Биоразнообразие почвенных микромицетов в зоне воздействия аэровыбросов ОАО "ИркАЗ-РУСАЛ"

II. ПОЧВОВЕДЕНИЕ

УДК 631. 461.

ББК 40.323 О.А. Берсенева, В.П. Саловарова, А.А. Приставка

БИОРАЗНООБРАЗИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АЭРОВЫБРОСОВ ОАО «ИркАЗ-РУСАЛ»

Изучено видовое разнообразие почвенной микобиоты, ее количественные показатели в районе аэровыбросов Иркутского алюминиевого завода.

Ключевые слова: изучение почвенной микобиоты, почвенные сообщества микромицетов, микроценозы, аэ-ропромвыбросы.

О.А. Berseneva, У.Р. Salovarova, A.A. Pristavka

BIODIVERSITY OF SOIL MICOBIOTA ARE STUDIED AS WELL AS IT'S QUANTITATIVE IN THE AREA INFLUENCE OF IRKUTSK ALUMINIUM PLANT'S EMISSIONS

Biodiversity of soil micobiota are studied as well as it’s quantitative in the area influence of Irkutsk aluminium plant’s emissions.

Key words: soil micobiota, the area influence of Irkutsk aluminium plant’s emissions.

В условиях активного антропогенного преобразования ландшафтов особую значимость приобретает выявление природного разнообразия микромицетов и специфических микологических популяций, адаптированных к конкретным экологическим условиям. Это связано с тем, что микроскопические грибы являются одним из уникальных компонентов почвенной биоты, контролирующей широкий спектр экосистемных функций: первичную и вторичную продуктивность, регенерацию биофиль-ных элементов путем разложения растительных и животных остатков, перевода элементов из геологического в биологический круговорот.

В связи с этим целью данной работы явилось изучение почвенных микроскопических грибов в районе аэровыбросов Иркутского алюминиевого завода (ОАО «ИркАЗ-РУСАЛ»).

Материалы и методы

Для изучения почвенной микобиоты использовали образцы серых лесных почв, которые отбирали с опытных площадок, расположенных вдоль градиента аэровыбросов ОАО «ИркАЗ - РУСАЛ» с учетом господствующей розы ветров. Образцы отбирались на расстоянии 0.5, 5, 15 и 25 км от «ИркАЗ-РУСАЛ» из верхнего горизонта (А1) с глубины 5-7 см в 10-кратной повторности. Участок, находящийся на расстоянии 25 км, служил контролем, так как был расположен вне зоны загрязнения [Белозерцева, 2004].

Количественный состав почвенных микромицетов определяли методом посева почвенной суспензии на агаризованную питательную среду: сусло-агар, включающую пивное неохмеленное сусло -150г; агар-агар - 15г; водопроводную воду - 1000 мл, рН 5,0. Стерилизацию среды сусло-агар осуществляли при 1 атм. в течение 20 мин.

Учет целлюлозоразрушающих микромицетов проводили на среде Чапека, включающей агар-агар -3г; целлюлозу - 1г; глюкозу - 1 г; воду - 1000 мл; а также среде Гетчинсона следующего состава: KH2PO4 - 1 г; CaCl2 - 0,1 г; MgSO4 - 0,3 г; NaCl - 0,1 г; FeSO4 - 0,01 г; NaNO3 - 2,5 г; целлюлоза - 1 г; вода дист. - 1000 мл.

Для анализа видовой структуры почвенных сообществ микромицетов, в разной степени подвергающихся воздействию аэропромвыбросов, использовали кривые доминирования - разнообразия P. Уиттекера [Whittaker, 1972]. Идентификацию микромицетов проводили на основе культуральноморфологических признаков по определителям [Литвинова, 1967; Rifai, 1969; Билай, Коваль, 1988]. Статистическую обработку данных выполняли с использованием компьютерной программы Microsoft Excel, 2002.

Результаты и их обсуждение

Из исследуемых образцов серых лесных почв, находящихся на разном расстоянии от ОАО «Ир-кАЗ-РУСАЛ», было выделено и изучено 15 видов микромицетов, относящихся к 9 родам: Mucor, Chaetomium, Alternaria, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Fusarium, Rhizopus, Verticillium. Подавляющая часть выделенных видов микромицетов - типичные сапротрофы из отдела Deuteromycota класс Deuteromycetes, который в таксономическом списке представлен 6 родами, принадлежащих к порядку Hyphomycetales, Eurotiales, Moniliales и Tuberculariales (табл.1). Из образцов почвы, служащей контролем, было выделено 8 видов микромицетов.

