Влияние тяжелых металлов на биологическую активность подзолистой почвы

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2004 Биология Вып. 2

УДК 631.48

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

В. И. Каменщикова, О. А. Федотова

Естественнонаучный институт при Пермском университете, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4

В модельных опытах при оптимальном водном режиме изучено влияние разных доз свинца, вносимого по фону низких доз меди, цинка и коры, на биологическую активность подзолистых почв и фитотоксичность. Установлено, что активность эмиссии С02 является более информативным показателем загрязнения подзолистых почв тяжелыми металлами, чем активность каталазы.

Защита окружающей среды от загрязнения в последние годы становится веб более актуальной на фоне усиливающейся антропогенной и техногенной нагрузки. Вследствие такой нагрузки в почве могут аккумулироваться различные поллю-танты. Значительное место среди загрязняющих веществ, особенно в городских агломерациях, занимают тяжёлые металлы. Максимальное тяжело-металльное загрязнение почв наблюдается вблизи промышленных предприятий, теплоэлектростанций, крупных автомагистралей.

Отмечено наиболее высокое содержание в почвах таких элементов, как Си, Сг, РЬ, они часто превышают ПДК. Известно, что подвижность тяжёлых металлов в системе почва - растение во многом определяется физико-химическими свойствами почв, содержанием органического вещества и деятельностью микроорганизмов, принимающих активное участие в трансформации веществ в почве.

Представляло интерес изучить влияние наиболее часто встречающихся тяжёлых металлов на биогенность дерново-подзолистых почв, на начальные этапы роста и развития растений, установить зависимость этих показателей от дозы поллю-танта в обычной почве и на фоне вносимых органических удобрений.

Исследования проводились в модельном опыте на подзолистой суглинистой почве Предуралья, характеризующейся следующими показателями (слой 0-20 см): гумус 1,2%, рНС0Л 5,0. Схема модельного опыта включала внесение загрязняющих веществ (РЬ(Ы0з)2*ЗН20) в дозах, равных 1, 2 и 3 ПДК (200, 400, 600 мг/кг), цинк и медь в дозе 1 ПДК (2п-100, Си-50 мг/кг). Микроэлементы вносили в виде порошка, тщательно перемешивали с почвой, которую увлажняли до 60% от полной влагоёмкости. Размельченную кору, блокирующую подвижность тяжёлых металлов, вносили в дозе 1/10 от веса почвы.

Опыт проводили в замкнутых сосудах, почву периодически перемешивали. О влиянии тяжёлых металлов на биогенность почв судили по эмиссии С02 на 3-е, 10-е, 20-е сут., активности окислительных ферментов во влажных и стерильных образцах. Рост и развитие растений определяли по изменению величины роста и веса надземной и подземной фитомассы пшеницы, высеваемой на почвенные пластины (по Красильникову).

Наблюдение за эмиссией С02 показало, что свинец, внесённый в дозе 1 ПДК, не оказывает существенного ингибирующего воздействия на деятельность микроорганизмов, на 20-е сут. в этом варианте активность выделения С02 была даже выше, чем в контрольных вариантах. С повышением дозы свинца ингибирующее действие на микроорганизмы усиливалось, что отразилось и на биохимической активности почв, особенно сильно проявилось снижение эмиссии С02 из почвы в этих вариантах на 20-й день экспозиции (рис. 1).

Внесение низких доз цинка и меди на первых этапах даже усиливало эмиссию С02 в опыте, со временем (на 20-й день) уровень выделения С02 в этом варианте был немного ниже чем в контрольном. Суммарно за 3 срока количество С02 было близким к аналогичному показателю в контрольных вариантах. Установлено, что свинец на фоне других загрязнителей (цинка и меди) (рис. 1) усиливал ингибирующее воздействие на микроорганизмы, с увеличением дозы свинца на фоне Хп и Си уровень «дыхания» снижался до минимума (рис. 1).

