Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ СИБАЙСКОГО КАРЬЕРА (РЕСПУБЛИКА БАШКОРТОСТАН)

Таипова О.А. 1 Семенова И.Н. 1
1 ГАНУ «Институт региональных исследований» Академии наук Республики Башкортостан, Сибай
Сибайский карьер по добыче медно-колчеданных руд оказывает заметное влияние на окружающую среду и во многом определяет экологическую обстановку г. Сибай. Использование показателей активности микроорганизмов может дать необходимые оперативные данные о воздействии комплекса неблагоприятных факторов, которые включают в себя токсичные элементы, содержащиеся в почве, на состояние окружающей среды. Выделение микроорганизмов из почв осуществляли методом посева почвенной суспензии на селективные среды. Анализ количественного и качественного состава физиологических групп микроорганизмов в почвах, прилегающих к отвалам карьера, выявил характерные черты для данных участков: пониженная общая численность микроорганизмов, снижение численности аммонификаторов и почвенных микромицетов и возрастание численности педотрофной микрофлоры при повышении степени загрязнения почв тяжелыми металлами. Биологические методы, примененные в данной работе, диагностируют эффект влияния отвалов карьера на неодинаковых расстояниях, что позволяет сравнивать их чувствительность к загрязнению почв тяжелыми металлами.
почвенные микроорганизмы
тяжелые металлы
1. Громов Б. В., Павленко Г. В. Экология бактерий. – Л., 1989. – 248 с.
2. Енкина, О. В. Коробский Н. Ф Микробиологические аспекты сохранения плодородия черноземов Кубани. – Краснодар, 1999. – 150 с.
3. Звягинцев Д. Г. Биология почв и их диагностика // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. – М., 1976. – С. 175-189.
4. Ильбулова Г. Р. Биологическая активность почв Зауралья Республики Башкортостан в условиях техногенного загрязнения предприятиями горнорудного комплекса: дисс….канд.биол.наук. – Уфа, 2009. – 146 с.
5. Кулагин А. А., Шагиева Ю. А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. – М.: Наука, 2005. – 190 с.
6. Кураков А. В., Звягинцев Д. Г., Филиппа З. Изменение комплекса гетеротрофных микроорганизмов при загрязнении дерново-подзолистой почвы свинцом // Почвоведение. – 2000. – № 12. – С. 1448-1456.
7. Наплекова Н. Н. Влияние солей некоторых тяжелых металлов на физиологическую активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов // Изв. СО АН СССР. Сер.биол.наук. – 1982. – Вып. 2. – № 10. – С. 79-84.
8. Наплекова Н. Н., Булавко Г. И. Влияние свинца на ферментативную активность выщелоченного чернозема и дерново- подзолистой почвы // Изв. СО АН СССР, Сер.биол. наук. – 1985. – № 6/1 – С. 76-86.
9. Семенова И. Н., Ильбулова Г. Р. Оценка загрязнения почвенного покрова г. Сибай Республики Башкортостан тяжелыми металлами // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 8 (часть 3). – С. 491-495.
10. Сингизова Г. Ш. Кадмий в системе почва – растениеводческая продукция // Наука, образование, производство в решении экологических проблем. – Уфа: УГАТУ, 2007. – С 357-359.
Наличие медно-колчеданных месторождений в рудных районах Башкирского Зауралья способствовало бурному развитию в регионе горнодобывающей промышленности, строительство предприятий в котором велось без должного учета экологических требований. В результате на фоновое загрязнение почв и вод тяжелыми металлами (ТМ) наложилось загрязнение этих сред техногенными эмиссиями с породных отвалов карьеров колчеданных руд.

В г. Сибай Республики Башкортостан техноэпицентром является Сибайский филиал Учалинского горно-обогатительного комбината (СФ УГОК), который занимается разработкой медно-колчеданного месторождения. Ингредиенты промышленных выбросов (ТМ, соединения серы) в составе газо-пыле-дымовых выбросов распространяются на десятки километров от промышленных предприятий, входящих в структуру СФ УГОК [Ильбулова, 2009]. Длительная продолжительность работы комбината (более полувека), повышенный геохимический фон обусловливают необходимость постоянного контроля состояния прилегающих почв.

Некоторые проблемы химической деградации почв Зауралья Республики Башкортостан в связи с распространением и накоплением ТМ нашли отражение в ряде работ [Кулагин, Шагиева, 2005; Сингизова, 2007; Ильбулова, 2009; Семенова, Ильбулова, 2011].

Однако исследование элементного состава почв не может дать необходимой информации о влиянии неблагоприятных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека, на почвы и произрастающую на них растительность. Только использование живых организмов: растений и микроорганизмов, а также показателей их активности может дать необходимые оперативные данные о воздействии комплекса неблагоприятных факторов, которые включают в себя токсичные элементы, содержащиеся в почве.

Целью настоящей работы является исследование  микробиологической активности почв территорий,  сопредельных  с  отвалами Сибайского карьера.

Объекты и методы исследований

Работа проводилась в зоне расположения Сибайского медно-колчеданного карьера, окруженного отвалами вскрышных (горных) пород, и граничащего с жилыми поселками. Преобладающие ветры северо-западного и юго-западного направлений. Пробные площадки расположены на удалении 100, 500, 750 и 2000 м от отвалов в северном, восточном, южном и западном направлениях. За условный контроль принималась пробная площадка, расположенная в 15 км южнее Сибайского карьера в зоне, не подверженной техногенному воздействию. Почвенный покров всех пробных площадок представлен черноземом обыкновенным.

Загрязнение почвы оценивали по суммарному показателю Zc, (табл. 1), предложенному Ю. Э. Саэтом [Геохимия ..., 1990] и рассчитываемому по формуле:

а

где n - число определяемых ингредиентов;

Кс - коэффициент концентрации элемента, определяемый отношением его содержания в загрязненной почве к фоновому.

Для изучения почвенной микробиоты использовали образцы почвы,  отобранные из верхнего горизонта (А 1) с глубины 0-30 см. Отбор образцов проводили в вегетационный  период 2008-2011 гг. в трехкратной повторности. Выделение микроорганизмов из почв осуществляли методом посева почвенной суспензии на селективные среды: аммонификаторы - на мясопептонный агар (МПА), микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачный агар (КАА), педотрофные микроорганизмы - на почвенный агар (ПА), грибы - на агар Чапека. Коэффициент минерализации определяли как отношение численности микроорганизмов, выросших на крахмало-аммиачном агаре к численности микроорганизмов, выросших на мясопептонном агаре (КАА/МПА); коэффициент педотрофности - как отношение численности микроорганизмов, выросших на почвенном агаре, к численности микроорганизмов, выросших на мясопептонном агаре (ПА/МПА) [Енкина, Коробский, 1999]. Для характеристики сукцессии применили в совокупности метод посева на МПА и микроскопический метод прямого счета и вычислили коэффициент сукцессии по формуле: К=М/П, где М - численность бактерий, учитываемых прямым методом микроскопии; П - бактерии, учтенные на МПА [Звягинцев, 1976].

Полученные данные обрабатывались общепринятыми статистическими методами с применением программ Excel 7.0, и StatisticaforWindows (версия 6.0). Характер функциональных зависимостей исследовали методом регрессионного анализа при уровне значимости (Р>0.05).

Результаты

Одним из наиболее эффективно диагностирующих индикаторов загрязнения почв является количество населяющих ее почвенных микроорганизмов [Звягинев, 1976].  

Почвенная микрофлора - основной агент, осуществляющий круговорот биогенных элементов в почве, поэтому изменение численности и соотношения основных эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов приводит к смене направленности биогеохимических процессов в почве и может вызвать разрушение органического вещества.

Под влиянием веществ антропогенного загрязнения может происходить изменение структуры и активности микрофлоры. Обладая значительной буферностью, почва до определенного предела загрязнения сохраняет свои биохимические свойства (зона гомеостаза), хотя изменения в структуре комплекса почвенных микроорганизмов уже можно обнаружить (зона стресса). При значительном уровне загрязнения (зона ингибирования) необратимо меняется комплекс почвенных микроорганизмов [Кураков и др., 1983]. Изменение структурной организации комплекса почвенных микроорганизмов вызывает нарушение их функционирования [Наплекова, 1978; Наплекова,  Булавко, 1983].

