В основу биомониторинга химически опасного техногенного объекта в Почепском районе (объект 1204) положен комплексный системный подход, ориентированный на выявление ведущих и сопутствующих экологических факторов в зоне влияния ОУХО, диагностику состояния биоты и в целом природных комплексов, определение биологических критериев качеств окружающей среды в районе влияния объекта, разработку реабилитационных мероприятий и биологических показателей ее эффективности [1]. Мико-, фитоиндикационные и химические данные по содержанию элементов группы тяжелых металлов (ТМ) в биоте – информативные показатели, удобные для обработки, анализа и представления биодиагностических данных.
Цель работы – обобщить результаты биоиндикации в блоке биомониторинговых работ по оценке состояния почв, воздуха на ОУХО в Брянской области.
Материалы и методики исследований
При раскрытии цели исследования были использованы: флористические, лабораторно-химические и статистические методы. Исследования велись маршрутным методом. Отбор почвенных образцов для проведения химического и микробиологического (с глубины 0-5 см) анализов осуществлялся согласно требованиям ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа»[4; 5].Микоиндикационные исследования проводили на стеклах обрастания. На каждом стекле обрастания просматривали 5 трансект, определяли тип мицелия: окрашенный (пигментированный), не окрашенный (не пигментированный). Вычисляли длину грибного мицелия в каждом из полей зрения с применением окуляр-микрометра [6].Определение целлюлозолитической способности почв, дающей ценную информацию о превращении лабильной фракции органического вещества, круговороте углерода, устанавливали методом аппликации [3;7].Общее число бактерий в почве учитывали прямым счетом на фиксированных окрашенных мазках (метод Виноградского-Брида)[10].При культивировании проб почв в чашках Петри подсчитывали общее число колоний, учитывая степень разведения почвенной суспензии, результат выражали числом колониеобразующих единиц (КОЕ в 1 г почвы)[6;8].Общее состояние атмосферы определяли по хвойным видам [2].
Результаты исследования и обсуждение
Проведение микоиндикационных исследований на тех же точках за два года показало следующее (табл. 1).
Таблица 1
Показатели состояния мицелия микроскопических грибов в пробах почв различных участков
|
Реперная точка |
2013 г. |
2014 г. |
Примечание |
||
|
Длина бесцветного мицелия мкм/ % типа мицелия |
Длина пигментированного мицелия мкм / % типа мицелия |
Длина бесцветного мицелия мкм/ % типа мицелия |
Длина пигментированного мицелия мкм / % типа мицелия |
||
|
1 |
60,1±3,4 / 98,1 |
4,9±0,3 / 1,9 |
68,8±2,4 / 98,9 |
4,5±0,3 / 1,1 |
Уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
2 |
54,3±2,6 / 96,6 |
5,6±0,3 / 3,4 |
55,0±2,6 / 97,0 |
4,0±0,3 / 30 |
Уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
5 |
78,4±3,1 / 99,3 |
3,3±0,3 / 0,7 |
78,0±3,8 / 98,5 |
5,9±0,7 / 1,5 |
Незначительно увеличилось количество пигментированного мицелия |
|
6 |
79,5±3,4 / 98,6 |
6,0±0,3 / 1,4 |
80,0±3,4 / 98,0 |
6,0±0,8 / 2,0 |
Незначительно увеличилось количество пигментированного мицелия |
|
19 |
83,4±3,6 / 97,4 |
5,0±0,3 / 2,6 |
88,5±7,0 / 97,0 |
4,1±0,3 / 3,0 |
Уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
27 |
72,6±3,3 / 98,5 |
5,0±0,3 / 1,5 |
78,9±6,8 / 99,0 |
4,0±0,5 / 1,0 |
Уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
29 |
76,9±2,8 / 98,7 |
5,5±0,3 / 1,3 |
77,0±2,1 / 98,5 |
5,5±0,3 / 1,5 |
Длина мицелия двух типов осталось неизменной |
|
30 |
77,2±3,2 / 98 |
5,0±0,3 / 2,0 |
80,0±5,7 / 98,5 |
5,5±0,3 / 1,5 |
Незначительно уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
32 |
67,3±2,8 / 99,0 |
1,5 ±0,2 / 1,0 |
75,3±6,3 / 99,0 |
3,4 ±0,7 / 1,0 |
Уменьшилось количество пигментированного мицелия |
|
68 |
68,4±326 / 98,7 |
2,8±0,3 / 1,3 |
68,0±5,5 / 99,0 |
3,0±0,3 / 1,0 |
Длина мицелия двух типов осталось неизменной |
|
74 |
78,9±2,9 / 98,6 |
4,6 ±0,3 / 1,4 |
75,3±5,4 / 98,0 |
4,9 ±0,3 / 2,0 |
Незначительно уменьшилось количество непигментированного мицелия |
Анализ соотношения бесцветного и пигментированного мицелия за двухлетний период на стеклах обрастания показал, что преобладает по длине (и общему процентному соотношению) бесцветный непигментированный мицелий. Преобладание бесцветного мицелия (98,5-99%) отмечено в пробах почв точек 68, 32, 74, 29, 1-6, что говорит об общем благополучии почв по общему химическому загрязнению. В пробах точки 6 максимальное процентное содержание (6,0%) пигментированного мицелия. Различие в длине пигментированного и непигментированного мицелия статистически достоверно, что свидетельствует об отсутствии изменения общих свойств почв, диагностируемых микоиндикацией. Уменьшение количества пигментированного мицелия за 2013-2014 гг. статистически недостоверно.
На объекте 1204 начато развитие диагностики общего состояния почв с использованием микроорганизмов (бактериальной флоры и фауны).Микроорганизмы являются чрезвычайно важным фактором формирования плодородия почвы, а также базой для оценки процессов самоочищения и разработки рекультивационных мероприятий. Наличие в грунтовых экосистемах самых разнообразных групп микроорганизмов, которые отличаются по биологической и биохимической специфичности, имеет огромное значение в процессах, происходящих в почве. Количественный состав и соотношение отдельных представителей в микробном ценозе почвы значительно зависит от поступления в почву растительных остатков, которые в первую очередь трансформируются под влиянием неспоровых бактерий и микроскопических грибов, а на поздних стадиях этого процесса - бацилл и актиномицетов. Микроорганизмы, «питающиеся различными органическими веществами и активность которых связана с поступлением этих веществ в почву», С.М. Виноградский назвал зимогенной микрофлорой, тогда как микроорганизмы, разлагающие гумусовые соединения, он отнес к автохтонной микрофлоре.Значительное влияние на распространение в почве тех или иных групп микроорганизмов вызывают корневые выделения растений.Согласно имеющимся данным корневые выделения составляют около 20% от общего количества продуктов фотосинтеза растений.
В таблице 2 представлены результаты определения общей численности микроорганизмов в почве, численности автохтонных микроорганизмов, целлюлозоразрушающая активность почвенной микрофлоры.
Таблица 2
Разнообразие и характеристика почвенных микроорганизмов
в пробах почвы реперных точек (2014 г.)
|
Реперная точка |
Тип почвы |
рН среды |
Численность бактерий (кл/г сухой почвы) / КОЕ |
Целлюлозоразрушающая активность микроорганизмов (в %) |
|
2 |
среднедерновая слабоподзолистая со следами оглеениясвязнопесчаная на двучленных отложениях легкой покровной супеси и древнеаллювиальных песках |
6,3 |
299,7 × 106/ 198,0 × 105 |
87,0 |
|
27 |
слабодерновая слабоподзолистая супесчаная на легкой покровной супеси с гнездами и прослойками красно-бурой опесчаненной морены |
6,7 |
433,0 × 106 / 188,0 × 105 |
90,5 |
|
5 |
слабодерновая слабоподзолистая супесчаная на двучленных отложениях легкой покровной супеси и красно-бурой суглинистой морены |
6,2 |
588,0 × 106 / 194,0 × 105 |
95,7 |
|
74 |
среднедерновая слабоподзолистая супесчаная на легкой покровной супеси с гнездами и прослойками красно-бурой опесчаненной морены |
6,5 |
264,0 × 106 / 185,0 × 105 |
97,8 |
|
29 |
слабодерновая слабоподзолистая супесчаная на легкой покровной супеси с гнездами красно-бурой опесчаненной морены |
6,3 |
303,0 × 106 / 201,0 × 105 |
97,4 |
|
19 |
среднедерновая слабоподзолистая супесчаная на двучленных отложениях покровной супеси и опесчаненной красно-бурой морены |
6,2 |
278,0 × 106/ 182,0 × 105 |
97,9 |
|
50 |
среднедерновая слабоподзолистая супесчаная на двучленных отложениях покровной супеси и опесчаненной красно-бурой морены |
6,7 |
1234,0 × 106/ 180,0 × 105 |
94,0 |
|
68 |
торфяно-перегнойно-глеевая суглинистая на переотложенном элювии глинистой опоки |
5,8 |
235,0 × 106 / 179,0 × 105 |
96,0 |
|
34 |
перегнойно-глеевая суглинистая на переотложенном элювии глинистой опоки |
5,9 |
222,0 × 106 / 175,0 × 105 |
90,0 |
|
121 |
темноцветная глееватая суглинистая на переотложенном элювии глинистой опоки |
5,7 |
211,4 × 106 / 71,2 × 105 |
83,0 |
Общая численность бактерий в почве зависит от типа почвы (соответственно от типа растительных сообществ, под которыми формируются почвы). Показатели по общему числу микроорганизмов и КОЕ выше в почвах лесных экосистем реперных точек ОУХО по сравнению с луговыми. Общая численность микроорганизмов и КОЕ соответствует условным нормам [9].Целлюлозоразрушающая активность микроорганизмов почв также высока, что свидетельствует о благоприятном состоянии почвенной микробиоты и высоком потенциале почв к самоочищению.
Биодиагностика состояния воздуха и по реакции растений семейства хвойные дала достоверные надёжные биомониторинговые результаты. Показатели рассчитывались в весенний период по различным параметрам листьев ели европейской (по листьям второго года жизни), сосны лесной. Данные отражены в табл. 3.
Таблица 3
Морфологические параметры растений семейства хвойные в реперных точках объекта
|
№ реперной точки |
2013 г. |
2014 г. |
Примечание |
||
|
Некрозы сосны лесной (%) |
Длина хвои ели европейской (мм) |
Масса 1000 хвоинок ели европейской (г) |
Некрозы сосны лесной (%) |
||
|
1 |
3,6 (серединный и верхушечный) |
14,10±0,7 |
2,47±0,2 |
5,5 (серединный и верхушечный) |
Процент некрозов увеличился |
|
2 |
8,0 (серединный и верхушечный некроз) |
15,48±0,9 |
2,31±0,2 |
10,1 (серединный и верхушечный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
5 |
10,0 (верхушечный некроз) |
15,76±1,2 |
2,83±0,2 |
12,3 (верхушечный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
6 |
11,0 (серединный и верхушечный некроз) |
15,40±1,1 |
3,98±0,4 |
14,0 (серединный и верхушечный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
19 |
8 (серединный и верхушечный некроз) |
14,39±0,45 |
2,81±0,2 |
7,9 (серединный и верхушечный некроз) |
Процент некрозов не изменился |
|
27 |
8,4 (серединный некроз) |
13,70± 0,6 |
2,5±0,2 |
10,3 (серединный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
29 |
8,0 (верхушечный некроз) |
13,84±0,8 |
2,63±0,2 |
13,6 (верхушечный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
30 |
5,0 (серединный некроз) |
14,3±0,9 |
2,96±0,2 |
9,5 (серединный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
32 |
7,6 (серединный некроз) |
13,67±1,2 |
2,83±0,2 |
10,4 (серединный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
|
68 |
7,9 (серединный некроз, у основания хвои) |
13,21±0,9 |
3,11±0,6 |
12,3 (серединный некроз, у основания хвои) |
Процент некрозов увеличился |
|
74 |
10,4 (верхушечный некроз) |
14,06 ±0,67 |
2,49±0,2 |
12,3 (верхушечный некроз) |
Процент некрозов увеличился |
Длина хвои ели европейской соответствует норме в природных сообществах у всех проб листьев деревьев, изъятых для анализа. Длина листьев изменяется от 13,21±0,9 до 15,76±1,2 мм. Различия в длине модельных листьев ели из различных реперных точек статистически недостоверны. Длина хвои ели европейской изменяется от 2,31±0,2 мм (точка 2) до 3,98±0,4 (точка 6). Так как для Южного Нечерноземья России приводятся данные массы хвоинок в эталонных экосистемах в интервале от 2,75 до 3,1 г, следовательно, весовые характеристики хвои на реперных точках соответствуют условной норме. Диагностированное увеличение массы хвоинок до 3,99 г наблюдается в точке 6, непосредственно прилегающей к промзоне ОУХО. Повторный анализ этих показателей для 2014 г. не проводился.На листьях ели зарегистрированы все виды точечных некрозов, преобладает верхушечный и серединный некроз. Этот тип некрозов свидетельствует об аэрозольном виде загрязнителей атмосферы, их непостоянном поступлении на растительные объекты, а также о преобладании в составе поллютантов оксида серы (IV) и озона. Число листьев и их процентное отношение некрозами невелико: от 3,6 до 11% (в точке 6). Так как число некрозов не превышает 15 % от общего числа исследованных листьев, следовательно, состояние атмосферы благоприятное во всех точках (рисунок).
За период наблюдений 2014 г. на всех точках и пробных площадках зарегистрировано увеличение числа листьев с некрозами. Однако такое увеличение статистически недостоверно. В точке 68 процент некрозов на листьях увеличился достоверно значимо. Вероятно, это объясняется движением воздушных масс, несущих загрязнители с прилегающих местностей, и розой ветров, характерной для исследуемого района.
Зоны по общему состоянию воздуха, выделенные на основании процентных значений некрозов на листьях сосны лесной
Заключение
Биодиагностика состояния почвы и воздуха методами почвенной микробиологии и морфологической индикации дала достоверные надёжные биомониторинговые результаты, включённые в систему экомониторингахимически опасного техногенного объекта в Почепском районе Брянской области. Микоиндикационные исследования выявили преобладание бесцветного мицелия, что свидетельствует о благополучии почв по общему химическому загрязнению. Различие в длине пигментированного и непигментированного мицелия почвенных образцов за два года исследований статистически достоверно, что свидетельствует об отсутствии изменения общих свойств почв, диагностируемых микоиндикацией. Показатели по общему числу микроорганизмов и КОЕ выше в почвах лесных экосистем реперных точек химически опасного техногенного объекта по сравнению с луговыми точками пробоотбора. Целлюлозоразрушающая активность микроорганизмов почв также высока, что свидетельствует о благоприятном состоянии почвенной микробиоты и высоком потенциале почв к самоочищению и хороших предпосылках к организации рекультиваций территории в будущем. Морфологическая биоиндикация и графическое отображение её результатов позволяют диагностировать благоприятное состояние воздуха и определить стрессовые факторы. Общее состояние воздуха района ОУХО относительно благоприятное. Установленные типы некрозов листьев хвойных как биоиндикаторов свидетельствуют об аэрозольном виде загрязнителей атмосферы, представленных оксидом серы (IV) и озоном.
Рецензенты:
БулоховА.Д., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биологии ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. акад. И.Г. Петровского», г. Брянск;
Сычёв С.М., д.с.-х.н., профессор кафедры луговодства, селекции, семеноводства и плодоовощеводства ФГБОУ ВПО «Брянский государственный аграрный университет», Брянская обл., п. Кокино.