Внесение низких доз цинка и меди на фоне органических отходов (кора) повышало эмиссию С02, и она была выше, чем в контроле на протяжении всего опыта. Даже высокие дозы свинца на фоне полиметалльного загрязнения (Си и Хп) при

О В.И. Каменщикова, О.А. Федотова, 2004

164

В. И. Каменщикова, О. А. Федотова

15-

13-

I

10 11

иа 3 *10 а 20 день

Рис. 1. Изменение динамики активности дыхания почвы при моно- и поликомпонентном загрязнении почв тяжёлыми металлами:

1 - почва (контрольная); 2 - почва + РЬ (в дозе 1 ПДК); 3 - почва + РЬ (2 ПДК); 4 - почва + РЬ (3 ПДК); 5 - почва + Zn + Cu (1 ПДК); 6 - почва + Zn + Си + РЬ (1 ПДК); 7 - почва + Zn + Си + РЬ (2 ПДК); 8 - почва + Zn + Си + РЬ (3 ПДК); 9 - почва + Zn + Си (1 ПДК) + кора; 10 - почва + Zn + Си + РЬ (2 ПДК) + кора; 11 -почва + Zn + Си + РЬ (3 ПДК) + кора

может быть частично снижено внесением органических удобрений даже при высоком содержании тяжёлых металлов в почве. Наибольшее различие между вариантами по эмиссии С02 были на 20-е сут наблюдений.

Пагубное воздействие высоких доз свинца отразилось и на активности окислительных ферментов (рис. 2). Определение активности каталазы показало низкий уровень активности фермента при совместном внесении РЬ и других тяжёлых металлов (2п+Си). Внесение коры в почву снижало отрицательное воздействие тяжёлых металлов на активность ферментов. Следует отметить, что при тяжелометалльном загрязнении показатель активности каталазы был менее информативен, чем уровень «дыхания», и тяжёлые металлы не оказывали существенного влияния на активность иммобилизованной каталазы.

Действие тяжелых металлов проявилось в замедлении роста растений. Тяжёлые металлы, вносимые в почву, ингибировали развитие растений только при высоких дозах. Низкие дозы свинца даже на фоне поликомпонентного загрязнения способствовали нарастанию надземной фитомассы, но задерживали развитие корневой системы. Показатель длин надземной фитомассы к размеру корней свидетельствует о пагубном воздействии повышенного свинцового загрязнения на корневую

Рис. 2. Активность каталазы (за 5 минут): а- иммобилизованная; Ь - в биогенноактивной почве; 1,2, 3... - № вариантов

внесении коры были менее токсичны для микроорганизмов.

В целом ингибирующее действие тяжеломе-талльного загрязнения на микроорганизмы, участвующие в деструкции органического вещества,

систему (рис. 3.). Этот показатель был обратно пропорционален концентрации загрязнителя.

Из всего вышеизложенного следует, что повышенные дозы свинца (2-3 ПДК) ингибируют деятельность микроорганизмов, отрицательно влияют

Влияние тяжелых метаплов на биологическую активность подзолистой почвы

165

Рис. 3. Влияние тяжелометалльного загрязнения на начальные этапы развития растений

на активность «дыхания», в меньшей мере на активность окислительного фермента каталазы и на нарастание надземной фитомассы. Ингибирующее действие свинца усиливается на фоне других компонентов и может быть частично снято внесением органических удобрений, в частности коры. Суммарное количество С02, улавливаемое в течение различных сроков наблюдений, является информативным показателем биологической активности и может быть использовано при диагностике тяжелометалльного загрязнения подзолистых почв.

Библиографический список

Агрохимические методы исследования почв / Под ред. A.B. Соколова. М.; Наука, 1975. 656 с.

ГОСТ 26204-84 - ГОСТ 26213-84 Почвы. М., 1989. 55 с.

Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1980. С. 201-202.

Тен Хак Мун. Микробиологические процессы в почвах островов Притихоокеанской зоны. М.: Наука, 1977.

Клевенская И.Л. Олигонитрофильные микроорганизмы почв Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1974.

The influence of heavy metals on the biological activity of podzol soil

V.I. Kamenschikova, O.A. Fedotova

It has been studied the influence of different doses of lead, low doses of copper, zinc, and cortex on the biological activity of podzol soils and phytotoxicity. It has been stated that the activity of the released C02 is a more informative index of pollution of podzol soils with heavy metals then the activity of catalaza.