Биоиндикация лесных почв, расположенных в зоне техногенного загрязнения

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

объективных показателей при установлении стадии рекреационной дигрессии.

4. В условиях лесопарков Екатеринбурга сосновые древостои разнотравного типа леса характеризуются повышенной рекреационной устойчивостью по сравнению с сосновыми насаждениями ягодникового типа леса.

Библиографический список

1. Александров, В.В. Лесоводственная эффективность рубок обновления и применение минеральных удобрений в рекреационных сосняках Среднего Урала в целях повышения их устойчивости: дисс. ... канд. с.-х. наук / В.В. Александров - Екатеринбург, 2002. - 22 с.

2. Рассамахин, В.И. Изменение лесной среды под воздействием рекреационного использования / В.И. Рассамахин // Лесхоз. информ. - 1977. - № 10. -13 с.

3. Санитарные правила в лесах Российской Федерации. - М.: ВНИИЦлесресурс, 1998. - 25 с.

4. Смит, УХ. Лес и атмосфера / УХ. Смит. - М.: Прогресс, 1985. - 430 с.

5. Таран, И.В. Рекреационные леса Западной Сибири / И.В. Таран - Новосибирск: Наука, 1985. - 230 с.

6. Чижова, В.П. Рекреационные нагрузки в зонах отдыха / В.П. Чижова. - М.: Лесная пром-сть, 1977. - 49с.

7. Казанская, Н.С. Методика изучения рекреационных нагрузок на древесные насаждения лесопаркового пояса г. Москвы в связи с вопросами орга-

низации территории массового отдыха и туризма / Н.С. Казанская, В.В. Ланина. - М., 1975 - 100 с.

8. Казанская, Н.С. Рекреационные леса (состояние, охрана, использование) / Н.С. Казанская, В.В. Ланина, Н.Н. Марфенин - М.: Лесн. пром-ть, 1977. - 96 с

9. Касимов, В.Д. Мониторинг лесов в условиях загрязнения природной среды / В.Д. Касимов, А.А. Мар-тынюк. - М.: ВНИИЦЛесресурс, 1990. -32 с.

10. Колесников, Б.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области / Б.П. Колесников, Р.С. Зубарева, Е.П. Смолоногов. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. - 174 с.

11. Молчанов, А.А. Воздействие антропогенных факторов на лес / А.А. Молчанов. - М.: Наука, 1978. - 136 с.

12. Нефедова, В.Б. Рекреационное использование территорий и охрана лесов / В.Б. Нефедова, Е.Д. Смирнова, В.П. Чижова и др. - М.: Лесная пром-сть, 1980. - 184 с.

13. Полякова, Г. А. Деградация сосняков Подмосковья под влиянием рекреации / Г.А. Полякова // Лесоведение. - 1979. - С. 62-69.

14. Правила рубок главного пользования в лесах Урала. - М., 1994. - 33 с

15. Пряхин, В.Д. Пригородные леса / В.Д. Пряхин и др. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 248 с.

16. Репшас, Э.А. Определение рекреационных нагрузок и стадии дигрессии леса / Э.А. Репшас // Лесное хозяйство. - 1978. - № 12. - С. 22 - 23.

17. Тарасов, А.И. Рекреационное лесопользование / А.И. Тарасов. - М., 1986.

БИОИНДИКАЦИЯ ЛЕСНЫХ ПОЧВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ

в зоне техногенного загрязнения

Н.М. ШЕБАЛОВА, ст. науч. сотр.УГЛТУ, канд. техн. наук,

С.В. ЗАЛЕСОВ, проф. УГЛТУ, д-р с.-х. наук

Способность к защите от действия неблагоприятных факторов окружающей среды является обязательным свойством любого организма. Последний в зависимости от экстремальных условий среды обитания, включая и воздействие аэрополлютантов, дает на них ответ, проявляющийся в определенных специфических и неспецифических реакциях. Биологические системы стараются поддерживать функциональную устойчивость организма при изменении условий окружающей среды, т.е. приспосабливают его к конкретным условиям среды существования. У индивидуума это достигается за счет физиологических механизмов, у популяций организмов - благодаря генетической изменчивости и наследственности.

Поскольку жизненно важные функции организма или сообщества организмов очень тесно коррелируют с определенными факторами среды, они могут быть использованы для оценки состояния лесных экосистем, т.е. могут служить биоиндикаторами. Биоиндикация может осуществляться на различных уровнях организации живого (макромолекула, клетка, орган, организм, популяция, биоценоз).

