Статья: К вопросу о биоремедиации урбанизированных почв аридной зоны России: микробиологические показатели и индикаторные биообъекты

Численность бактерий, усваивающих как органический (бактерии на МПА - аммонификаторы), так и минеральный азот (бактерии на КАА - амилолитики), убывает вниз по почвенному профилю для всех изученных проб бэровских бугров. Максимальные значения численности амилолитиков не превышают 7000·10² кл/г почвы, аммонификаторов - 4000·10² кл/г почвы. Таким образом, амилолитики обуславливают более интенсивные процессы минерализации органического вещества в бурых аридных почвах (рисунок 2).

почвенный профиль: глубина 1 - 15-20 см; глубина 2 - 10-15 см; глубина 3 - 5-10 см; глубина 4 - 0-5 см

Рисунок 2 - Соотношение бактерий, растущих на МПА и КАА, в почвах бэровских бугров г. Астрахани

На роль индикаторных бактерий, используемых для мониторинга городской среды, может претендовать таксономически определенная популяция, совокупность биологических потребностей которой соответствует свойствам городской среды, где такие бактерии могут отбираться в процессе антропогенеза, выживать и доминировать.

Поэтому при мониторинге городской среды важно исследовать характер распространения свободноживущих азотфиксирующих (диазотрофных) бактерий, способных к постоянному размножению и развитию не только в ризосфере растений, но и свободно в почвенном пространстве при сохранении их исходных свойств: азотфиксации, продукции фитогормонов и некоторых типов фунгистатических агентов [16].

Для определения численности азотфиксирующих (диазотрофных) бактерий исследовали почвенный покров некоторых антропогенно преобразованных участков города, испытывающих различную нагрузку [17]. Анализ полученных данных показал, что имеется тенденция к приуроченности численности бактерий к слабощелочным и щелочным почвам. Величина рН является одним из условий жизнеспособности клеток Azotobacter chroococcum в урбаноземах. Было обнаружено, что содержание популяции азотфиксирующих бактерий варьирует в пространстве. Данная группа широко представлена в урбаноземах, где наблюдается сильный антропогенный прессинг, и практически отсутствует в почвах парковой зоны. Процент обрастания комочков почвы в данных исследованиях зависел от типа питательной среды, и более информативной оказалась среда Фёдорова - Калининской (таблица 2). Наибольший процент обрастания комочков почвы диазотрофными бактериями наблюдается в образцах из прибрежной зоны р. Кутум (87-92 %) и придорожного газона автозаправочной станции № 21 (90-92 %). Минимальный процент обрастания комочков почвы бактериями наблюдался в образцах из сквера Астраханского кремля (20-35 %).

Вероятнее всего, фактором, лимитирующим развитие данной группы бактерий в почве, является не только реакция среды, но и содержание токсических элементов (что требует проведения дальнейших химических исследований).

Санитарно-микробиологическая оценка почвенного покрова социально значимых мест г. Астрахани показала следующее. Из анализа показателей колититра следует, что почвенный покров участков 1, 12 и 13 (нумерация объектов приводится в методике) имеет очень высокую степень экологического неблагополучия. Относительно удовлетворительное экологическое состояние почвы имеют участки 2, 4, 8, 9, 15 и 17. Значения индекса энтерококков в почвах изученных объектов распределились от удовлетворительного до высокого (от 5 до 15 клеток на 1 грамм почвы) (таблица 3).

Таблица 2 - Содержание азотфиксирующих (диазотрофных) бактерий в урбаноземах г. Астрахани

Таблица 3 - Оценка эпидемической опасности почв социально значимых объектов г. Астрахани

Численность сульфатредуцирующих бактерий почвенного покрова распределилась неоднозначно по участкам дворовых территорий (урбаноземам): максимальные значения численности сульфатредукторов наблюдались в местах отбора на улице Николая Островского (72·10⁴ кл/г почвы), минимальные - на улице Джона Рида (24·10⁴ кл/г почвы). Наибольшая численность аммонифицирующих бактерий наблюдалась в почвенных образцах, отобранных на улице Дзержинского (40·10⁴ кл/г почвы), наименьшая - в переулке Грановском (11·10⁴ кл/г почвы) (рисунок 3).

