ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОЧВ В ГОРОДСКОЙ ЧЕРТЕ

Мурашкина Ирина Дмитриевна

Ларина Ирина Игоревна

Степанова Олеся Викторовна

Воробьев Иван Викторович

студенты 3 курса лечебного факультета

 Ивановская государственная медицинская академия, г. Иваново

E-mail: OlgaSt_75@mail.ru

Холмогорская Оксана Викторовна

научный руководитель, канд .биол .наук., доцент кафедры биологии с экологией

Стаковецкая Ольга Константиновна

научный руководитель, старший преподаватель кафедры биологии с экологией

Калинина Нина Геннадьевна

научный руководитель, канд .биол .наук., доцент кафедры общей и биоорганической химии

Ивановская государственная медицинская академия, г. Иваново

Сохранение качества окружающей среды и здоровья населения является одной из самых острых проблем современности. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция загрязнения всех составляющих биосферы (почвы, воды, воздуха и т. д.). Антропогенные воздействия на почвы обширней, чем на другие компоненты экосистемы [3, с. 1].

Почва, как депонирующий компонент городской среды, отражает интенсивность поступления и накопления загрязняющих веществ. Различные соединения естественного и антропогенного происхождения, накапливаясь в почве, обуславливают ее загрязненность и токсичность [4, с. 4]. Поступление загрязняющих веществ в почву осуществляется разнообразными путями. Важнейшие из них — выбросы при высокотемпературных процессах в металлургических производствах, при сжигании минерального топлива, а также от автомобильного транспорта. Кроме того, источником загрязнения почв могут служить орошение водами с повышенным содержанием тяжёлых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в качестве удобрения, поступление тяжёлых металлов при постоянном внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов, содержащих тяжёлые металлы. Рост концентрации тяжелых металлов в окружающей среде способствует увеличению их концентрации во всех компонентах экосистем и их передвижению по трофическим цепям. Ряд тяжелых металлов обладает кумулятивным эффектом и канцерогенным действием (кадмий, свинец, медь и др.). Техногенные перемещения тяжелых металлов приводят к их накоплению в почве, растениях [2, с. 1]. Загрязнение почвенного слоя тяжелыми металлами приводит к деградационным процессам, подавлению активности почвенных микроорганизмов и убыванию плодородия, следствием которого является снижение продуктивности экосистем. Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами возрастает постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств, и сохраняется очень долго даже после ликвидации дороги [1, с. 4]. Конечной мишенью становится организм человека, где тяжелые металлы вызывают болезни желудочно-кишечного тракта, крови, нервной, эндокринной, выделительной и других систем.

Целью настоящей работы являлась оценка состояния почв в различных районах городов Иваново, Ковров, Гусь-Хрустальный.

В процессе достижения этой цели решались следующие задачи.

1.  Оценка динамики кислотности, засолённости, фитотоксичности и активности протеолитических ферментов вблизи автодорог и на удалении от них в городах Иваново, Ковров, Гусь-Хрустальный.

2.  Определение состояния почв в парках г. Иваново (Харинка, парк им. Степанова, им. Революции 1905 года).

3.  Сравнение качества почв, собранных в разных городах.

Материалы и методы исследования

Для исследования почвы отбирали смешанные образцы с глубины в 10 см, упаковывали в полиэтиленовые мешки и маркировали. Каждый смешанный образец составлял 20 индивидуальных почвенных проб, взятых равномерно со всех исследуемых территорий: парка им. Степанова (образец 1), парка им. Революции 1905 года (образец 2), парка Харинка (образец 3) г. Иваново, в городах Иваново (образцы 4—6) и Ковров (образцы 7—9) — на разном расстоянии от полотна дороги, а в городе Гусь-Хрустальный (образцы 10—12) — от хрустального завода (0—10 м, 10—50 м, 50—100 м). В лабораторных условиях из почвы удаляли посторонние предметы и просеивали ее через сито.

Навеску почвы для анализа отбирали методом «квартования». Для этого просеянный образец рассыпали тонким слоем (около 0,5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делили его шпателем на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывали, а два оставшихся снова смешивали. После многократных повторений оставшуюся пробу высушивали до воздушного состояния, после чего производили исследование образцов различными методами.

Для определения фитотоксичности почвы в стеклянную колбу на 100 мл наливали 50 мл дистиллированной воды, добавляли 20 г воздушно-сухой почвы, взбалтывали в течение 5—10 минут, а затем отфильтровывали. В каждую чашку Петри на уровне 3—5 мл наливали получившуюся почвенную вытяжку и опускали туда кусочек хлопчатобумажной ткани, на который выкладывали семена кресс-салата (по 50 штук). Затем закрывали чашки крышками и оставляли на 72 часа при комнатной температуре (21—23⁰С). В качестве контроля использовали две порции семян по 50 штук, залитые дистиллированной водой. По окончании экспозиции проростки осторожно вынимали, подсчитывали и измеряли их длину. В зависимости от результатов опыта субстратам присваивали один из четырёх уровней загрязнения: 1) загрязнение отсутствует — всхожесть семян достигает 90—100 %; 2) слабое загрязнение (60—90 %); 3) среднее загрязнение (20—60 %); 4) сильное загрязнение (менее 20 %). В качестве дополнительного показателя загрязнения учитывалась длина проростков.

Общую биологическую активность почвы можно оценить по активности ферментов, вырабатываемых почвенными грибами и микроорганизмами во внешнюю среду, т. е. по так называемой протеазной активности. Активность протеолитических ферментов определялась методом аппликаций на рентгеновской плёнке, эмульсия которой разрушается микроорганизмами. Основу эмульсии составляет желатин — продукт питания для микроорганизмов, разрушающих белки с помощью протеаз. Для определения биологической активности почвы сухие образцы (по 20 г) помещали в чашки Петри и добавляли небольшое количество воды до получения пастообразного состояния. Рентгеновскую пленку нарезали на полоски размером 2x5 см и взвешивали. В каждую чашку закладывали по 1 полоске пленки и оставляли на 72 часа. Все опытные образцы находились в одном помещении при комнатной температуре. По окончании экспозиции полоски осторожно вынимали, промывали под струей воды, высушивали, взвешивали. Оценивали разность массы плёнки до и после экспозиции.

Для определения актуальной (активной) кислотности почвы пробы (25 г) тщательно растирали в фарфоровой ступке, помещали в колбу ёмкостью 200 мл и приливали 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взбалтывали и отстаивали в течение 5—10 минут, а затем отфильтровывали в колбу ёмкостью 100 мл. В полученных вытяжках определяли актуальную кислотность при помощи рН-метра.

Качественное определение химических элементов в почве проводили по следующим реакциям.

1.  Определение карбонат-ионов: Nа ₂СО₃ + 2НСI= 2NаCI+ CO₂ ↑ +Н ₂О

2.  Определение сульфат-ионов: SO42- + Ba2+ = BaSO4↓

3.  Определение хлорид-ионов: NaCI+AgNO₃= AgCI↓ + NaNO₃

4.  Определение ионов кальция: CaCl₂+ (NH₄)₂C₂O₄= CaC₂O₄ ↓ + 2NH₄Cl

5.  Определение ионов свинца: Pb²⁺+ CrO₄^2- = PbCrO₄↓

Результаты исследования

По проценту проросших семян кресс-салата слабое загрязнение обнаружено во всех пробах из Гуся-Хрустального, а также в парке им. Степанова. Длина проростков во всех пробах превышает контрольные показатели на высоком уровне значимости (р<0,01), кроме проб из г. Гусь-Хрустальный, где различия контрольных и опытных значений статистически не достоверны (табл. 1).

Таблица 1

Показатели фитотоксичности почвы

При оценке протеазной активности почв наиболее высокие показатели выявлены в парке им. Степанова, в Коврове (проба 9), в Гусе-Хрустальном (пробы 10 и 12), минимальные показатели — в г. Иваново (проба 4), в парках им. Революции 1905 г., Харинка, в г. Коврове (проба 8). В г. Иваново и г. Ковров отмечается повышение биологической активности почв по мере удаления от автодорог (табл. 2).

Таблица 2

Протеазная активность почв

Определение актуальной кислотности позволило установить, что рН в различных образцах колеблется от 7,0 до 8,1. Большинство проб имеет слабощелочную реакцию, в парке им. Революции 1905 года почва нейтральная, а в г. Гусь-Хрустальный (проба 11) — щелочная (табл. 3) .

Таблица 3

Актуальная кислотность

При определении карбонат-ионов обнаружено, что в почвах парков г. Иваново они почти отсутствуют. Все остальные пробы содержат карбонаты, причём интенсивность реакции, а, следовательно, количество карбонатов уменьшается по мере удаления от автодорог. Максимальное количество хлоридов, сульфатов и кальция выявлено в г. Гусь-Хрустальный (проба 11), парке им. Революции 1905 года, в г. Коврове (проба 9), парке им. Степанова. При постановке качественных реакций для определения свинца результат  во всех образцах оказался отрицательным (табл. 4).

Таблица 4

Качественное определение химических элементов в почве

Обсуждение результатов

Проведенное исследование позволило установить слабую фитотоксичность в образцах из г. Гусь-Хрустальный, из парка им. Степанова и в пробах, собранных возле дорог в городах Иваново, Ковров. Фитотоксичность почвы — свойство почвы подавлять рост и развитие высших растений — является показателем загрязненности почвы ксенобиотиками и другими токсикантами. При оценке проб почвы по всхожести семян кресс-салата можно констатировать слабое загрязнение в г. Гусь-Хрустальный, где снижены как процент прорастания семян, так и длина проростков. В парке им. Степанова, несмотря на небольшое уменьшение процента проросших семян, длина проростков намного превышает контрольные показатели (р < 0,001), следовательно, загрязнение почвы незначительно.

Определение биологической активности почв позволяет косвенно судить о количестве и активности микроорганизмов, вырабатывающих протеазы. Ферменты протеазы в почве обуславливают динамику азота, который в доступной для высших растений форме выделяется при последовательном расщеплении белковых веществ. Наибольшая биологическая активность почв выявлена в парке им. Степанова, в г. Ковров на расстоянии 50—100 м от автодороги и г. Гусь-Хрустальный во всех точках, что свидетельствует о загрязнении почвы органическими остатками. Высокое содержание тяжёлых металлов приводит к сокращению численности микроорганизмов, вырабатывающих протеазы, поэтому по протеазной активности можно судить не только о способности почвы противостоять белковому загрязнению, но и об уровне загрязнения тяжёлыми металлами. При определении протеолитической активности почвенных микроорганизмов выявлено, что у автомагистралей (0—10 м) она минимальна, по мере удаления от дорог показатели возрастают. Таким образом, несмотря на то, что химическими методами обнаружить в пробах содержание свинца нам не удалось, по снижению протеазной активности можно предположить, что возле дорог он присутствует.

Большинство данных биоиндикации подтверждается и химическими методами. Содержание исследованных ионов ни в одной пробе не превышает нормы. Загрязнение почв карбонатами максимально выражено возле дорог, по мере удаления от автомагистралей их содержание уменьшается, в почвах  парков г. Иваново они почти отсутствуют. Максимальное количество хлоридов, сульфатов и кальция (сотые доли %) выявлены в пробе из г. Гусь-Хрустальный на расстоянии 10—50 м от хрустального завода, тогда как на расстоянии 0—10 м и 50—100 м их содержание незначительно. Скорее всего, загрязнение в данной зоне не связано с работой хрустального завода, а обусловлено наличием других источников вредных выбросов. Высокое по сравнению с остальными пробами содержание хлоридов и сульфатов обнаружено в парке им. Революции 1905 года, хлоридов и кальция в парке им. Степанова, сульфатов в парке Харинка. Известно, что у железных дорог, шоссейных дорог с большим потоком автотранспорта, работающего на дизельном серосодержащем топливе, а также вблизи ряда специфичных промышленных предприятий наблюдается  повышенное содержание серы. По-видимому, выявление серосодержащих соединений в пробах из парка им. Революции 1905 года и парка Харинка обусловлено их расположением возле железных дорог.

ВЫВОДЫ

1.  Методами биоиндикации обнаружена слабая фитотоксичность только в пробах из г. Гусь-Хрустальный.

2.  Выявлено, что при удалении от крупных дорог по мере снижения загрязнений выбросами  автотранспорта биологическая активность почв в г. Иваново и г. Ковров возрастает, а содержание карбонатов — уменьшается.

3.  Установлено, что большинство проб имеет слабощелочную реакцию среды.

4.  Максимальная засолённость почвы выявлена в пробе из г. Гусь-Хрустальный на расстоянии 10—50 м от хрустального завода.

5.  Высокое по сравнению с остальными пробами содержание хлоридов и сульфатов, обнаружено в парке им. Революции 1905 года, хлоридов и кальция в парке им. Степанова, сульфатов в парке Харинка, что обусловлено их расположением возле железных дорог.

Список литературы:

1. Загрязнение почв и водной среды горюче-смазочными материалами — [Электронный ресурс]. — Режим доступаURL: http://www.jur-portal.ru/work.pl?act=law_read&subact=855722&id=34298 (дата обращения: 7.09.10).
2. Микробиологический мониторинг почв охранной зоны государственного музея-заповедника С.А. Есенина — [Электронный ресурс]. — Режим доступа — URL: http://library.rsu.edu.ru/archives/6531 (дата обращения: 7.09.10).
3. Очерет Н.П., Лиськова И.П., Бородкина О.В. Влияние антропогенных факторов на экологическое состояние почв и качество окружающей среды республики Адыгея //Экологические науки. — 2007. — № 4. — С. 31—34.
4. Романов О.В. Использование фитотестирования при оценке токсичности почв и снеговой воды — [Электронный ресурс]. — Режим доступаURL: http://www.kgau.ru (дата обращения: 7.09.10).