Таблица 1

Таксономический состав микобиоты, выделенной из исследованных почв

Класс Порядок Семейство Род Вид

Zygomycetes Mucorales Mucoraceae Mucor Rhizopus si si ss

Ascomycetes Sordariales Chaetomiaceae Chaetomium sp.

Deuteromycetes Hyphomycetales Moniliaceae Alternaria sp.

Eurotiales Trichocomaceae Aspergillus A. flavus A. niger

Penicillium P. funiculosum P. velutinum P. purpurogenum sp.

Trichoderma Т. koningii Т. viride

Moniliales Moniliaceae Verticillum V. album

Tuberculariales T uberculariaceae Fusarium F. oxysporum

Для анализа видовой структуры почвенных сообществ микромицетов, в разной степени подвергающихся воздействию аэропромвыбросов, использовались кривые доминирования - разнообразия P. Уиттекера [Whittaker, 1972]. Метод позволяет охарактеризовать в сравнительном аспекте как видовое богатство, так и выровненность видов в сообществе. Многочисленные данные наблюдений (Бережная, Михайлова, 2004) подтверждают, что в богатых сообществах эквитабельность (выровненность) выше, чем в деградирующих. Структурный перекос и увеличение значимости видов-доминантов - реальный признак ухудшения качества среды.

На рисунке 1 по оси абсцисс представлена последовательность видов от наиболее обильного к наименее значимому, по оси ординат указано относительное обилие видов, оцениваемое как доля числа колоний разных видов, выросших на агаризованных средах сусло-агар и среде Чапека.

Рис. 1. Кривые доминирования - разнообразия сообществ микромицетов, выделенных из почв пробных площадок, расположенных вдоль градиента аэропромвыбросов промышленных узлов с участием алюминиевых производств

Сравнение, основанное на анализе кривых, позволяет выявить следующие закономерные изменения видовой структуры микроценозов:

- во-первых, по мере удаления от источника воздействия увеличивается количество видов: четыре вида грибов вблизи предприятия, шесть видов - на расстоянии 5 километров перед факелом выбросов и семь-восемь видов в 15 и 25 км по факелу выброса соответственно;

- во-вторых, с увеличением расстояния от предприятия увеличивается обилие как доминирующих, так и более редких видов, что очевидно обусловлено снижением уровня загрязненности почв;

- в-третьих, во всех исследованных микоценозах доминируют представители рр. Aspergillus и Penicillium, причем чем выше уровень антропогенного воздействия, тем в большей степени наблюдается доминирование грибов р. Aspergillus, а представители р. Trichoderma обнаружены либо на достаточно большом расстоянии от источника воздействия (25 км), либо на пробной площадке, расположенной перед факелом выброса (табл. 2). Очевидно, рассматриваемая группа микроорганизмов обладает различной толерантностью к компонентам аэропромвыбросов;

- в-четвертых, характер кривых соответствует по трем теоретическим моделям распределения видового обилия.

Таблица 2

Видовой состав микромицетов, выделенных из почв, в разной степени подверженных воздействию аэропромвыбросов

Расположение пробной площадки относительно «ИркАЗ-РУСАЛ» Число колоний на агаризован-ных средах: Виды микромицетов в порядке убывания обилия

сусло-агар Чапека

0,5 км вдоль факела выброса 4 8 Aspergillus niger

5 3 Aspergillus flavus

2 3 Penicillium purpurogenum

_ 2 Verticillium album

5 км перед факелом выброса 6 7 Aspergillus niger

5 7 Penicillium funiculosum

8 2 Penicillium velutinum

3 4 Trichoderma koningii

5 Penicillium purpurogenum

2 _ Fusarium oxysporium

15 км вдоль факела выброса (ст. Олха) 11 6 Aspergillus niger

_ 7 Aspergillus flavus

6 Penicillium sp.

1 4 Penicillium purpurogenum

3 2 Penicillium funiculosum

3 Rhizopus sp.

2 Chaetomium sp.

25 км вдоль факела выброса (ст. Большой луг) 20 7 Penicillium sp.

