Розглянуто основні забруднюючі чинники міських грунтів і дана оцінка впливу антропогенного навантаження на якісний і кількісний склад мікрофлори грунтів. Намічено шляхи дослідження мікрофлори грунтів міста Калінінграда, що знаходяться в різних екологічних умовах.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Дедков В. П., Куркіна М. В.


The article considers the main polluting factors of urban soils and estimates the impact of anthropogenic pressure on the quantitative and qualitative composition of soil microflora. The authors outline the prospects of research on the microflora of Kaliningrad soils situated in different ecological conditions.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Вісник Балтійського федерального університету ім. І. Канта. Серія: Природні і медичні науки
    Наукова стаття на тему «Актуальні проблеми вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда '

    Текст наукової роботи на тему «Актуальні проблеми вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда»

    ?УДК 614.771

    В. П. Дедков, М. В. Куркіна

    АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ВИВЧЕННЯ МІКРОФЛОРИ ПОЧВ місті Калінінграді

    Розглянуто основні забруднюючі чинники міських грунтів і дана оцінка впливу антропогенного навантаження на якісний і кількісний склад мікрофлори грунтів. Намічено шляхи дослідження мікрофлори грунтів міста Калінінграда, що знаходяться в різних екологічних умовах.

    The article considers the main polluting factors of urban soils and estimates the impact of anthropogenic pressure on the quantitative and qualitative composition of soil microflora. The authors outline the prospects of research on the microflora of Kaliningrad soils situated in different ecological conditions.

    Ключові слова: антропогенні забруднення грунтів, мікрофлора грунтів, програма дослідження.

    Keywords: anthropogenic soil pollution, soil microflora, research programme.

    Серед найбільш пріоритетних проблем, що стоять перед людством, провідне місце займає проблема збереження біосфери Землі. В даний час господарська діяльність стала потужним чинником, що змінює лик Землі: вирубуються ліси, погіршується газовий склад атмосфери, спостерігається забруднення природних вод і деградація земель. Негативні зміни відбуваються в ландшафтах великих міст і промислових центрів. Тут поряд із забрудненням відзначається підвищена концентрація токсикантів в трофічних ланцюгах. Це значно погіршує умови проживання міського населення і може служити причиною зростання числа різних захворювань, включаючи аномалії на генетичному рівні [8, с. 1].

    У місті одним з найбільш забруднених компонентів середовища є грунт. Забруднення грунту проявляється в двох формах:

    - фізичної, при якій зміна грунту пов'язане з різними, перш за все механічно діючими, агентами, здатними через вплив на ризосферу привести до істотних навантажень на відповідні екосистеми [2, с. 227];

    - хімічної, коли зміна хімічного складу грунту виникає під прямим або непрямим впливом промислового, сільськогосподарського, комунального чинників землекористування і викликає зниження якості грунту, збільшуючи можливу небезпеку для здоров'я населення [13].

    Причинами фізичних навантажень на грунт є підвищений тиск на поверхню грунту (транспорт, витоптування), особливі агротехнічні заходи і процеси, пов'язані з переміщенням грунту ніМсспрШРгштЕа ^ тіменеЯйям ^ тешвдаІгахнтРршетрев, Ска-ю-

    щихся, перш за все, складання і структури грунту, наприклад порізно-

    1

    сти і щільності її горизонтів. Це позначається на проростання насіння, проникненні коренів в грунт, активності і достатку організмів, що розкладають органічні речовини [2, с. 228].

    Забруднення грунту, обумовлене хімічними причинами, значно перевершує за своїм впливом як в кількісному, так і в якісному відношенні всі види його фізичного зміни. Зміна хімічних властивостей грунту відбивається через короткий або тривалий період на зростанні і продуктивності окремих видів, їх популяцій або призводить до більш сильним порушень структури фітоценозів і до розвитку сукцесій [2, с. 231].

    Залежно від агрегатного стану хімічні забруднювачі можна розділити на гази, пил, солі, агрохімікати, органічні гази і рідини, радіоактивні опади [2; 6].

