,13±0,02

0,09±0,01

5,0±0,6

7,4±0,5

0,01

0,08±0,01

0,12±0,02

0,06±0,01

1,5±0,2

0,12±0,2

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.

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 %

Контроль

30 км

Эпицентр загрязнения

Доминирующие виды

Penicillium chrysogenum 80%

Аspergillus versicolor (Vuillemin) Tiraboschi 60%

A. glaucus Link ex Gray 50%

Mucor angulisporus Naumov 50%

Paecilomyces variotii Bainier 70%

Penicillium aurantiogri-seum Dierckx 50%

Aspergillus ustus (Bainier) Thom 60%

Torula lucifiga Oudem. 70%

Cladosporium clado-sporioides (Fresen.) de Vries 60%

P. aurantiogriseum 50%

Частые виды

Mortierella alpina 40%

A. ustus 40%

Paecilomyces variotii 30%

Trichoderma pseudo-koningii 30%

P. chrysogenum Thom 40%

P. lanoso — coeruleum 30%

Trichoderma viride Persoon: Fries 30%

Pestalotia malorum 40%

Stachybortys lobulata Berk. 30%

Penicillium funiculosum Thom 30%

P. chrysogenum 30%

T. pseudokoningii Rifai 30%

Редкие виды

Penicillium corylophilum

Dierckx 15%

P.aurantiogriseum 15%

Acremonium roseum 15%

Pestalotia malorum 15%

Acremonium roseum (Oud.) W. Gams 15%

Fusarium solani 15%

Fusarium solani (Mart.) Sacc. (<10%)

T. viride (<10%)

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).

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

Сравниваемые варианты

Коэффициент Съеренсена

Контроль — эпицентр загрязнения

Контроль — 30 км зона

30 км — зона — эпицентр загрязнения

0,191

0,373

0,336

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.

Таблица 4. Структура комплекса микромицетов почв НПР, выделенных методом ИМС. Примечание: цифрами приведена частота встречаемости видов на тех субстратах, где отмечался их рост;

Контроль

30 км

Эпицентр загрязнения

Доминирующие виды

Penicillium chrysogenum 60% (К),

30% (КМЦ)

Aspergillus ustus 60%(К)

Pestalotia malorum 60%(К),

30%(ФБ)

Частые виды

P. corylophilum 40% (К)

Aspergillus ustus 30% (К)

P. brevicompactum 40%(К)

P. chrysogenum 40% (К), 30% (КМЦ)

P. camemberti 30% (К)

P. funiculosum Thom 30% (К, КМЦ)

P. aurantiogriseum 30%(К, КМЦ)

P. brevicompactum 30%(К)

A. ustus 30% (К)

Fusarium solani 30%(КМЦ)

Редкие виды

Mucor hiemalis 10% (К)

P. brevicompactum Dierckx 10%(К)

Chephalosporium glutineum Kamysch. 15% (КМЦ)

Pestalotia malorum Stey 15%(К)

Fusarium solani 15% (КМЦ)

Mortierella alpina Peyronel 15% (К)

Trichoderma viride Pers. 15% (К,ФБ,КМЦ)

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].

Читайте также

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.

Цитировать

Зачиняев, Я.В. Микологическая индикация почв норильского промышленного района / Я.В. Зачиняев, А.В. Зачиняева. — Текст : электронный // NovaInfo, 2011. — № 7. — URL: https://novainfo.ru/article/1380 (дата обращения: 06.12.2022).

Поделиться