В качестве объектов исследования биоиндикационных показателей лесных почв сосновых насаждений, испытывающих длительное воздействие промышленных токсикантов, были выбраны лесные биогеоценозы, расположенные в зоне действия Полевского криолитового завода (ПКЗ) и Первоуральско-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

99

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Ревдинского промышленного узла (ПРПУ). Выбор для исследования лесных территорий в данных зонах был обоснован тем, что в зоне действия ПКЗ приоритетными являются фтористые соединения, наиболее токсичные для растений и с трудом поддающиеся детоксикации. А в районе ПРПУ специфика токсического эффекта промышленных выбросов заключается в комплексном воздействии тяжелых металлов и сернистого ангидрида. Почвенные условия исследуемых сосняков достаточно близки друг другу, в обоих районах преобладают серые лесные среднеоподзоленные почвы, обеспечивающие условия для удовлетворительного развития как хвойных деревьев, так и мягколиственных. Характерной особенностью исследованных лесных почв является то, что лесная подстилка дифференцируется только на два горизонта. Это горизонт 01, представленный свежеопавшей хвоей, листьями, злаками, и ферментативно-гумусовый горизонт (02-03), где происходят основные процессы разложения растительного опада и гумификации. Численность сапрофитов определяли на мясопептонном агаре (МПА), олигонитрофи-лов - на среде Эшби, учитывали количество микроорганизмов, потребляющих минеральные формы азота на крахмало-аммиачном агаре (КАА), микромицетов - на сусло-агаре (СА) [2]. Для количественного определения биомассы спор и мицелия использовали метод прямого микрокопирования [1].

Проведенные исследования показали, что органическое вещество опада исследуе-

мых лесных почв своеобразно и специфично. Опад от других субстратов растительного происхождения отличается не только наличием большого количества трудноразлагаемых соединений, но и присутствием значительного количества загрязняющих веществ, а именно фтор иона, который в силу своей окислительной способности инициирует образование пе-рекисных соединений. Концентрация общего фтора в верхнем горизонте лесной подстилки зоны сильного загрязнения ПКЗ составляет 900-1000 мкг/г углерода. В ферментативном горизонте концентрация фторидов увеличивается и достигает 1800-2000 мкг/г. В гумусо-аккумулятивном горизонте она резко снижается и составляет 200-250 мкг/г. Уровень накопления фторидов в горизонтах лесной подстилки и почвы зоны среднего загрязнения ПКЗ составляет 400-450 мкг/г, в горизонте (02-03) -от 700 до 890 мкг/г. Количество сульфат-ионов в верхнем горизонте подстилки зоны сильного загрязнения ПРПУ - 320-337 мг-экв./кг, в ферментативном - 434-448 мг-экв./кг Для зоны загрязнения ПКЗ уровень накопления данного поллютанта в 2-4,5 раз ниже, чем в тех же горизонтах зоны сильного загрязнения ПРПУ

В наблюдаемых лесных почвах (таблица) произошел упорядоченный и направленный процесс изменения микробного сообщества, в результате которого численность микроорганизмов в сложившихся микробоценозах обуславливается химической природой и концентрацией аккумулированных токсикантов.

Таблица

Процентное соотношение микроорганизмов в горизонтах лесной подстилки и верхнем почвенном горизонте зоны сильного загрязнения ПКз

Время отбора проб, месяц Горизонт Бактерии на среде МПА, % Бактерии на среде КАА, % Бактерии на среде Эшби, % Микромицеты, %

Май 01 54,5 4,0 40,6 0,9

02-03 63,2 5,9 29,9 1,0

А, 77,2 3,1 17,5 1,2

Июнь 01 57,4 4,5 37,1 1,0

02-03 60,9 6,3 31,2 1,6

А. 75,3 3,1 19,7 1,7

Июль 01 59,3 4,9 34,7 1,1

02-03 61,1 6,8 30,4 1,7

А1 73,8 3,4 20,9 1,9

Август 01 61,6 5,5 31,7 1,2

02-03 63,6 6,9 27,8 1,7

А 73,7 3,4 20,9 2,0

100

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

<D

s

и

<D

о

и

н

о

о

о

12

10

8

6

4

2

0

Верхний горизонт Ферментативный горизонт Верхний почвенный подстилки подстилки горизонт

ПКЗ, зона сильного загрязнения  ПКЗ, зона среднего загрязнения  ПКЗ,зона слабого загрязнения  ПРПУ, зона сильного загрязнения

Рис. 1. Соотношение биомассы спор и мицелия в горизонтах лесной водстилки и почвы зон исследования

зоны сильного горизонт зоны зоны среднего горизонт зоны зоны слабого горизонт зоны загрязнения сильного загрязнения загрязнения среднего загрязнения загрязнения слабого загрязнения

i=i Темноограшенный Светлоограшенный Горизонты и зоны загрязнения

Рис. 2. Длина мицелия в горизонтах лесной подстилки зоны действия ПКЗ

Микробиологические исследования показали, что в течение всего вегетационного периода относительная доля бактериальной микрофлоры в сложившихся горизонтах лесной подстилки довольна высока и достигает 98,099,8 % от общего количества исследованных микроорганизмов в генетических горизонтах, независимо от места их расположения. Кроме того, сложившиеся экологические условия под воздействием промышленных поллютантов привели к созданию в каждом горизонте исследуемых лесных почв определенного соотношения между функциональными группами почвенной микрофлоры, зависящего как от количества накапливаемого в нем поллютанта, так и его химической природы. Численность микроскопических грибов, находящихся в активно вегетирующем состоянии, несмотря на

их достоинства: наличие мицелиальной структуры; значительная скорость роста и размножения; высокая активность метаболизма, проявляющаяся в широком интервале действия различных экологических факторов и большая генетическая и биохимическая изменчивость, - значительно ниже, чем бактерий, и составляет всего 0,2 до 2,0 %.

Основная масса микроскопических грибов находится в виде спор, запас которых может быть мобилизован только при изменении экологических условий среды их обитания. В зоне действия ПРПУ присутствие в аэротехногенных выбросах большого количества кислотных токсикантов оказывает наиболее отрицательное воздействие на почвенную биоту, способствуя увеличению интенсивности процессов спорообразования. Количество

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

101

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

аммонификаторов в исследуемых горизонтах зоны сильного загрязнения ПРПУ относительно аналогичной зоны загрязнения ПКЗ уменьшается - в верхнем горизонте лесной подстилки в 1,7-1,8 раза, в ферментативном

- в 2,1-2,3 раза. Бактерий, участвующих в минерализации растительного опада, соответственно в 1,9-2,1 и 4,0-5,1 раза, олигонитрофи-лов - в 1,3-2,0 и 2,4-2,5 раза. Выживаемость микроорганизмов в создавшихся условиях во многом зависит от их способности приспосабливаться к необычным условиям среды обитания. К создавшимся для почвенной микрофлоры экстремальным условиям среды обитания смогли приспособиться далеко не все почвенные микророорганизмы. Изменение соотношения между микроорганизмами в сложившихся микробоценозах во всех исследуемых горизонтах, подверженных техногенному воздействию, способствует нарушению функциональных связей в экосистеме.

При определении относительного содержания спор в горизонтах лесной подстилки и почвы зоны действия ПКЗ выяснилось, что их количественные показатели по мере удаления пробных площадей от источника эмиссий изменяются незначительно. Так, в верхнем горизонте лесной подстилки зоны слабого загрязнения ПКЗ соотношение снизилось лишь до 3,0—3,1, а в нижележащем горизонте - до 3,6-4,0 против 3,6-3,9 и 4,4-4,6 в аналогичных горизонтах зоны сильного загрязнения. Очевидно, что это связано с кумулятивным характером повреждения токсикантами.

Почвенные грибы являются представителями разных родов и могут иметь различной пигментированный мицелий - светлоокрашенный, темноокрашенный, бесцветный. Проведенные исследования показали (рис. 2), что на протяжении всего периода наблюдения максимальное отношение длины пигментированного мицелия к длине светлого мицелия достигало в зоне сильного загрязнения ПКЗ

- 3,3, минимальное 1,2; в зоне среднего загрязнения - 3,1 и 1,2; в зоне слабого загрязнения - 1,7 и 1,0. Наибольшее отношение длины темноокрашенных гифов к светлоокрашенным характерно для зоны сильного загрязнения ПРПУ - 9,7 до 14,0. То есть во всех

исследуемых горизонтах лесной подстилки и почвы разных зон загрязнения преобладают темноокрашенные гифы, обладающие определенными защитными свойствами и способные существовать в неблагоприятных условиях среды обитания. Наименее устойчивы беспигментные микромицеты. Очевидно, пигментация микромицетов является одним из приспособлений к неблагопрятной среде обитания, поэтому наличие пигментов может быть одним из биоиндикаторов состояния почв, определяющих рост и развитие грибов в экстремальных условиях

Биоморфологическая структура мик-ромицетов (рис. 1) зависит в значительной степени от химической природы аккумулированных токсикантов. В зоне действия фторсодержащих промвыбросов отношение биомассы спор к биомассе мицелия в верхнем горизонте лесной подстилки зоны сильного загрязнения колеблется в пределах от 3,3 до 3,9, ферментативного - от 4,4 до 5,2. В зоне сильного загрязнения ПРПУ происходит резкое увеличение данного соотношения, и уже в верхнем горизонте подстилки оно достигает 8,7-9,5, в ферментативном - 10,1-11,3, то есть в 2-3 раза больше, чем в аналогичных горизонтах зоны действия ПКЗ. Токсичность исследуемых горизонтов очень высока, о чем свидетельствует довольно низкая интенсивность протекания процесса взаимопревращения спор в мицелий.

На основании полученных данных можно предположить, что в качестве биоиндикаторов степени загрязнения и нарушения лесных почв при воздействии промышленных поллютантов могут быть использованы:

1) соотношения основных групп микроорганизмов, принимающих участие в процессах разложения и минерализации растительного опада; 2) соотношение спор и мицелия микроскопических грибов; 3) соотношение темноокрашенного и светлоокрашенного мицелия грибов; 4) видовой состав почвенной микрофлоры.

Библиографический список

1. Мирчинк, Т.Г. Почвенная микология / Т.Г. Мир-чинк. - М.: МГУ, 1988. - 220 с.

2. Сэги, И. Методы почвенной микробиологии / И. Сэги. - М.: Наука, 1983. - 292 с.

102

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007