    Промислові викиди - сірчистий газ і продукти його окислення, а також оксиди азоту - подкисляют грунту в поверхневих горизонтах. У підсумку це призводить до підвищення рухливості і вимивання важливих мінеральних речовин (Са 2+, Мg2 +, К +) і в разі падіння рН нижче 4 - до появи токсичних для рослин розчинних іонів А13 +.

    Вплив пилу на грунту і наземні екосистеми залежить від її складу. Екологічно істотний вплив надає пил, що містить важкі метали. Даний вид забруднень становить значну небезпеку для людини та інших живих організмів, так як важкі метали нерідко мають високу токсичність і здатність до кумуляції в організмі. Найбільш поширене автомобільне паливо - бензин - містить дуже отруйна сполука - тетраетилсвинець, що містить важкий метал свинець, який потрапляє в грунт. З інших важких металів, сполуки яких забруднюють грунт, можна назвати Сд (кадмій), Сі (мідь), Сг (хром), N1 (нікель), Со (кобальт), Hg (ртуть), Л8 (миш'як), Мп (марганець ) та інші.

    Антропогенне забруднення грунту розчиненими і твердими солями виникає в результаті використання їх для очищення вулиць від льоду в зимовий період. Від цього страждають, в першу чергу, щодо вузькі смуги землі вздовж дорожньо-транспортної мережі.

    Забруднення грунту, викликане використанням агрохімікатів, перш за все пов'язано із застосуванням засобів захисту рослин, регуляторів росту і добрив. Найбільш широкомасштабне вплив на функціонування екосистем надають пестициди. Ці хімічні речовини в даний час широко використовуються в якості засобів боротьби з шкідниками культурних рослин і тому можуть знаходитися в грунті в значних кількостях. За своєю небезпеки для тварин і людини вони наближаються до групи важких металів. Пестициди згубно діють на грунтову мікрофлору: бактерії, актиноміцети, гриби, водорості.

    Найбільш буденними і повсюдними забруднювачами придорожніх смуг є нафтопродукти, що представляють собою композицію найрізноманітніших вуглеводнів. Забруднення ними носить найбільш масштабний і поширений характер. Серед показників, що характеризують забруднення грунту вуглеводнями, особливу

    Актуальні проблеми вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда у- ^

    ------------------------------------------------------------^

    значимість має бенз (а) пірен, який в складі інших поліціклі-чеських ароматичних вуглеводнів (ПАВ) міститься в відпрацьованих газах автомобільних двигунів [12]. ПАУ відносяться до пріоритетних токсикантів навколишнього середовища в усіх розвинених країнах. Це обумовлено стійкістю ПАУ в навколишньому середовищі та їх високими мутагенними і канцерогенними властивостями [3].

    Радіоактивні сполуки стоять дещо відособлено за своєю небезпеки, перш за все тому, що за своїми хімічними властивостями вони практично не відрізняються від аналогічних нерадіоактивних елементів і легко проникають в усі живі організми, вбудовуючись в харчові ланцюжки. З радіоактивних ізотопів можна відзначити як приклад один найбільш небезпечний - 90Бг (стронцій-90). Даний радіоактивний ізотоп має великий період напіврозпаду, хімічна спорідненість з кальцієм, а значить, здатність відкладатися в кісткових тканинах тварин і людини, відносно високу рухливість в грунті. Іншими небезпечними радіоактивними ізотопами є 137С8 (цезій-137), 144Се (церій-144) і 36С1. Основна маса найбільш активних ізотопів потрапляє в навколишнє середовище антропогенним шляхом: в процесі виробництва та випробувань ядерної зброї, з атомних електростанцій, особливо у вигляді відходів і при аваріях, при виробництві і використанні приладів, що містять радіоактивні ізотопи і т. Д.

    Слід зазначити ще один вид забруднення грунту - забруднення мікотоксинами. Дані забруднення не є антропогенними, тому що вони виділяються деякими грибами, однак по своїй шкідливості для організму вони стоять в одному ряду з перерахованими забрудненнями грунту [6].

    Головними джерелами забруднення в місті є:

    1) Житлові будинки та побутові підприємства. У числі забруднюючих речовин переважають побутове сміття, харчові відходи, фекалії, будівельне сміття, предмети домашнього вжитку; сміття громадських установ - лікарень, готелів, магазинів та ін. Разом з фекаліями в грунт нерідко потрапляють хвороботворні бактерії, яйця гельмінтів та інші шкідливі організми, які через продукти харчування надходять в організм людини.

    2) Промислові підприємства. У твердих і рідких промислових відходах постійно присутні ті чи інші речовини, здатні надавати токсичну дію на живі організми та їх спільноти.

    3) Теплоенергетика. Крім освіти маси шлаків при спалюванні кам'яного вугілля з теплоенергетикою пов'язано виділення в атмосферу сажі, незгорілих частинок, оксидів сірки, врешті-решт опиняються в грунті.

    4) Сільське господарство. Добрива, отрутохімікати, застосовувані в сільському і лісовому господарстві для захисту рослин від шкідників, хвороб і бур'янів.

    5) Транспорт. При роботі двигунів внутрішнього згоряння інтенсивно виділяються оксиди азоту, свинець, вуглеводні та інші речовини, які осідають на поверхні грунту або поглинаються рослинами.

    Токсичні речовини поступово накопичуються в грунті. Це сприяє зміні хімічного складу грунтів, порушення єдності геохімічної середовища та живих організмів. Будь-які шкідливі сполуки (важкі метали, пестициди, вуглеводні, радіоактивні речовини), що знаходяться в грунті, в результаті постійного вимивання їх у відкриті водойми і грунтові води рано чи пізно потрапляють в організм людини, викликаючи різні захворювання і зміни на генетичному рівні.

    Самоочищення грунту - складний і відносно тривалий процес, в якому важлива роль належить мікроорганізмам. Їх біохімічна діяльність лежить в основі безлічі елементарних процесів грунтоутворення [4]. Мікроорганізми, що володіють величезною різноманітністю ферментних систем і великий лабільністю метаболізму, і є тією ланкою, яка, в основному, відповідально за самоочищення природних екосистем і може здійснювати біодеградацію природних і синтетичних ксенобіотиків, тим самим повертаючи основні поживні елементи в глобальний цикл [9, с. 291]. Чим вони активніше, тим інтенсивніше протікає круговорот речовин в екосистемі, тим вище її біологічна продуктивність і екологічна стійкість. Порушення мікробних спільнот може стати причиною руйнування всієї екосистеми. Тому важливо своєчасно виявити зміни стану ґрунтової мікробіоти, що тягнуть за собою негативні наслідки. Мікроорганізми грунту дуже чуйно реагують на різні зміни ґрунтових умов. Їх відповідні реакції на зовнішні впливи досить швидкі і стосуються різних сторін життєдіяльності - зростання, морфологічної будови, накопичення ними хімічних елементів, активності метаболічних процесів. Реакції мікроорганізмів на зміни факторів навколишнього середовища проявляються як на екосистемному, так і на популяційному рівні. На екосистемному вони виражаються в зміні кількісного і якісного складу співтовариства. При зміні умов проживання одні види зникають, інші з'являються, тобто змінюється склад домінантів і субдоминантов. Реакції мікроорганізмів на популяційному рівні виражаються в зміні кінетики їх зростання і розвитку в залежності від певних екологічних умов. Чутливість і висока індикаційна здатність мікроорганізмів дозволяють вибрати їх як інструмент моніторингу антропогенних змін в біосфері, а їх мікробіологічні показники використовувати для ранньої діагностики техногенного пошкодження пе-досфери [11].

    Як показав аналіз літератури [8; 9], на чисельність і видовий склад мікроорганізмів істотно впливають ландшафтно-екологічні характеристики досліджуваних ділянок: вологість, температура, кількість елементів живлення, вміст ґрунтового повітря, міжвидова і внутрішньовидова конкуренція. Так, наприклад, збільшення кислотності ґрунтового розчину може призводити до збільшення кількості мікроскопічних грибів і пригнічувати ріст бактерій і актино-міцетов.

