Главная Коллекция "Otherreferats" Экология и охрана природы Биологическая активность парковых почв г. Нижнего Новгорода

Биологическая активность парковых почв г. Нижнего Новгорода

Исследование перспективных методов биологической оценки почв (активность каталазы, инвертазы, нитрификации, интенсивность выделения углекислого газа, целлюлолитическая активность). Экологический мониторинг состояния парковых почв г. Нижнего Новгорода.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.05.2018
Размер файла 22,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПАРКОВЫХ ПОЧВ г. НИЖНЕГО НОВГОРОДА

М.В. Дабахов

Управление экологии ОАО «ГАЗ»,

г. Нижний Новгород, Россия

Введение

Роль биологических методов в оценке экологического состояния почвенного покрова в перспективе достаточно велика. Известно, что исследование элементного состава почв не может дать необходимой информации о влиянии неблагоприятных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека на почвы и произрастающую на них растительность. Только использование живых организмов: растений и микроорганизмов, а также показателей их активности, может дать необходимые оперативные данные о воздействии комплекса неблагоприятных факторов, которые включают в себя не только токсичные элементы, содержащиеся в почве, но и изменения водного, теплового, питательного и других режимов, имеющих место в антропогенно преобразованных почвах [1]. В настоящее время накоплен довольно значительный объем информации о применении биохимических и биологических методов для оценки экологического состояния почв об изменении состава микробного сообщества и связанной с ним активности ферментов, сравнительной оценке их чувствительности. Показано существенное влияние высоких доз металлов на видовой состав и численность микробиоты [2,3]. Тяжелые металлы ингибируют процессы минерализации и синтеза различных веществ в почвах [4], подавляют дыхание почвенных микроорганизмов, вызывают микробостатический эффект [5]. Большинство тяжелых металлов в повышенных концентрациях ингибирует активность почвенных ферментов: каталазы, инвертазы, амилазы и др. [2, 6]. Установлена различная чувствительность ферментов по отношению к различным дозам металлов. Так, в дерново-подзолистой почве наиболее чувствительной считается каталаза, активность которой снижается на 25 % при концентрациях кадмия, в три раза превышающих фоновую, цинка - в десять раз, свинца - в двадцать пять раз. Несколько менее чувствительным показателем является активность инвертазы [2]. Отмечалась высокая чувствительность нитрифицирующей способности к загрязнению почв металлами [4]. В то же время было замечено, что при изучении влияния металлов на биохимическую активность в полевых условиях обнаружить закономерную взаимосвязь значительно труднее, чем в модельных экспериментах. Это во многом объясняется высокой вариабельностью естественной природной среды. В связи с этим в большинстве работ нет достоверных данных об изменении показателей нитрифицирующей активности, выделения углекислого газа, активности ряда ферментов даже при значительном содержании тяжелых металлов в почве [2].

почва экологический мониторинг парковый

Объект и методика исследования

Цель исследования - апробация наиболее перспективных методов биологической оценки почв (активность каталазы, инвертазы, нитрификации, а также интенсивность выделения углекислого газа и целлюлолитическая активность) для изучения экологического состояния почв, а также первичная оценка состояния парковых почв г. Нижнего Новгорода в рамках почвенно-экологического мониторинга.

Работы проводились на двух объектах. Первый - территория Щелковского хутора, расположенного в южной части города. На этом участке находится лес с преимущественно широколиственными породами (дуб с примесью тополя и березы). Под лесом сформированы светло-серые лесные тяжелосуглинистые почвы. Гумусово-аккумулятивный горизонт почвы характеризуется относительно невысоким содержанием гумуса - 3,6 % и слабокислой реакцией среды - 5,6 единиц рН. Антропогенное воздействие на территорию связано с относительно низкой рекреационной нагрузкой, а также довольно слабыми промышленными выбросами. Второй объект - парк «Швейцария», расположенный вдоль одной из наиболее оживленных городских автомагистралей (пр. Гагарина) и в непосредственной близости от промышленных предприятий - заводов «Керамик», «Нител» (радиоэлектронная промышленность). Однако наибольшее антропогенное воз-действие здесь связано с выбросами автотранспорта и интенсивной рекреационной нагрузкой. Условия почвообразования на данной территории идентичны Щелковскому хутору, однако за время существования застройки исходные светло-серые лесные почвы претерпели заметные изменения, что отразилось на физико-химических показателях: рНKCl находится в нейтральной зоне - 6,5…7,0. Содержание органического вещества здесь заметно ниже, чем на хуторе, что связано с регулярным удалением растительного опада и уплотнением почвы. Характер растительности близок к первому объекту, однако древостой здесь заметно богаче по видовому составу, хотя его плотность несколько ниже.

Для изучения биологической активности почв на каждом из объектов было заложено по 4 учетных площадки площадью 3х3 м. Почвенные образцы отбирались из слоя 0…10 см посезонно: октябрь 2002 г., апрель, июнь, октябрь 2003 г. Осенью 2002 г. в почву в слой 0…5 см помещались куски льняной ткани для определения целлюлолитической активности [7]. В отобранных почвенных образцах определялись показатели: активность каталазы по А.Ш. Галстяну, активность инвертазы по В.Ф. Купревичу и Т.А. Щербаковой, нитрифицирующая активность по С. Кравкову, интенсивность выделения углекислого газа из почвы по А.Ш. Галстяну [8].

Для характеристики загрязнения почвы обоих объектов тяжелыми металлами на каждом из них составлялся смешанный образец почв с четырех площадок. Содержание металлов определялось в вытяжке 5М азотной кислоты с трехчасовым кипячением методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Результаты и их обсуждение

Почвенный покров обоих объектов имеет различный уровень содержания тяжелых металлов (табл. 1). Результаты свидетельствуют об отсутствии превышения предельно-допустимых уровней, однако фон в различной степени превышен в обоих объектах: суммарный коэффициент концентрации в почвах Щелковского хутора и парка «Швейцария» составляет, соответственно, 7,0 и 21,2. Приоритетным загрязнителем почв во втором объекте является свинец, что является, по-видимому, следствием выбросов автотранспорта. Кроме того, отмечено повышение содержания цинка и меди.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в парковых почвах, мг/кг

Объекты

Слой, см

Pb

Cd

Zn

Cu

Ni

Cr

Щелковский хутор

0…5

12,5

0,84

31,9

10,2

13,8

10,0

5…20

8,3

0,74

30,9

9,5

14,2

9,5

Парк «Швейцария»

0…5

49,3

0,54

55,3

28,7

16,9

16,7

5…20

46,0

0,57

54,7

27,5

22,4

20,7

ПДК (ОДК)

128

2,0

220

132

80

90

Фон

5,4

0,49

18,9

3,4

9,4

5,7

Помимо загрязнения тяжелыми металлами, можно выделить еще ряд факторов, которые, скорее всего, оказали влияние на биологическую активность почв парка «Швейцария», но количественная оценка им в данном исследовании не давалась:

помимо тяжелых металлов, на состояние растительности и, следовательно, почвенного покрова, оказывают влияние кислые газы (окислы серы и азота) и нефтепродукты;

тепловой режим городских почв характеризуется более высокими температурами, что обусловливает снижение срока промерзания в зимнее время, ускоряет снеготаяние, за счет чего биологическая активность почв поддерживается в течение более длительного периода; в то же время здесь увеличивается период иссушения в летний период, который также может оказать свое влияние;

как правило, элементы и соединения, поступающие в почвы в условиях города, оказывают как положительное (фосфаты, калий, микроэлементы и др.), так и отрицательное влияние (натрий, хлориды) на растительность и микробиоту, вследствие чего биологическая активность может изменяться в большую или меньшую сторону как результат баланса суммарного воздействия этих веществ; при этом дать надежный прогноз этого результата практически невозможно.

Рассмотрим особенности биологической активности почв на различных объектах и их динамику в течение сезона (табл. 2).

Таблица 2

Особенности биохимической активности парковых почв

Показатели

Октябрь 2002г.

Апрель 2003 г.

Июнь 2003 г.

Октябрь 2003 г.

I

II

I

II

I

II

I

II

Выделение СО2, мг СО2/10/сут.

2,24

2,33

3,08

2,39

0,69

0,48

0,64

0,40

НСР05 1,16

НСР05 0,95

НСР05 0,68

НСР05 0,25

Каталаза, см3О2/г/мин.

1,28

0,59

1,48

1,73

2,75

1,20

0,90

0,24

НСР05 0,66

НСР05 1,86

НСР05 1,50

НСР05 0,54

Инвертаза, мг глюкозы/г/сут.

25,74

25,66

29,85

31,6

36,22

36,24

21,34

24,99

НСР05 7,51

НСР05 3,11

НСР05 5,40

НСР05 8,26

Нитрификация, мг NO3/100г

0,24

0,37

0,63

0,95

2,71

2,88

0,18

0,26

НСР05 0,11

НСР05 0,31

НСР05 1,26

НСР05 0,07

Разложение целлюлозы, %

-

-

-

-

-

-

28,19

22,56

НСР05 4,15

I - Щелковский хутор;

II - парк «Швейцария».

Выделение углекислого газа вряд ли может использоваться в качестве надежного показателя, характеризующего экологическое состояние почв в конкретных условиях. Хотя усредненные значения показывают ожидаемое увеличение дыхания почв в менее загрязненном районе в течение сезона, однако значительная пространственная вариабельность показателя не позволяет с достаточной степенью достоверности указать на наличие данной тенденции.

Аналогичную характеристику можно дать и в отношении инвертазной активности. В течение всего сезона этот показатель как в почвах Щелковского хутора, так и в парке «Швейцария», находился практически на одном уровне, что позволяет судить о его достаточно слабой чувствительности в имеющемся диапазоне концентраций тяжелых метал-лов в почве, а также других действующих факторов (в т.ч. и действии неучтенных факто-ров, которые компенсируют возможное отрицательное воздействие со стороны ТМ и других неблагоприятных для показателя явлений). При этом можно указать на заметную сезонную динамику показателя, который имеет максимальное значение в относительно жаркое и сухое время года и снижается в осенне-весенний период. Максимальное отличие в значениях составило в Щелковском хуторе около 40 % по отношению к октябрю, в парке «Швейцария» - 31 %.

Несколько иной характер имеет реакция каталазной активности. В течение практически всего сезона, за исключением ранневесеннего периода, наблюдается достоверное снижение показателя в почве парка «Швейцария»: летом - на 56 %, осенью - на 54 % (в 2002 г.) и 73 % (в 2003 г.). Отчетлива и сезонная динамика показателя, имеющего один сезонный максимум, при котором активность фермента в июне превосходит таковую в октябре в 2,1- 3,0 раза в почвах Щелковского хутора и в 2,0-5,0 раз в парке «Швейцария». Таким образом, каталазная активность, как было отмечено в ранее названных ра-ботах, является достаточно чувствительным показателем для использования в рамках почвенно-экологического мониторинга. При этом можно учесть тот факт, что эта разница оставалась стабильной в течение практически всего года, что позволяет проводить исследования в летне-осенний период.

Практически то же самое можно сказать о результатах определения целлюлолитической активности. Разница между почвами двух объектов по степени разложения целлюлозы за год является достоверной: снижение показателя в загрязненной почве составило 20 %. Однако необходимо указать, что это различие может быть связано не только с более высоким загрязнением почв парка «Швейцария», но и с особенностями водного режима изучаемых объектов, поскольку влажность почв Щелковского хутора в течение всего сезона была более высокой по причинам, изложенным выше. Основным выводом по возможности использования данного показателя в ходе почвенно-экологического мониторинга может быть возможность его применения, однако на этапе анализа данных необходимо учитывать влияние дополнительных факторов (например, таких как водный режим).

Нитрифицирующая активность, в отличие от ранее рассмотренных показателей, имеет несколько иной характер. Так, в течение периода с относительно низкими температурами имеется достоверное увеличение показателя на 50…67 % в почвах парка «Швейцария» и лишь в летний период нитрифицирующая активность в почвах обоих объектов находится на одном уровне, что можно связать с особенностями теплового режима городских почв, указанными ранее. В то же время сезонная динамика данного показателя вполне предсказуема: максимум в теплый и минимум в осенне-весенний период, причем имеется разница практически на порядок. Таким образом, нитрифицирующая активность является достаточно интересным показателем, характеризующим состояние почв, однако в данном случае ее динамика связана лишь с особенностями теплового режима почв, а уровень загрязнения в конкретном случае не оказывает влияния.

Вывод

Использование показателей биологической и биохимической активности почв имеет хорошую перспективу и обязательно должно включаться в программу почвенно-экологического мониторинга урбанизированных районов. В условиях относительно невысокого уровня загрязнения наиболее чувствительным показателем является каталазная, а также целлюлолитическая активность. При этом исследование каталазной активности лучше проводить в летний период, что позволит получить более высокие абсолютные значения, упростит процесс анализа и снизит его погрешность. Апробация остальных показателей биологической и биохимической активности в полевых условиях должна проводится на почвах с более высоким уровнем техногенной нагрузки.

Библиографический список

1. Почва. Город. Экология. /Под ред. Г.В. Добровольского. М., 1997. 320 с.

2. Стефурак В.П. Влияние техногенного загрязнения на численность и состав микробных сообществ почв. Киев, 1982. 230 с.

3. Левин С.В., Гузев В.С., Асеева И.В., Бабьева И.П., Марфенина О.Е., Умаров М.М. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту. // Микроорганизмы и охрана почв. М.: МГУ, 1989. С. 5-46.

4. Евдокимова Г.А., Кислых Е.Е., Мозгова Н.П. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере. Л.: Наука, 1984. 120 с.

5. Скворцова И.Н., Ли С.К., Ворожейкина И.П. Зависимость некоторых показателей биологической активности почв от уровня концентрации тяжелых металлов// Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980. 121 с.

6. Григорян К.В. Влияние загрязненных оросительных вод на биологическую активность почвы. Минск, 1997. 259 с.

7. Manual for the integrated monitoring. Programme Phase 1993-1996. Environment Data Center, Helsinki, 1993.

8. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 1990. 189 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас