Изменение биологических свойств бурых лесных почв Адыгеи при химическом загрязнении

УДК 577.4: 631.4.4:502.7

ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ АДЫГЕИ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ

© 2007 г. З.Р. Тлехас, С.И. Колесников

Pollution of brown wood soil by F, Cu, oil conducts to significant deterioration of a biological condition of this soils. Brown wood soils possess insignificant buffer ability to chemical pollution.

Республика Адыгея обладает уникальными природными ресурсами, однако все возрастающее антропогенное воздействие негативным образом сказывается на их состоянии. Одной из актуальных экологических проблем республики является загрязнение почв различными химическим веществами. Источниками загрязнения служат автотранспорт, промышленность, сельское хозяйство и др.

В настоящей работе исследована устойчивость биологических свойств бурых лесных почв Адыгеи, занимающих значительную площадь республики, к химическому загрязнению. В силу своих эколого-генетических особенностей (невысокое содержание гумуса, кислая среда, невысокая биологическая активность и др.) бурые лесные почвы обладают незначительной буферной способностью к химическому загрязнению.

В модельных экспериментах была исследована устойчивость биологических свойств бурых лесных почв Адыгеи (окрестности п. Гузерипль) к загрязнению нефтью, медью и фтором. Почва для модельных экспериментов была отобрана из пахотного горизонта.

Исследовали загрязнение почв химическими веществами, относящимися к разным группам загрязняющих веществ и значительно отличающихся по своим свойствам. В качестве представителя тяжелых металлов использовали медь, загрязнителей-неметаллов - фтор, органических загрязнителей - нефть. Все эти вещества являются приоритетными загрязнителя-

ми на Юге России. Изучали действие разных концентраций загрязняющих веществ: медь и фтор - 1, 10, 100 ПДК, нефть - 1, 5, 10 % от массы почвы. ПДК в почве Си и Б составляет соответственно 100 и 500 мг/кг воздушно-сухой почвы. Медь вносили в почву в форме оксида, фтор - в форме фторида кальция. Природное и антропогенное загрязнение почвы фтором происходит, как правило, в форме фторидов, а тяжелыми металлами - в форме оксидов. Лабораторно-аналитические исследования проводили через 30 сут после загрязнения.

Лабораторно-аналитические исследования были выполнены на кафедре экологии и природопользования РГУ с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов. Определяли численность аммонифицирующих бактерий, микроскопических грибов, бактерий р. Л7о1оЪаС:ег, каталазную, инвер-тазную и целлюлозолитическую активность почв, фи-тотоксичность, содержание гумуса, рН. На основе первых пяти показателей рассчитывали интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС) [1]. Показатель обилия бактерий р. Л7о1оЪайег, который целесообразно использовать при расчете ИПБС, не удалось применить в исследовании, так как в кислых почвах эти микроорганизмы практически не встречаются.

В ходе исследования зарегистрировано, в основном снижение значений биологических показателей (табл. 1-4). Ни в одном случае не было зафиксировано их достоверного увеличения.

Таблица 1

Показатель Содержание фто ра в почве

Контроль 1 ПДК 10 ПДК 100 ПДК НСРс,05

Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин 1,8 1,6 1,5 1,0 0,1

Активность инвертазы, мг глюкозы на 1 г почвы за 24 ч 38,2 37,9 34,1 25,2 4,6

Целлюлозолитическая активность, % от контроля 100 98 98 93 10

Численность аммонифицирующих бактерий, млн КОЕ/г почвы 0,97 0,85 0,65 0,26 0,10

Численность микроскопических грибов, тыс. КОЕ/г почвы 30,7 12,1 20,2 8,8 3,6

ИПБС 100 83 81 54

Биологические свойства бурых лесных почв Адыгеи при загрязнении фтором, % от контроля

Таблица 2

Биологические свойства бурых лесных почв Адыгеи при загрязнении медью, % от контроля

Показатель Содержание меди в почве

Контроль 1 ПДК 10 ПДК 100 ПДК НСРс,05

Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин 1,8 1,9 1,3 0,9 0,1

Активность инвертазы, мг глюкозы на 1 г почвы за 24 ч 38,2 37,9 36,1 32,5 4,9

Целлюлозолитическая активность, % от контроля 100 100 98 98 10

Численность аммонифицирующих бактерий, млн КОЕ/г почвы 0,97 0,60 1,05 1,04 0,21

Численность микроскопических грибов, тыс. КОЕ/г почвы 30,7 12,2 17,9 16,0 3,9

ИПБС 100 73 66 48

Таблица 3

Биологические свойства бурых лесных почв Адыгеи при загрязнении нефтью, % от контроля