    Актуальні проблеми вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда у- ^ ---------------------------------------- ----------------------- ^

    Високу чутливість до ущільнення грунту проявляють акти-номіцети. Їх зміст знижується зі збільшенням щільності ґрунту. У даної групи організмів при несприятливих екологічних умовах може освіту повітряного міцелію, тобто порушується репродуктивна функція.

    Зі збільшенням свинцевого забруднення грунту зростає вміст стерильних актиноміцетів, зростає число актиноміцетів групи Niger, знижується видове різноманіття бацил, збільшується частка грибного населення [8, с. 21].

    Антропогенні впливи на ґрунт впливають на вміст у ній мікробної біомаси і викликають порушення в екофізіологіческом статус ґрунтового мікробного співтовариства [1, с. 181]. Авторами даного дослідження була знайдена тісний позитивний кореляційний залежність між швидкістю розкладання різних груп пестицидів в різних грунтах і їх мікробної біомасою, що виражається регресійних рівнянь, а також показано, що внесення органічних (продукти нафтопереробки, пестициди) і неорганічних (мінеральні кислоти, важкі метали) поллютантов в грунт призводить до зростання мікробного метаболічного коефіцієнта, який є показником екофізіологіческого статусу ґрунтових мікрооргані мов і здатний характеризувати стійкість мікробного співтовариства при різних антропогенних впливах на грунт.

    Забруднення грунту нафтопродуктами призводить до зниження кількості грунтових мікроорганізмів. Відновлення їх чисельності спостерігається через кілька місяців після забруднення. Надалі можливе навіть деяке зростання їх чисельності за рахунок використання в якості поживної речовини вуглецю нафтопродуктів. Однак інтенсивне зростання мікроорганізмів сильно збіднює грунт сполуками азоту і фосфору, що в подальшому може зіграти роль лімітує фактора [10].

    Важлива роль в оцінці якості грунту належить мікроскопічним водоростям. Грунтові водорості першими поселяються на неживих субстратах і тим самим полегшують розселення інших рослин. У той же час водорості останніми «відступають» під тиском несприятливих факторів природного та антропогенного походження. При ослабленні розвитку вищої рослинності під впливом промислового освоєння територій зростає роль ґрунтових водоростей. Це проявляється у збільшенні їх видового різноманіття та кількісного розвитку [5, с. 54].

    Мікроорганізми є найбільш стійким компонентом в екосистемах до радіоактивного гамма-опроміненню. Наприклад, бактерія Deinococcus radiodurans надзвичайно стійка до дії іонізуючого випромінювання і може витримувати дози, в тисячі разів перевищують смертельні дози для людини [7]. Багато мікроорганізмів не змінюють своєї чисельності під дією радіації. Однак в літературі є відомості про явну перебудові в грунтових мікробних співтовариствах в 30-кілометровій зоні ЧАЕС протягом 1986 - 1992 гг. і виявленні кількісного і якісного переважання радіоре-

    резистентності Темна видів дейтеромицетов, в 10 разів перевищує доаварійний стан, а також про появу нових видів бактерій, які раніше не зустрічалися в грунтах Полісся [11].

    Отже, найбільш високою чутливістю до антропогенного впливу мають мікроорганізми ґрунтів. У той же час вони є хорошими індикаторами їх забрудненості. У міських умовах склад мікроорганізмів сильно змінюється. За якісним і кількісним складом мікрофлори можна визначити не тільки ступінь забруднення, але і його вигляд. Разом з тим мікроорганізми самі є очисниками навколишнього середовища і, як наслідок, можуть використовуватися для вирішення багатьох питань, пов'язаних з природоохоронними технологіями.

    Незважаючи на важливість і актуальність цих даних для прийняття управлінських рішень, спрямованих на оздоровлення міського середовища, необхідно констатувати, що вони вкрай нечисленні.

    У зв'язку з цим на факультеті біоекології в рамках національного проекту «Освіта» була створена лабораторія мікробіології і біотехнології, завданням якої є розгортання робіт з вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда.

