Мониторинг микробиологического состояния почв

Как отмечено в главе 7, почвенный микробоценоз отражает различные виды деградации почв, и на этом основании показатели его состояния могут служить уни­версальными индикаторами состояния почв при почвенном мониторинге.

Микробиологические тесты позволяют за короткое время, даже при незначительных изменениях в окружа­ющей среде, оценить отклонения в функционировании почвенной системы и потому могут служить показателями ранней диагностики степени деградации почв. Основных микробиологических тестов всего четыре (табл. 12.1).

Уровень активной микробной биомассы является ин­формативным показателем общего состояния почвенной биоты. Определяется по методике, изложенной в работе «Экспериментальная экология», 1991. Степень деградации устанавливается по уменьшению уровня активной микроб­ной биомассы по сравнению с контролем. Для недегра­дированной почвы допускается не более чем 5-кратное снижение, тогда как очень сильнодеградированная почва характеризуется более чем 100-кратным снижением актив­ности микробной биомассы.

Содержание патогенных форм микроорганизмов харак­теризует биологическое загрязнение почвы. Определяется по стандартной методике (Мишустин и др., 1979). В норме их количество не превышает 1000 на 1 г почвы.

Фитотоксичность почвы является интегральным показа­телем состояния почвенной биоты. Зависит от суммарного загрязнения почвы, включая и почвоутомление. Определя­ют методом «почвенных пластинок» по снижению числа проросших семян и длины проростков по сравнению с

Таблица 12.1

Показатели и критерии биологической деградации почв

контролем (Звягинцев и др., 1989; Евдокимова и др., 1984).

Генотоксичность почвы — показатель, с помощью которого определяют способность почвы влиять на струк­турно-функциональное состояние генетического аппарата почвенной биоты, включая микроорганизмы, раститель­ность и почвенную фауну. Определяют по росту числа генных мутаций по сравнению с контролем. Оценивается в краткосрочных тестах (Фонштейн и др., 1977). В норме число мутаций в нарушенной почве не должно отличаться более чем в два раза по сравнению с контролем.

При высоком значении показателя скорости биологи­ческой деградации необходимо выявление вызывающих ее причин, так как за исключением количества патогенных микроорганизмов все остальные параметры биологической деградации являются интегральными, обусловленными совокупным действием целого ряда причин.

Наибольшее распространение получили методы микро­биологического тестирования для оценки состояния почв, подверженных загрязнению.

В ходе санитарно-гигиенического мониторинга оценка степени биологического загрязнения ведется по санитар­но-бактериологическим, санитарно-паразитологическим и санитарно-энтомологическим показателям.

В загрязненной почве на фоне уменьшения аборигенных представителей почвенных микробоценозов и снижения ее биологической активности отмечается увеличение коли­чества патогенных энтеробактерий и гельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Оценка санитарно-бактериологического состояния почвы обязательно проводится на объектах повышенного риска (дет­ские сады, игровые площадки, зоны санитарной охраны).

Каждая почва характеризуется определенной обога- щенностью микроорганизмами, и она может снижаться при разных видах воздействия на нее (табл. 12.2). При контроле микробиологического состояния почв проводится выявление реакции отдельных групп почвенных микроор­ганизмов на то или иное воздействие на разных уровнях их организации: особь, популяция, сообщество.

Для сообществ (комплексов) — один из основных пока­зателей — изменение их видовой структуры. Показателями изменения могут быть общее число выделяемых видов (богатство видов), показатели их разнообразия, уровень доминирования. Наряду с изменением разнообразия может происходить изменение состава видов.

Слежение за изменением состава и структуры сооб­ществ может проводиться как по отдельным таксономи­ческим группам, так и для трофических групп почвенных микроорганизмов. Примером такого подхода является исследование крахмалразлагающего (амилолитического) микробного сообщества, или целлюлозоразлагающих мик­роорганизмов, или организмов, потребляющих легкодоступ­ные органические вещества при изменении экологических условий. Выбор исследуемой трофической группы должен соответствовать специфике исследуемого биоценоза и ос-

Оценка степени обогащеииости почв микроорганизмами, люминесцентно-микроскопический метод

(по Звягинцеву, 1978)

ВИДЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЧВЕННОГО... МОНИТОРИНГА

новным изменениям трансформации органики под влияни­ем антропогенных факторов. Для того чтобы произошли не­однократно регистрируемые изменения состава сообществ вследствие исчезновения одних и появления других видов, необходимы существенные экологические сдвиги. Следо­вательно, раньше, чем для сообществ, изменения могут проявиться для его составляющих — популяций отдельных видов. Изменения популяций регистрируются задолго до исчезновения вида в сообществе.

Наряду с традиционными микробиологическими ме­тодами популяционного анализа (посев на питательные среды) весьма перспективно слежение за развитием мик­роорганизмов непосредственно в почве с использованием мембранных камер с внесенными в них популяциями мик­роорганизмов. При этом наиболее эффективно внесение видов с известными свойствами. Например, для оценки влияния кислых осадков — внесение видов организмов, высокочувствительных к изменению pH. Реакция популяций микроорганизмов (например, микроскопических грибов) на изменение экологических условий может проявляться в увеличении лаг-фазы, изменении уровня прорастания спор, репродукции, скорости роста мицелия, длительности отдельных стадий развития. На популяционном уровне из­менения биоты могут наблюдаться при более низких уров­нях воздействия. Например, такие изменения были зареги­стрированы для стенотопного вида Mortierella ramanniana при загрязнении кадмием дерново-подзолистых почв ниже уровня ПДК, в то время как при оценке сообществ изме­нения прослеживаются при дозе загрязнения на порядок выше (Марфенина, 1991).

Информативным показателем биологического со­стояния почвы является ее ферментативная активность. Оценка степени обогащенности почвы ферментами дана в таблице 12.3.

Почва является самой богатой системой как по фер­ментативному пулу, так и ферментному разнообразию. Источниками почвенных ферментов служат растения, микроорганизмы, животные, словом, все живое вещество

Оценка степени обогащениости почв ферментами, над чертой — на весовые единицы почвы, под чертой — на 1 см² поверхности почвы (по Звягинцеву, 1978)

ВИДЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЧВЕННОГО- МОНИТОРИНГА

почвы.

Обогащенность ферментами в значительной степени оп­ределяется генетическим типом почвы, при этом в верхних биогенных горизонтах активность ферментов максимальна, а вниз по профилю — в большинстве случаев снижается.

Деградация почвы сопровождается снижением ее био­логической активности, и ферменты, как показали много­численные исследования, являются надежным индикатором этого явления (табл. 12.4). При этом ферменты проявляют специфическую реакцию на тот или иной вид деградации почвы. Так, загрязнение почвы ТМ, нефтепродуктами в значительной степени снижает активность каталазы, в то время как инвертаза и дегидрогеназа довольно слабо реагируют на нефтезагрязнение. В то же время инвертаза чувствительна к сельскохозяйственному использованию, а каталаза — нет.

Таблица 12.4

Оценка показателей ферментативной активности (в баллах) в целях диагностики состояния почв (по Даденко, 2004)

Окончание табл.

12.2.