Убедительно показано, что в загрязненных ТМ почвах наблюдается снижение численности колониеобразующих единиц (КОЕ), биомассы, разнообразия микроорганизмов, подавление интенсивности разрушения растительных остатков и трансформации азота (азотфиксации, денитрификации, нитрификации, аммонификации), активности почвенных ферментов (каталазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, фосфатазы и др.) [Громов, Павленко, 1989].

Результаты количественного учёта физиологических групп микроорганизмов в почвах показали невысокую общую численность микроорганизмов, которая составила порядка 104-105 КОЕ/г.

Результаты исследования структуры микробных сообществ в почвах, прилегающих к отвалам Сибайского карьера, показали, что по количественному соотношению доминировали аммонифицирующие микроорганизмы. Их численность в среднем, составляла 11,2 *105 КОЕ/г почвы (от 3,1*105 до 48,3 *105 КОЕ/г почвы), что было в 1,5 раза ниже по сравнению с контролем.

Численность микроорганизмов, выращенных на КАА, колебалась от 0,4 до 9,6*105 КОЕ/г почвы. Среднее значение составляло 3,6*105 КОЕ/г почвы, что в 2,8 раз ниже по сравнению  с контролем.

Количество почвенных грибов на агаре Чапека варьировало от 0,6 до 16,2 *105 КОЕ/г почвы. Среднее значение составило 5,7*105 КОЕ/г, что было в 1,6 раз ниже контроля.

В то же время количество педотрофов,  варьировавшее от 0,1 до 9,8*105 КОЕ/габс. сухой почвы, в среднем, превышало контрольное значение в 6,2 раза.

На основании данных по содержанию ТМ, представленных ранее [Семенова, Ильбулова, 2011], был рассчитан суммарный показатель загрязнения Zc.

На рисунке 1 показано изменение численности эколого-трофических групп микробных сообществ в почвах, прилегающих к отвалам Сибайского карьера, при различных уровнях загрязнения ТМ. Численность аммонификаторов (рис. 1 А) и грибов (рис. 1 Г) снижалась с увеличением концентраций ТМ в почве.  Менее чувствительными к загрязнению почвы ТМ были микроорганизмы, использующие минеральные формы азота,  количество которых было максимальным при  Zc от 32 до 128 (рис. 1 Б). Количество педотрофных микроорганизмов возрастало с увеличением концентрации ТМ в почве (рис. 1 В).

зшс

Рис 1.  Изменение численности некоторых эколого-трофических групп микробных сообществ в почвах, прилегающих к отвалам Сибайского карьера, в градиенте загрязнения ТМ.

Таким образом, анализ количественного и качественного состава физиологических групп микроорганизмов в почвах, прилегающих к отвалам карьера, выявил характерные черты для данных участков: невысокая общая численность микроорганизмов, снижение численности аммонификаторов и почвенных микромицетов  и возрастание численности педотрофной микрофлоры при повышении степени загрязнения почв ТМ. Микробиологические методы, позволяющие фиксировать не наличие отдельных химических элементов, а интегральный отклик живых организмов на комплексное воздействие, при оценке влияния многокомпонентного источника загрязнений часто неизвестного состава, представляются надежными и оказываются более чувствительными в исследовании таких сложных техногенных объектов, как  отвалы медно-колчеданных карьеров. Биологические методы, примененные в данной работе, диагностируют эффект влияния породных отвалов карьера на неодинаковых расстояниях, что позволяет сравнивать их чувствительность к загрязнению почв ТМ. 

Рецензенты

Янтурин С. И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии Сибайского института Башгосуниверситета,  г. Сибай.

Мазгаров И. Р., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии человека и животных Сибайского института Башгосуниверситета, г. Сибай.


Библиографическая ссылка

Таипова О.А., Семенова И.Н. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ СИБАЙСКОГО КАРЬЕРА (РЕСПУБЛИКА БАШКОРТОСТАН) // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=5592 (дата обращения: 07.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074