5 13 Trichoderma viride

9 6 Penicillium funiculosum

11 4 Penicillium velutinum

15 _ Mucor sp.

7 5 Trichoderma koningii

7 Rhizopus sp.

4 _ Alternaria sp.

Наиболее простая форма графика, соответствующая модели геометрических рядов [Motomura, 1932], характерна для сообщества микромицетов, обитающих в непосредственной близости от источника выбросов (0,5 км от ИркАЗ-РУСАЛ). Эта зависимость обычно интерпретируется как пропорциональность обилия видов используемой доле ресурса, т. е. каждый вид занимает свободную экологическую нишу, не перекрывающуюся с другими. Отсутствие межвидовой конкуренции между мик-ромицетами в данном случае объясняется низким видовым обилием, связанным, вероятно, с близостью источника аэропромвыбросов.

Кривая значимости, полученная для микоценозов почв, находящихся достаточно близко к источнику воздействия (5 км), но расположенных перед градиентом выбросов, наиболее близка к модели «разломанного стержня» [MacArthur, Wilson, 1967]. Модель основывается на гипотезе о случайном характере распределения единственного ресурса: виды разделяют среду обитания между собой так, что они занимают неперекрывающиеся экологические ниши, причем число особей каждого вида пропорционально ширине гиперпространственной ниши. Подобная зависимость характерна для групп с интенсивной межвидовой конкуренцией.

Для пробных площадок, расположенных на некотором удалении от источника воздействия (15 и 25 км), были получены зависимости, соответствующие наиболее вероятной гиперболической модели, описывающей более сложные, ненарушенные сообщества [Левич, 1978]. Согласно этой модели, обилие первых видов убывает более резко, а обилие редких видов - более плавно, что указывает на более сложный характер дифференциации и перекрывания ниш. Следует отметить, что, несмотря на сходный характер распределения, обилие как доминирующих, так и редких видов существенно выше в условно чистом районе.

Если исходить из положения, что высота и крутизна кривой «доминирования-разнообразия» являются критерием оценки состояния сообщества, то наблюдается закономерная ситуация: по мере приближения к источнику загрязнения вдоль градиента аэропромвыбросов кривая становится более крутой, снижается общее видовое разнообразие и обилие видов. Все это свидетельствует о стрессовой ситуации, вызывающей нарушения видовой структуры микробных сообществ, и, как следствие, способности микромицетов редуцировать растительные полимеры.

Таким образом, проведенные исследования показали, что под действием промышленных выбросов ОАО ИркАЗ-РУСАЛ происходит снижения численности и видового состава микромицетов о чем свидетельствуют низкие индексы биоразнообразия и невысокая численность микроорганизмов в районах исследования.

Литература

1. Belozertceva 1.А. The influence of Irkutsk aluminium plant's emissions on environment. Dissertation of candidate biological science. 03.00.11 / The Institute of Geography.- Irkutsk , 1999. - P . 60- 69.

2. Whittaker R.H. Evolution and Measurement of Species Diversity // Tarpon, 1972. V. 21. P. 213-251.

3. Motomura I. Statistical treatment of association // Japan J. Zool. 1932. V.44. P.379-383.

4. MacArthur R.H., Wilson E.O. The theory of island biogeography. Princeton: Princeton Univ. Press, 1967. 293 p.

5. Levich A.P. Special principle in theory of complicity. The problems of ecological monitoring of ecosystems. Princeton: Princeton Univ. Press, 1978. V. 1. P.164 -182.

Сведения об авторах

Берсенева Оксана Андреевна - аспирант каф. физ.-хим. биологии ИГУ. г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, 664003, 24-18-70 (доб. 109); факс 24-18-55, e-mail:berseneva-oksana@rambler. ru

Саловарова Валентина Петровна - д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой физ.-хим. биологии ИГУ.

Приставка Алексей Александрович - канд. биол. наук, доцент каф. физ.-хим. биологии, ИГУ.

Data on authors

Berseneva Oksana Andreevna - post-graduate student, Irkutsk State University, the faculty of biology and soil science, the chair of physics-chemical biology.

Salovarova Valentina Petrovna - the doctor of biological science, professor, the manager of chair physics-chemical biology, Irkutsk State University, the faculty of biology and soil science.

Pristavka Aleksei Aleksandrovich - the candidate of biological science, assistant professor, Irkutsk State University, the faculty of biology and soil science.