Показатель Содержание нефти в почве

Контроль 1 % 5 % 10 % НСР0.05

Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин 1,8 1,7 1,6 0,9 0,1

Активность инвертазы, мг глюкозы на 1 г почвы за 24 ч 38,2 37,9 35,8 35,5 5,0

Целлюлозолитическая активность, % от контроля 100 93 95 69 9

Численность аммонифицирующих бактерий, млн КОЕ/г почвы 0,97 0,37 0,23 0,11 0,10

Численность микроскопических грибов, тыс. КОЕ/г почвы 30,7 12,8 8,49 5,14 3,6

ИПБС 100 81 86 79

Таблица 4

Влияние загрязнения бурых лесных почв Адыгеи фтором и медью на содержание гумуса, %

Загрязняющее вещество Контроль 1 ПДК 10 ПДК 100 ПДК НСР0.05

Фтор 2,20 2,14 1,88 1,46 0,09

Медь 2,20 2,14 2,06 2,08 0,10

По степени (по степени снижения значений устойчивости) исследованные показатели располагаются следующим образом. При загрязнении фтором: численность микроскопических грибов > численность аммонифицирующих бактерий > активность ката-лазы > активность инвертазы > целлюлозолитиче-ская активность. При загрязнении медью: численность аммонифицирующих бактерий > численность микроскопических грибов > активность каталазы > целлюлозолитическая активность > активность ин-вертазы. При загрязнении нефтью: численность микроскопических грибов > активность каталазы > численность аммонифицирующих бактерий = активность инвертазы > целлюлозолитическая активность.

Как видно из табл. 4, загрязнение медью и фтором ведет к достоверному снижению содержания гумуса в почве при концентрации меди 100 ПДК и фтора 10 и 100 ПДК. Определить влияние нефтяного загрязнения на содержание в почве гумуса с помощью использованного в исследовании метода Тюрина невозможно, так как последний основан на химическом окислении органического углерода, которого много в нефти (разделить углерод гумуса и углерод нефти не представляется возможным).

Проведенное исследование показало, что при загрязнении бурой лесной почвы исследованными ве-

ществами кислотно-щелочные условия (рН) практически не меняются.

Сравнение степени токсичности фтора, меди и нефти показало, что в дозе 500 мг/кг фтора (1 ПДК) и 1 % нефти эти вещества ухудшают биологические свойства почвы приблизительно в равной степени, снижая ИПБС соответственно до 83 и 81 % относительно незагрязненной почвы. Медь в исследованных дозах оказала более сильное негативное воздействие, чем фтор и нефть.

Оценка устойчивости бурых лесных почв по сравнению с другими почвами юга России [2] показала, что черноземы и дерново-карбонатные почвы (ренд-зины) являются более устойчивыми к загрязнению фтором, медью и нефтью, а серопески - более чувствительными. Очевидно, это связано с тем, черноземы обладают высокой поглотительной способностью, что ведет к связыванию загрязняющих веществ, рендзины имеют высокую карбонатность, а следовательно, слабощелочную среду, которая также снижает подвижность загрязняющих веществ. Легкий гранулометрический состав серопесков предопределяет их низкую поглотительную способность. Кислые свойства бурой лесной почвы и низкое содержание гумуса способствуют подвижности меди и фтора, что позволяет им проявить свои токсические свойства в значительной степени, а низкая биологическая активность не способствует быстрому разложению и детоксикации нефти в почве.

Таким образом, в результате исследования установлено, что загрязнение бурой лесной почвы химическими веществами различной природы ведет к значительному ухудшению биологического состояния этой почвы. Вследствие своих эколого-генетических особенностей (невысокое содержание гумуса, кислая

среда, невысокая биологическая активность и др.) бурые лесные почвы обладают незначительной буферной способностью к химическому загрязнению.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (грант Президента РФ № МД-3944.2005.4).

Литература

1. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д, 2003.

2. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. Ростов н/Д, 2006.

5 декабря 2006 г.

Майкопский государственный технологический университет, Ростовский государственный университет_