Биологические показатели горно-луговой почвы после химического загрязнения

Влияние химического загрязнения на биологические показатели горно-луговой (субальпийской) почвы представлены в таблице 10 и на рис. 43-49.

Таблица 10

Влияние химического загрязнения на биологические свойства

горно-луговой (субальпийской) почвы

Элемент (вещество)

Доза загрязняющего вещества

Контроль

1 пдк

10 ПДК

100 ПДК

НСР05

Активность каталазы, мл Ог на 1 г почвы за 1 мин

Сг

5,3

4,2

3,9

1,3

0,7

Си

5,3

4,7

4,1

4,0

0,4

Ni

5,3

4,8

4,7

4,1

0,4

Pb

5,3

5,3

4,5

3,5

0,4

нефть

5,3

4,5

2,4

1,6

0,6

НСР05

0,4

0,4

0,4

Активность дегидрогеназы, мг ТТФ на 10 г почвы за 24 часа

Сг

15.7

12,8

9,5

4.1

2,5

Си

15,7

14,5

11.1

9.4

1,7

Ni

15,7

16,7

10,4

10,7

1.4

Pb

15,7

15,4

11.8

9,7

1,8

нефть

15,7

13,1

10,4

9

1,3

НСР05

1,7

1,3

1,3

Целлюлозолитическая активность, % от контроля

Сг

100

32

15

5

9

Си

100

76

56

35

9

Ni

100

79

44

36

7

Pb

100

83

66

40

10

нефть

100

69

37

14

17

НСР05

8

7

5

Окончание таблицы 10

Элемент (вещество)

Доза загрязняющего вещества

Контроль

I ПДК

10 ПДК

100 ПДК

НСР05

Обилие бактерий рода Azotohacter, % комочков обрастания

Сг

100

67

43

28

7

Си

100

84

34

31

8

Ni

100

100

74

49

И

Pb

100

89

67

42

10

нефть

100

91

35

13

8

НСР05

И

7

6

Длина корней редиса (фитотоксичность), % от контроля

Сг

100

70

44

0

11

Си

100

104

39

19

9

Ni

100

110

56

33

8

Pb

100

86

41

19

10

нефть

100

59

41

33

9

НСР05

7

5

4

Общая численность бактерий, млрд/г

Сг

4,6

3,1

1,7

1,0

0.4

Си

4,6

3,5

2.9

2.0

0.3

Ni

4,6

4,0

3,3

2.2

0,3

Pb

4,6

3,3

2,2

1,9

0,3

нефть

4,6

3,1

3,0

2,8

0,6

НСР05

0,3

0,3

0,3

Интегральный показатель биологического состоянияпочвы, % от контроля

Сг

100

66

46

18

Си

100

87

56

44

Ni

100

96

67

52

Pb

100

88

62

45

нефть

100

76

45

28

  • ? 1 ПДК(1%)
  • ? 10ПДК(5%)

аюопдк(1О%)

Рис. 43. Влияние химического загрязнения на активность каталазы горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Влияние химического загрязнения на активность дегидрогеназы горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Рис. 44. Влияние химического загрязнения на активность дегидрогеназы горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Влияние химического загрязнения на целлюлозолитическую активность горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Рис. 45. Влияние химического загрязнения на целлюлозолитическую активность горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Влияние химического загрязнения на обилие бактерий рода Azotobacter в горно-луговой (субальпийской) почве, % от контроля

Рис. 46. Влияние химического загрязнения на обилие бактерий рода Azotobacter в горно-луговой (субальпийской) почве, % от контроля

? 1ПДК(1%) Е310ПДК(5%) Е1100ПДК(10%)

Рис. 47. Влияние химического загрязнения на фитотоксичность горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

? 1 ПДК (1%) ? 10 ПДК (5%) ЕЮО ПДК (10%)

Рис. 49. Влияние химического загрязнения на численность бактерий в горно-луговой (субальпийской) почве, % от контроля

  • ? 1ПДК(1%) а1опдк(5%)
  • ? 100 ПДК(10%)

Рис. 49. Интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) горно-луговой (субальпийской) почвы, % от контроля

Исследование показало, что загрязнение данных почв ТМ приводит к ухудшению их состояния. Чаще наблюдалось достоверное уменьшение значений всех исследованных биологических показателей. Степень ухудшения биологического состояния почв зависела от природы ТМ, его количественного содержания в ней, а так же биологических и физико-химических свойств самих почв. (Вернигорова, Колесников,20 14;Лубенцова, Вернигорова,2014)

Наибольшее токсичное воздействие оказал Сг. Си, РЬ и Ni проявили меньшее токсическое воздействие. (Тимошенко, Вернигорова,2014)

В большинстве случаев для всех исследованных ТМ отмечена прямая зависимость между содержанием в почве химического вещества и степенью снижения биологических активности. (Вернигорова, Колесников,2015)

Механизмы токсического действия ТМ на биологические свойства почв заключаются в том, что ТМ связываются с сульфгидрильными группами белков. В результате подавляется синтез белков, в том числе и ферментов, а также нарушается проницаемость биологических мембран. И то, и другое, приводит к нарушению обмена веществ (Торшин и др., 1990)

Ранее авторами было исследовано изменение биологических свойств почв юга России при загрязнении нефтью и бензином (Колесников и др., 2006; 2007; 2010; 2013; 2014; Kolesnikov et al., 2006; 2007; 2010; 2013; 2014; 2015), тяжелыми металлами (Вальков и др., 1997; Колесников и др., 1999; 2000; 2001; 2009; 2010; 2011; 2012; 2013; 2014; Valkov et al., 1997; Kolesnikov et al., 2000; 2001; 2009; 2010; 2011; 2012; 2013; 2014; 2015), металлоидами (Колесников и др., 2008; Kolesnikov et al., 2008), пестицидами (Казеев и др., 2010) и антибиотиками (Акименко и др., 2014; 2015; Akimenko et aL, 2014; 2015). В большинстве случаев было установлено снижение биологических показателей, однако в ряде случаев на «малых» дозах загрязняющих веществ наблюдалась стимуляция биологической активности почвы. Подобные явления широко известны в экотоксикологии под названием «эффекта малых токсичных доз».

Исследованные ТМ образуют следующие ряды экотоксичности по отношению к почвам Крыма. (В скобках представлены значения ИПБС почвы, усредненные для трех доз: 100, 1000 и 10000 мг/кг). По отношению к черноземам остаточно-карбонатным: Cr(52) > Pb(76) > Cu(81) > Ni(85). По отношению к черноземам южным: Cr(44) > Pb(77) = Cu(77) > Ni(79). По отношению к темно-каштановым солонцеватым почвам: Сг(37) > РЬ(72) = Ni(72) > Cu(73). По отношению к коричневым карбонатным почвам: Сг(28)

> Cu(68) > Pb(70) > Ni(71). По отношению к бурым лесным почвам: Сг(ЗО)

> Си (49) = Ni(49) > Pb(55). По отношению к горно-луговым почвам: Сг(43)

> Cu(63) > Pb(65) > Ni(71). По отношению к почвам Крыма (в среднем) ТМ образуют следующую последовательность: Сг (36) > Си (66) > РЬ (67) > Ni (68).

Схожая закономерность была получена ранее в исследованиях, проведенными по той же методике, с другими почвами Юга России: черноземами, каштановыми, бурыми полупустынными, серыми и бурыми лесными, дерново-карбонатными, солонцами, солончаками, песчаными и др. (Колесников, Жаркова, 2014). Сг вне зависимости от типа почвы всегда оказывал более сильное негативное воздействие, чем Си, РЬ и Ni (Колесников, Спивакова, 2011; Колесников, Тлехас, 2009; Колесников и др., 2008; 2009; 2010; 2011; 2013; 2014; Kolesnikov et al., 2008; 2009; 2010; 2011; 2013; 2014; 2015). А три последних элемента, проявляя, в общем, схожую степень токсичности, на разных почвах занимают разные места в ряду токсичности друг относительно друга. Однако такая последовательность ТМ по их экологической опасности для почв не всегда совпадает с ранее полученными данными на других типах почв (Торшин и др., 1990). Этот вопрос требует дальнейших специальных исследований.

Ранее на черноземах юга России было отмечено, что высокое количество гумуса в большей степени определяет буферность почвы к загрязнению Сг, а щелочные значения pH больше обеспечивают устойчивость к Си, Ni и РЬ (Колесников и др., 2013). Исследование почв Крыма в целом подтвердило эту закономерность. Коэффициенты корреляции между pH и ИПБС почвы свидетельствуют о том, что реакция почвенной среды в существенной степени влияла на токсичность РЬ (г=0,94), Си (г=0,92) и Ni (г=0,85), и мало влияла на токсичность Сг (г=0,35). Видимо, это связано с тем, что первые три элемента являются в большей степени катионообразующими, и их подвижность, а, следовательно, и токсичность для биоты, в большей степени проявляется в кислых почвах. Сг проявил высокую токсичность не только в кислых, но и в слабощелочных почвах, где из оксида хрома образуется высокоподвижный хромат (Manceau, 2002). Коэффициенты корреляции между содержанием гумуса и ИПБС почвы показали, что содержание в почве гумуса, напротив, мало влияет на токсичность РЬ (г=0,12), Си (г=0,15) и Ni (г=0,33), но влияет на токсичность Cr (r=0,51).

Была проведена сравнительная оценка устойчивости основных почв Крыма к загрязнению ТМ по степени снижения ИПБС почв.

Почвы Крымского полуострова имеют не одинаковую устойчивость биологических свойств к загрязнению разными ТМ. Они образуют ряды степени ухудшения биологических свойств при загрязнении разными ТМ (ряды усреднены по дозам загрязняющего вещества).

Ряд степени ухудшения биологических свойств при загрязнении почв Сг выглядит следующим образом: черноземы остаточно-карбонатные (52) > черноземы южные (44) > горно-луговые (43) > темно-каштановые солонцеватые (37) > бурые лесные (30) > коричневые карбонатные (28).

При загрязнении почв Си: черноземы остаточно-карбонатные (81) > черноземы южные (77) > темно-каштановые солонцеватые (73) > коричневые карбонатные (68) > горно-луговые (63) > бурые лесные (49).

При загрязнении почв Ni: черноземы остаточно-карбонатные (85) > черноземы южные (79) > темно-каштановые солонцеватые (72) > горнолуговые (71) = коричневые карбонатные (71) > бурые лесные (49).

При загрязнении почв РЬ: черноземы южные (77) > черноземы остаточно-карбонатные (76) > темно-каштановые солонцеватые (72) > коричневые карбонатные (70) > горно-луговые (65) > бурые лесные (55).

По степени устойчивости к загрязнению ТМ почвы Крыма образуют следующий ряд (в среднем для Cr, Си, Pb, Ni): черноземы остаточно-карбонатные (74) > черноземы южные (69) > темно-каштановые солонцеватые (63) > горно-луговые (61) > коричневые карбонатные (59) > бурые лесные (46).

Приведенная последовательность основывается на экологогенетических свойствах исследованных почв, прежде всего, на грануломет рическом составе, щелочно-кислотном и окислительно-восстановительном условиии, содержании органического вещества и биологической активности.

Наибольшую буферную способность к загрязнению ТМ проявили черноземы остаточно-карбонатные и южные, а также темно-каштановые почвы. Их отличает тяжелосуглинистый гранулометрический состав, высокое содержание гумуса, близкая к нейтральной pH и окислительные условия, способствующие закреплению ТМ.

Коричневые почвы по сравнению с черноземами имеют меньшее содержание гумуса, тяжелосуглинистый гранулометрический состав, более низкий pH, и соответственно большую подвижность ТМ.

Низкой устойчивостью к загрязнению отличаются бурые лесные почвы. Для них характерно низкое содержание гумуса, среднесуглинистый гранулометрический состав, кислая pH, высокая подвижность ТМ.

Горно-луговые почвы имеют высокое содержание органики в верхнем горизонте, кислую pH, среднесуглинистый гранулометрический состав. In situ эти почвы являются ранимыми, практически неустойчивыми к внешним воздействиям, по причине жестких климатических условий, и, как следствие, медленному протеканию процессов восстановления почв. В то же время, in vitra при поддержании оптимальной влажности и комнатной температуры эти почвы проявили высокую устойчивость к химическому загрязнению. По-видимому, это связано с высоким содержанием в них органического вещества, что привело к связыванию ТМ, и резким возрастанием биологической активности в оптимальных гидротермических условиях лаборатории. Поскольку степень устойчивости наземных экосистем к химическому загрязнению определяется, в первую очередь, устойчивостью почвы, была дана оценка устойчивости экосистем Крыма. По степени устойчивости к загрязнению ТМ наземные экосистемы Крыма образуют следующий ряд: настоящие степи > сухие степи > горные луга > редколесья > широколиственные леса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >