Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

На химически опасных техногенных объектах обязательна к реализации многоуровневая система экомониторинга, включающая и блок биомониторинга, данные которого могут использоваться для последующей ремедиации и рекультивации санитарно-защитных зон[2]. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении ратифицирована Российской Федерацией в 1997 г., в рамках которой был создан объект по хранению химического оружия и объект по утилизации химического оружия (ОУХО) в Почепском районе Брянской области. В местах расположения объектов по хранению и утилизации химического оружия в Кировской, Курганской, Пензенской, Саратовской областях, Удмуртской Республике налажен фоновый и текущий мониторинг за состоянием экосистем в целях обеспечения экологической безопасности [2].

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.