1 - ул. Дж. Рида; 2 - ул. Звездная; 3 - ул. Н. Островского; 4 - ул. Татищева; 5 - ул. Минусинская; 6 - ул. Дзержинского; 7 - пер. Грановский

Рисунок 3 - Распределение численности микроорганизмов в урбаноземах г. Астрахани

В урбопочвах распределение численности микроорганизмов сложилось следующим образом. Наибольшие значения численности сульфатредукторов отмечались в образцах, отобранных на улице Софьи Перовской (61·10⁴ кл/г почвы) и улице Жилой (50·10⁴ кл/г почвы). Максимальные значения численности аммонификаторов наблюдались в образцах, отобранных на улице Карла Маркса (22·10⁴ кл/г почвы), наименьшие значения - в образцах с улицы Красной Набережной (9·10⁴ кл/г почвы) (рисунок 4).

1 - ул. Калинина; 2 - ул. С. Перовской; 3 - ул. Жилая; 4 - ул. К. Маркса; 5 - ул. Керченская; 6 - ул. Кр. Набережная

Рисунок 4 - Распределение численности микроорганизмов в урбопочвах г. Астрахани

Количество клеток сульфатредукторов в почве детских школьных площадок колеблется от 60·10⁴ до 20·10⁴ кл/г почвы (соответственно СОШ № 61 и СОШ № 56), численность аммонифицирующих бактерий варьирует от 35·10⁴ до 25·10⁴ кл/г почвы (соответственно гимназия № 3 и лицей № 2) (рисунок 5).

Таким образом, впервые была проведена оценка урбанизированных почв г. Астрахани по микробиологическим показателям. Установлено, что численность бактерий, актиномицетов и водорослей в аллювиальных почвах острова Городского сопоставима с таковыми показателями почв дельты Волги и остров может считаться условно ненарушенной экосистемой г. Астрахани. В бурых аридных почвах бэровских бугров численность амилолитиков превышает численность аммонификаторов, что обуславливает более интенсивные процессы минерализации органического вещества в этих почвах. По показателям колититра и индекса энтерококков степень экологического неблагополучия городских почв варьирует от удовлетворительной до высокой.

1 - СОШ № 61; 2 - СОШ № 58; 3 - СОШ № 56; 4 - лицей № 2; 5 - гимназия № 3

Рисунок 5 - Распределение численности микроорганизмов в почвенных образцах детских школьных площадок г. Астрахани

В урбаноземах и урбопочвах возрастает численность популяции сульфатредуцирующих бактерий, в почвах детских школьных площадок - аммонифицирующих бактерий. Выявлена определенная тенденция к приуроченности неассоциированных азотфиксаторов (диазотрофов) к загрязненным щелочным почвам, которые участвуют в процессе деструкции органического вещества.

Данное исследование имеет не только научное, но и социальное значение для города. В связи с этим необходимо совершенствование системы мониторинга состояния почвенного покрова социально значимых мест для горожан и гостей города с внедрением новых показателей и критериев. Выявленные микробиологические показатели могут являться основанием для дальнейших исследований с целью создания биоремедиационной технологии городских почв, а численность неассоциированных азотфиксаторов (диазотрофов) может служить индикатором экологического состояния почвы.

Список использованных источников

1 Лысак, Л. В. Бактериальные сообщества городских почв: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.02.03 / Лысак Людмила Вячеславовна. - М., 2010. - 48 с.

2 Яковлев, А. С. Биологическая диагностика и мониторинг состояния почв / А. С. Яковлев // Почвоведение. - 2000. - № 1. - С. 70-79.

3 Полянская, Л. М. Биомасса грибов в различных типах почв / Л. М. Полянская, В. В. Гейдебрехт, Д. Г. Звягинцев // Почвоведение. - 1995. - № 5. - С. 566-572.

4 Раппопорт, А. В. Антропогенные почвы городских ботанических садов (на примере Москвы и Санкт-Петербурга): автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.27 / Раппопорт Александр Витальевич. - М., 2004. - 25 с.

5 Некоторые методологические принципы при исследовании городских почв / Т. В. Бардина, Л. П. Капелькина, В. С. Зуев, Е. В. Иванцова // Тез. докл. III съезда Докучаевского общества почвоведов, г. Суздаль, 11-15 июля 2000 г. - Суздаль, 2000. - С. 14.

6 Строганова, М. Н. Экологическое состояние городских почв и стоимостная оценка земель / М. Н. Строганова, Т. В. Прокофьева, А. Н. Прохоров // Почвоведение. - 2003. - № 7. - С. 867-875.

7 Burghardt, W. Soil quality of urban ecosystems / W. Burghardt // Integrated soil and sediment research: a basis for proper protection. - Dordrecht: Kluwer, 1993. - P. 359-364.

8 Jim, C. Y. Urban soils characteristics and limitations for landscape planting in Hong Kong / C. Y. Jim // Landscape and urban planning. - 1998. - V. 40. - P. 235-249.

9 Effects of elevation, slope position and livestock exclusion on microfungi isolated from soils of Mediterranean grasslands / O. Maggi, A. M. Persiani, M. A. Casado, F. D. Pineda // Mycologia. - 2006. - V. 97. - P. 984-995.

10 Пархоменко, А. Н. Влияние загрязнений нефтепродуктами и серой на микрофлору почв аридной зоны (на примере Астраханской области): автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.02.08 / Пархоменко Анна Николаевна. - Уфа, 2011. - 22 с.

11 Микробные сообщества аллювиальных почв дельты Волги / Н. А. Сальникова, Л. М. Полянская, З. Т. Тюгай, А. Л. Сальников, М. А. Егоров // Почвоведение. - 2009. - № 1. - С. 64-70.

12 Оценка содержания запасов углерода в гидроморфных почвах дельты Волги / Н. А. Сальникова, А. Л. Сальников, З. Т. Тюгай, Л. М. Полянская, М. А. Егоров // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2008. - № 12. - С. 139-142.

13 Муравьев, А. Г. Оценка экологического состояния природно-антропогенного комплекса: практ. рук-во / А. Г. Муравьев. - СПб.: «Крисмас+», 2000. - 78 с.

14 Распределение численности и биомассы микроорганизмов по профилям зональных типов почв / Л. М. Полянская, В. В. Гейдебрехт, А. Л. Степанов, Д. Г. Звягинцев // Почвоведение. - 1995. - № 3. - С. 322-328.

15 Методы почвенной микробиологии и биохимии / И. В. Асеева [и др.]; под ред. Д. Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 302 с.

16 Скворцова, И. Н. Азотобактер в почвах города Москвы / И. Н. Скворцова, М. Н. Строганова, Д. А. Николаева // Почвоведение. - 1997. - № 3. - С. 384-391.

17 Пищухина, Е. Ю. Азотобактер в условиях урбанизированной среды (на примере г. Астрахани) / Е. Ю. Пищухина, А. Л. Сальников, Н. А. Сальникова // Биология - наука XXI века: XV Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых, г. Пущино, 18-22 апреля 2011 г. - Пущино, 2011. - С. 53-54.

Калинкина Виталина Евгеньевна - аспирант кафедры агроинженерии, мелиорации и агроэкологии, Астраханский государственный университет, Астрахань, Российская Федерация.

Контактный телефон: +7 988 074-91-86.

Е-mail: rogozavitalina@mail.ru

Сальникова Наталья Алексеевна - кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии, Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Российская Федерация.

Контактный телефон: +7 903 349-31-34.

Е-mail: natalya-salnikova-81@mail.ru

Сальников Алексей Львович - доктор биологических наук, доцент, заведующий кафедрой агроинженерии, мелиорации и агроэкологии, Астраханский государственный университет, Астрахань, Российская Федерация.

Контактный телефон: +7 903 378-59-60.

E-mail: alsalnikov@yandex.ru