    Для вирішення цієї важливої ​​наукової і прикладної задачі необхідно:

    - вивчити в динаміці якісний і кількісний склад мікрофлори грунтів міста Калінінграда;

    - оцінити вплив забруднень на працездатність мікробоце-нозов;

    - виділити мікробні комплекси з метою використання їх для біоремедіації ґрунтів міста;

    - розробити рекомендації щодо зниження негативного впливу антропогенного забруднення на микробоценозов міських екосистем і їх активізації в процесі очищення грунтів.

    Список літератури

    1. Ананьєва Н. Д., Сусьян Е. А. Розвиток фундаментальних ідей В. А. Ковда в грунтової мікробіології // Грунтові процеси і просторово-часова організація грунтів / під ред. В. Н. Кудеярова. М., 2006. С. 173 - 183.

    2. Вайнерт Е. і ін. Биоиндикация забруднень наземних екосистем / пер. з нім .; під ред. Р. Шуберта. М., 1988.

    3. Герасимова С. А. Забруднення міських грунтів 3,4-бензапиреном і проблеми поводження з екологічно небезпечними грунтами і грунтами при будівництві на території м Москви. ЦКЬ: http://www.ecocity.ru/insertfiles/survey2.doc

    4. Гіляров М. С., Криволуцкий Д. А. Життя в грунті. М., 1985.

    5. Кабіров Р. Р., Пурину Е. С., Сафіулліна Л. М. Ґрунтові водорості: якісний склад, кількісні характеристики, використання при проведенні екологічного моніторингу: матеріали III Всеросійській науковій конференції «Сучасні проблеми науки та освіти». Москва, 13-15 травня 2008 р // Успіхи сучасного природознавства. 2008. № 5. С. 54.

    6. Матвєєв Є. Е. Антропогенні забруднення грунтового покриву, 1997. ЦКЬ: http: // www. ecosystema.ru

    Актуальні проблеми вивчення мікрофлори грунтів міста Калінінграда у- ^ ---------------------------------------- ------------------------------ ^

    7. Мікроб для Чорнобиля. URL: http://www.gazeta.ru/science/2007/03/ 21_a_1502718.shtml

    8. Мосіна Л. В. Антропогенний зміна лісових екосистем в умовах мегаполісу Москва: автореф. дис. д-ра біол. наук. М., 2003.

    9. Нетрусов А. І. Мікробіологія: навч. для студ. вищ. навч. закладів. М., 2006.

    10. Основні хіміко-екологічні властивості нафтопродуктів і 3,4-бензпі-рена. URL: http://www.ipdn.ru/rics/doc2/YD/2-1.htm

    11. Просянніков Е. В. Закономірності розвитку природних і антропогенно-трансформованих екосистем Брянської області, які постраждали від глобальної аварії на Чорнобильській АЕС. Брянськ, 2002. URL: http: //www.bgsha. com / ru / education / library / fulltext / ecolog / Framset.htm

    12. Пшенін В. Н. Актуальні питання оцінки забруднення грунтового покриву поблизу автомагістралей // Праці Всеросійського науково-практичного семінару «Екологізація автомобільного транспорту», ​​МАНЕБ. СПб., 2003. C. 83 - 88. URL: http://www.ecotrans.spb.ru/stati/pochva.doc

    13. Хімічне забруднення грунту. URL: http: //www.businessvoc. ru / bv / Term-Win.asp? theme =&word_id = 28151

    про авторів

    В. П. Дедков - д-р біол. наук, проф., РГУ ім. І. Канта, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    М. В. Куркіна - канд. біол. наук, доц., РГУ ім. І. Канта, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Authors

    Professor V. P. Dedkov - IKSUR, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Dr. M. V. Kurkina - Associate Professor, IKSUR, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: Антропогенне забруднення ПОЧВ / МІКРОФЛОРА почвогрунта / ПРОГРАМА ДОСЛІДЖЕННЯ / ANTHROPOGENIC SOIL POLLUTION / SOIL MICROFLORA / RESEARCH PROGRAMME

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити