МИКРОБНЫЕ СООБЩЕСТВА УРБАНОЗЕМОВ Г. ТАШКЕНТ

АННОТАЦИЯ

Обследованы образцы почв, отобранных из различных зон г. Ташкент – в непосредственной близости к магистральным автотрассам и в зеленых зонах отдыха. Проведен микробиологический анализ на качественный и количественный учет микроорганизмов различных физиологических групп и показано их распределение по зонам городского ландшафта. Показано, что качественное и количественное распределение микроорганизмов различных физиологических групп заметно меняется в зависимости от местоположения отбора образцов и степени антропогенной нагрузки. Повышенные концентрации сапрофитных микроорганизмов и БГКП свидетельствуют о загрязнении окружающей среды бытовыми отходами, а низкая активность нитрификаторов – о загрязнении почвы тяжелыми металлами.

ABSTRACT

Soil samples taken from various areas of Tashkent were examined - in close proximity to the main highways and in green recreation areas. A microbiological analysis was carried out for qualitative and quantitative accounting of microorganisms of various physiological groups and their distribution over the zones of the urban landscape was shown. It is shown that the qualitative and quantitative distribution of microorganisms of various physiological groups varies markedly depending on the location of sampling and the degree of anthropogenic load. Elevated concentrations of saprophytic microorganisms and BGKP indicate environmental pollution with household waste, and low activity of nitrifiers indicates soil pollution with heavy metals.

Ключевые слова: микроорганизмы, урбаноземы, антропогенное влияние, почва.

Key words: microorganisms, urbanozems, anthropogenic impact, soil.

Введение

Микробиологическое исследование городских почв представляет собой немалый интерес для понимания антропогенного воздействия на качественный и количественный состав микробиоценозов. Процессы урбанизации и, как следствие, техногенное загрязнение почв, непрерывно оказывают влияние на развитие микробных сообществ различных систематических групп в почвенных покровах.

Городские почвы – урбаноземы – являются уникальным местом жизнедеятельности микроорганизмов. Постоянное непосредственное воздействие антропогенных факторов зачастую приводит к снижению видового разнообразия и изменениям биологической активности почвенных микроорганизмов [1, 10].

В процессе своего жизненного цикла микробный консорциум почв испытывает на себе, наряду с антропогенными и техногенными, влияние природных биотических и абиотических факторов, что несомненно определяет видовой и численный состав микробиоценозов. Среди них одну из ведущих ролей играет водно-температурный режим. Смена систематических групп почвенной микробиоты во многом зависит от стадий распада органического вещества: на первых этапах разложения растительных остатков превалируют неспорообразующие бактерии и микромицеты, на последующих стадиях численное преимущество получают бациллы и актиномицеты [3, 7].

Первой на ухудшение экологических условий реагирует именно почвенная микробиота. Микробные сообщества на изменения в окружающей среде отвечают изменениями в своей структуре и зачастую численности. Благодаря этим проявлениям предоставляется возможность проводить раннюю биодиагностику антропогенного либо техногенного влияния на почву [12, 4].

Однако, невзирая на вышеперечисленные факторы, в любом почвенном покрове имеется определенный естественный уровень численности микроорганизмов, так называемый пул, который не обеспечивается энергетическим веществом для непрерывного размножения, но находится в состоянии поддержания. Сезонность не влияет на величину этого запаса, а формирование такого пула зависит от особенностей самой почвы и факторов окружающей среды [13, 14].

Функциональные группы микроорганизмов во многом обеспечивают биогеохимическое равновесие круговоротов азота, углерода и прочих химических элементов, а также уровень органического вещества в почве.

Как известно из литературных источников, низкая активность процессов денитрификации может свидетельствовать о засолении почвы, загрязнении тяжелыми металлами или нефтепродуктами, тогда как в местах обитания с избыточным увлажнением с высоким уровнем накопления органического вещества и минерального азота отмечается повышенная активность денитрифицирующих бактерий [9].

В то же время процесс нитрификации в антропогенно загрязненных почвах является показателем их санитарного состояния и степени самоочищения: увеличение скорости образования нитратов может служить показателем биологической активности и плодородия, а подавление нитрификации в большей степени свидетельствует о развитии сапрофитных микроорганизмов, осуществляющих распад гнилостных продуктов. В некоторых научных исследованиях показана высокая чувствительность нитрификации к загрязнению почв металлами и нефтепродуктами.

Следует отметить, что устойчивость микробных популяций к повышенным концентрациям тяжелых металлов обуславливается их принадлежностью к различным систематическим группам. Наименее толерантны виды рода Bacillus и нитрификаторы, более устойчивы – псевдомонады, стрептомицеты и многие виды целлюлозоразрушающих микроорганизмов, а самыми устойчивыми являются микромицеты и актиномицеты [5, 6].

Что же касается азотфиксирующих микроорганизмов, в частности азотобактера, то для его развития требуется сочетание факторов, имеющих место в урбаноземах: нейтральная реакция среды, высокое содержание органики, фосфора, калия. Исходя из вышесказанного данную бактерию можно рассматривать как индикаторную на урбаногенез [11].

В связи с этим, целью данной работы являлось проведение микробиологического обследования урбаноземов г. Ташкент для выявления основных групп микроорганизмов с последующим созданием коллекции микроорганизмов почв города Ташкент.

Материалы и методы

Материалом данного исследования являлись образцы почв г. Ташкент, отобранные в различных точках мегаполиса. Отбор проб проводился в местах, наиболее подверженных антропогенному влиянию (автотрассы), в зеленых и рекреационных зонах (парки, скверы, аллеи).

Пробы отбирались методом «конверта» с составлением средней пробы из пяти точек на глубине 10-15 см от поверхности.

Измерялся рН образца, его температура, влажность.

Микробиологический анализ проводился методом серийных разведений с последующим высевом на питательные среды Эндо, Эшби, Гильтая, Виноградского, МПА, МПБ и Постгейта в двух повторностях [8].

Все посевы инкубировались при необходимом диапазоне температуры – от 28 до 37⁰С.

Для количественного учета пользовались статистической таблицей МакКреди.

Результаты исследований

В рамках данной работы были отобраны образцы почв города Ташкент в семи различных точках. Среди указанных точек были выбраны участки зеленых и рекреационных зон, аллеи, территории, прилегающие к крупным автотрассам как в центре города, так и у его окраины.

При отборе проб фиксировались рН образца, его температура, температура окружающей среды и влажность.

Всего было отобрано 7 образцов (таб. 1).

Таблица 1.

Характеристика образцов почв

Микробные сообщества городских почв анализировались по основным физиологическим и систематическим группам. Среди них такие, как азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, сульфат восстанавливающие, аммонифицирующие, сапрофитные микроорганизмы, а также бактерии группы кишечной палочки.

В данном исследовании получены следующие результаты по перечисленным группам микроорганизмов. Так, титр клеток азотфиксирующих микроорганизмов во всех отобранных образцах был выше 10⁶ клеток в 1 г почвы, что вполне соответствует литературным данным об индикации данными микроорганизмами процесса урбаногенеза.  Однако, максимальная концентрация клеток была выявлена в образце №3, который был отобран в парковой зоне из газона под хвойными деревьями, что возможно связано с повышенной влажностью данного образца (рис. 1).

Рисунок 1. Концентрация клеток азотфиксаторов

Следующей по количеству клеток стала группа денитрификаторов, концентрация которых составила от 10³ до 10⁵ клеток в 1 г почвенного образца. Минимальное количество клеток было выявлено в образце №7, который был отобран в зоне сквера в центре города. Данный участок с двух сторон окружают довольно загруженные автотрассы, что влечет за собой большую нагрузку по загрязняющим веществам (рис. 2).

Рисунок 2. Концентрация клеток денитрификаторов

Довольно многочисленными группами оказались сапрофиты и аммонификаторы.  Максимальный титр клеток сапрофитных микроорганизмов был выявлен в образце №7, что объясняется большим количеством листового опада и, как следствие, высоким содержанием органических веществ в почве, которые представляют собой обильный энергетический субстрат для развития данной группы бактерий. Концентрация клеток аммонификаторов составила от 10² до 10⁴, что свидетельствует о небольших запасах источников азота в образцах (рис. 3).

А                                                         Б

Рисунок 3. Концентрация клеток: А – сапрофиты и Б – аммонификаторы

Самой малочисленной группой микроорганизмов оказались нитрификаторы. Возможно это связано с наличием большого количества органического вещества, которое подавляет рост и развитие нитрификаторов, являющихся типичными хемоавтотрофами (рис. 4).

Рисунок 4. Концентрация клеток нитрификаторов

В четырех образцах были выявлены небольшие концентрации сульфатредукторов, что свидетельствует о незначительных количествах сульфатов в почве. Следует отметить, что данные образцы были отобраны исключительно в центральной части города. В трех остальных образцах роста микроорганизмов не выявлено (рис. 5).

Рисунок 5. Концентрация клеток сульфатредукторов

Бактерии группы кишечной палочки – важный показатель санитарного состояния почв. Во всех отобранных образцах нами были обнаружены данные микроорганизмы. Максимальная концентрация клеток выявлена в образце №7 (рис. 6). Место отбора – это сквер, расположенный в непосредственной близости от жилых кварталов, который используется жителями в качестве места отдыха и выгула домашних животных.

Рисунок 6. Концентрация клеток бактерий группы кишечной палочки

Заключение

В ходе данного исследования было проанализировано семь образцов почв из различных районов г. Ташкент на предмет выявления микробных сообществ. В результате были получены данные, которые вполне соответствуют процессам урбаногенеза городских почв. Качественное и количественное распределение микроорганизмов различных физиологических групп заметно меняется в зависимости от местоположения отбора образцов. Таким образом, можно сделать вывод, что степень загрязненности, концентрация органических веществ и химических соединений неоднородна в разрезе городского ландшафта. Повышенные концентрации сапрофитных микроорганизмов и БГКП свидетельствуют о загрязнении окружающей среды бытовыми отходами, а низкая активность нитрификаторов – о загрязнении почвы тяжелыми металлами.

Полученные результаты отображают значительное влияние антропогенных факторов на экологическое состояние городских почв.

Список литературы:

1. Герасимова, М.И. Антропогенные почвы / М.И. Герасимова, М.Н. Строганова, Н.В. Можарова, Т.В. Прокофьева. – Смоленск: Ойкумена, 2003. –268 с. - ISBN: 5-93-520039-2
2. Емцев, В.Т. Микробиология: учебник для вузов / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2005. – 445 с. - ISBN 5-7107-7750-1
3. Заварзин, Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии / Г.А. Заварзин. – М.: Наука, 2004. – 348 с. - ISBN 5-02-009878-7
4. Кириенко, О.А. Микробиологическая оценка экологического состояния урбанизированных почв / О.А. Кириенко, Е.Л. Имранова // Экология урбанизированных территорий. - 2008. – No 4. - С. 57-61. - ISSN 1816-1863
5. Люлин, С.Ю. Микробные сообщества городских почв и влияние поллютантов на популяцию Escherichia coli в системе почва – растение: автореф. дисс. ... канд. биол. наук: 03.00.07 / Люлин Станислав Юрьевич. – М., 2007. - 24 с.
6. Малинина, М.С. Влияние растений и микробной активности на содержание металлов в почвенных растворах дерново-подзолистой почвы в условиях модельного эксперимента / М.С. Малинина, Даис Махер Али, Т.Н. Болышева // Почвоведение. – 2011. - No 3. – С. 336-345. - ISSN 0032-180X
7. Мотузова, Г. В. Экологический мониторинг почв: учебник / Г. В. Мотузова., О. С. Безуглова. – М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2007. – 237 с.
8. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 608 с.
9. Степанов, А.Л. Характеристика биологической активности микробного комплекса городских почв / А.Л. Степанов, Н.А Манучарова, А.В. Смагин [и др.]. // Почвоведение. - 2005. – No 8. - С. 978-983. - ISSN 0032-180X
10. Стома, Г.В. Особенности биологического круговорота веществ в экосистемах городских территорий / Г.В. Стома // Функции почв в биосферно- геосферных системах: Мат-лы межд. симп. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. – С. 325-326.
11. Строганова, М.Н. Городские почвы: генезис, систематика и экологическое значение: автореф. дисс. ... докт. биол. наук в форме научного доклада: 03.00.27 / Строганова Марина Николаевна. – М., 1998. – 71 с.
12. Терехова, В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем / В.А. Терехова. – М.: Наука, 2007. – 215 с. - ISBN: 5-02- 034200-9
13. Шлегель, Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. – М.: Мир, 1987. – 567 с.
14. Яшутин, Н.В. Биоземледелие. Научные основы, инновационные технологии и машины: монография / Н.В. Яшутин. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. – 191 с. - ISBN 978-5-94485-111-6