Биологическая активность как индикатор техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами

Семенова, Ирина Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биологическая активность как индикатор техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность как индикатор техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами"

На правах рукописи

СЕМЕНОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАК ИНДИКАТОР ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

03.02.13 -Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

| ' . Ш

Уфа -2013

005537993

Диссертационная работа выполнена в лаборатории экологии и рационального природопользования Государственного автономного научного учреждения «Институт региональных исследований Республики Башкортостан»

Научный консультант: Суюндуков Ял иль Тухватович

доктор биологических наук, профессор, ГАНУ «Институт региональных исследований РБ», г. Сибай

Официальные оппоненты: Хазиев Фангат Хаматович

доктор биологических наук, профессор ФГБУН «Институт биологии УНЦ РАН», г. Уфа

Русанов Александр Михайлович доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Оренбургский ГУ», г. Оренбург

Зыбалов Владимир Степанович доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Челябинская ГАА», г. Челябинск

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Алтайский государственный

аграрный университет, г. Барнаул

Защита состоится 19 декабря 2013 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.003.01 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34.

Тел. 8(3472) -28-15-11.

E-mail: gayfullin@bk.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «.< 2013 г. и размещен на официальном сайте

Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета ^

доктор сельскохозяйственных наук, доцент jb-u-

^ P.P. Гайфуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В эпоху научно-технического прогресса одной из основных задач человечества является защита окружающей среды, которая загрязняется опасными промышленными отходами. Экологическое состояние почв, которое является результатом длительного воздействия различных источников, служит индикатором разнообразных природных процессов. Характерной особенностью почв является их способность аккумулировать загрязняющие вещества, что во многом определяет устойчивость экосистем к антропогенному воздействию. Благодаря высокой поглощающей способности, почва выступает в роли основного аккумулятора, сорбента и разрушителя токсикантов, являясь геохимическим барьером для миграции загрязняющих веществ и защищая сопредельные среды от антропогенного воздействия. Однако, способность почвы в качестве буферной системы не безгранична. Накопление токсинов и продуктов их трансформации в почвах ведет к изменению их физических, химических, биологические свойств, и, в конечном счете, к разрушению. Такие негативные изменения часто сопровождаются токсическими эффектами со стороны почвы по отношению к другим компонентам экосистемы — биоте, поверхностным и подземным водам, атмосфере (Ковда, 1985; Мотузова и др., 1989; Гришин, 1991; Черников и др., 2000,2004, 2005).

На территории Зауралья Башкортостана расположено большое количество полиметаллических месторождений, что обусловило развитие горнодобывающих предприятий, интенсивная деятельность которых явилась причиной загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами (ТМ). В свою очередь, аккумуляция ТМ в почвах при участии в миграционных циклах биосферы создает новые очаги загрязнения. Интенсивность процессов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов определяет динамику почвообразовательного процесса и в значительной степени способствует устойчивости почвенных экосистем в условиях загрязнения токсикантами. Механизмы регуляции гомеостаза, контролирующие синтез и распад

почвенных компонентов, базируются на процессах метаболизма почвенных микроорганизмов и активности почвенных ферментов (Звягинцев, 1976, 1980, 1987, 1989; Хазиев, 1982, 2005). Формирующаяся при участии микроорганизмов и других обитателей почв биологическая активность реагирует на любые негативные и позитивные изменения в почвах, что позволяет использовать ее в качестве высокочувствительного индикатора.

При почвенно-экологическом мониторинге биологические методы оценки почв используются очень ограниченно, хотя они необходимы для комплексного изучения экосистем. В этой связи особое значение приобретают исследования, программа которых направлена на разработку методологических подходов к изучению биологических свойств почвы.

Степень разработанности. Вопросам применения биодиагностических методов при оценке экологического состояния почвенного покрова посвящены работы ряда авторов (Гиляров, 1965; Мишустин, 1966; Звягинцев, 1992, 1994, 1999; Добровольский, 1985, 1990; Хазиев, 1976, 1982, 2005; Гельцер, 1986; Карпачевский, 1972, 1987; Бабьева,1989; Горленко,1994; Киреева, 2000; Колесников, 2000 и др.).

Исследования по оценке воздействия ТМ на почвенный покров Башкирского Зауралья проводились, главным образом, с целью санитарно-гигиенической характеристики территорий и в большинстве случаев включали контроль содержания ТМ в почвенном покрове и произрастающей растительности, а также интерпретацию полученных данных на базе использования предельно-допустимых концентраций (ПДК) и фоновых значений (Клысов, 2000; Опекунова и др., 2001, 2002; Шагаева, Суюндуков, 2001; Старова, 2003; Белан, 2003, 2005, 2006; Асылбаев, 2004; Янтурин, 2004; Кулагин, Шагаева, 2005; Сингизова, 2009; Хабиров и др., 2007, 2010). В то же время вопросы, касающиеся использования биологических методов для мониторинга экологического состояния техногенно загрязненных почв горнорудного региона Зауралья Республики Башкортостан, разработаны недостаточно.

Цель и задачи исследований. Целью исследования являлась экологическая оценка региональных особенностей почв горнорудного региона Республики Башкортостан с интенсивной техногенной нагрузкой с использованием показателей биологической активности в качестве индикаторов эколого-почвенного мониторинга.

В рамках проведения работы решались следующие задачи:

1) комплексная оценка современного экологического состояния почв в экосистемах горнорудного региона Республики Башкортостан;

2) исследование потенциальной устойчивости (буферности) почв в зоне влияния горнорудных предприятий к загрязнению ТМ на основе изучения их физико-химических свойств;

3) изучение биологической активности почв горнорудного региона Республики Башкортостан с использованием интегральных показателей, а также функциональной активности почвенных микробных сообществ методом мультисубстратного тестирования (МСТ); сравнение показателей биологической активности почв, оцененных методом МСТ и традиционными методами;

4) сравнительная оценка экологического состояния почв в зоне влияния предприятий горнорудного комплекса по химическим и биологическим показателям; обоснование принципов установления экологической буферной зоны, определение границ которой базируется на результатах химико-аналитических и биологических анализов почв и других компонентов окружающей среды и ее апробация на примере промышленной зоны г. Сибай;

5) исследование влияния природных цеолитов и органических удобрений на активность ферментов почв, загрязненных ТМ, в условиях полевого опыта.

исследований, в том числе с применением МСТ. Собранный новый фактический материал позволил сформировать базу данных по распределению и содержанию ТМ в почвах, определить степень загрязнения почв промышленных и рекреационных зон Зауралья Республики Башкортостан в соответствии с общепринятыми критериями, а также рассмотреть состав ассоциаций металлов в зависимости от расположения и характера влияния основных источников загрязнения на окружающую территорию. На основе оценки экологического состояния почв Зауралья Башкортостана обоснована целесообразность применения индекса трансформации биологических свойств -интегрального показателя, характеризующего уровень разнонаправленных отклонений показателей биологической активности исследуемых проб от фоновых значений. Предложен комплекс информативных показателей, включающий структурные и функциональные параметры почвенной микробиоты, с целью использования их для биомониторинга состояния окружающей среды в зоне влияния горно-обогатительных комбинатов Башкортостана. Разработаны и опробованы на региональном уровне методические подходы обоснования экологической буферной зоны, уточнение границ которой базируется на результатах химических и биологических анализов почв и прочих компонентов окружающей среды.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные являются теоретической и практической базой для разработки и рационального использования земельных ресурсов в условиях горнорудного региона. Результаты, полученные в процессе исследования, позволят более достоверно провести оценку эколого-гигиенической обстановки в Башкирском Зауралье и выявить локальные очаги повышенного полиметаллического загрязнения на его территории. Полученные данные будут способствовать усовершенствованию схемы интегральной биотической оценки качества окружающей среды в зоне деятельности горнорудных предприятий, уточнению границ санитарно-защитной зоны предприятий горнорудного комплекса и обоснованию административных действий, связанных с проведением восстановительных и

рекультивационных мероприятий. Материалы исследований используются при преподавании курсов почвоведения, экологии Башкортостана, спецкурсов по экологии почв и экологии микроорганизмов в Сибайском институте (филиале) Башгосуниверситета, а также могут быть применены при формировании целевых программ охраны окружающей среды и природных ресурсов, при кадастровой оценке объектов недвижимости. Анализ и учет особенностей техногенной трансформации почв позволит повысить эффективность мероприятий по сохранению природных качеств и рекультивации нарушенных почв в зоне влияния горнорудных комбинатов.

Методология и методы исследования. В основу методологии проводимых исследований положен обзор научных публикаций, формулировка цели, задач и программы исследования, закладка полевых опытов, проведение наблюдений, организация экспедиционных и лабораторных исследований, статистическая обработка экспериментальных данных и анализ полученных результатов. Работа была выполнена в соответствии с общепринятыми методиками и ГОСТами, используемыми в почвоведении и микробиологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Приоритетными загрязняющими веществами почв промышленных зон Зауралья Республики Башкортостан являются цинк, медь и кадмий, уровень аккумуляции и особенности распределения которых определяются длительностью функционирования горнорудного предприятия и удаленностью от источников загрязнения (ИЗ).

• Разные почвы изученных территорий характеризуются различной степенью буферной устойчивости по отношению к ТМ (от низкой до повышенной).

• Загрязнение почв ТМ негативным образом влияет на функциональную активность микробных сообществ. В то же время уровень ферментативной активности не всегда коррелирует со степенью загрязнения почвы ТМ в силу его высокой чувствительности к действию других факторов, таких как количество осадков за вегетационный период и др.

• Воздействие ТМ на биологическую активность почв определяется как природой металлов, так и их концентрацией.

• Результаты МСТ коррелируют с данными, полученными традиционными методами изучения биологической активности техногенно загрязненных почв, что позволяет рекомендовать его для целей биодиагностики в качестве экспресс-метода.

Степень достоверности. В работе использованы современные методики сбора и обработки исходной информации. Проведенные исследования являются репрезентативными, о чем свидетельствуют представительные выборочные совокупности с обоснованием подбора объектов наблюдения. Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена системностью исследовательских процедур и использованием современных способов статистической обработки информации с использованием программ Excel 7.0, и STATISTICA for Windows (версия 6.0), проверкой статистических гипотез. Экспериментальные данные соотнесены с результатами исследований других учёных.

Апробация работы. Основные вопросы диссертационной работы были обсуждены на ежегодных научных семинарах кафедры экологии естественно-технического факультета СИ (филиала) ФГБОУ ВПО «Башгосуниверситет» (Сибай, 2005-2013), докладывались на конференциях, в том числе: Международных (Пенза, 2006, 2007; Тольятти, 2008; Бангкок, Паттайа (Тайланд), 2009; Иркутск, 2010; Анталия (Турция), 2010; Сочи, 2011, 2012, 2013; Семей (Казахстан), 2012; Москва, 2013; Ростов-на-Дону, 2013), Всероссийских (Оренбург, 2005, 2007, 2009, 2011, 2013; Уфа, 2009; Нижний Тагил, 2012), Межрегиональных (Уфа, 2011, 2012), Региональных (Уфа, 2006, 2008, 2009; Магнитогорск, 2007; Сибай, 2008 - 2013).

Основные положения диссертации опубликованы в 92 научных работах, в числе которых 3 монографии, 31 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, 7 глав содержательной части, выводы и приложения. Она изложена

на 330 страницах, содержит 33 таблицы, 84 рисунка и 5 приложений. Список литературы включает 425 наименований

Благодарности. Диссертационная работа основана на результатах многолетних исследований, проведенных лично автором или под его руководством в ГАНУ ИРИ РБ. Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту д.б.н., проф. Суюндукову Я.Т., д.б.н. проф. Миркину Б.М., коллективам лаборатории экологии и рационального природопользования ГАНУ «ИРИ РБ», кафедры экологии Сибайского института БашГУ, д.б.н. проф. Янтурину С.И., к.б.н. Рафиковой Ю.С., к.б.н. Ильбуловой Г.Р., к.б.н. Севряковой О.А. за сотрудничество и помощь в проведении исследований, а также научному сотруднику факультета почвоведения МГУ к.б.н. Горленко М.В. за помощь в освоении метода МСТ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОРУДНОГО КОМПЛЕКСА (ОБЗОР

ЛИТЕРАТУРЫ)

Представлен обзор отечественной и зарубежной литературы по теме диссертационной работы. Рассмотрены вопросы загрязнения ТМ окружающей среды. Приводятся сведения о ТМ и их значении в функционировании экосистем (Алексеев, 1987; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991; Водяницкий, 2005), о нормировании ТМ в почвах (Воробейчик и др., 1994), об изменении состояние почв под влиянием горнорудной промышленности (Большаков, 1978; Алексеев, 1987; Карпухин, 1998; Кайгородова и др., 2000; Пасынкова, 2001; Хабиров и др., 2010), о поведении ТМ в почвах (Глазовская, 1988; Рихванов, 1993; Табаксблат, 1998; Ильин, Сысо, 2001; Титова и др., 2001; Орлов и др., 2002;), о влиянии повышенных концентрациях ТМ на изменение плодородия почвы, ее микробиологической и ферментативной активности (Бабьева и др., 1980; Булавко, Наплекова, 1984; Левин и др., 1989; Звягинцев,

1989; Галиулин и др., 1996; Ананьева, Никулин, 1997; Евдокимова, Мозгова, 2000; Колесников и др., 2000, 2012), о способах детоксикации тяжелых металлов в почвах (Цицишвили и др., 1985; Овчаренко и др., 1996; Кутукова, Плеханова, 2002).

2 ПРИРОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Дана характеристика географического положения, природно-климатических условий почвообразования: рельефа, климата, растительности, почв и почвообразующих пород (Богомолов, 1954; Гарифуллин, 1974; Тайчинов, Бульчук, 1975; Хазиев, 1995, 2007; Мукатанов, Харисов, 1996; Кашапов 1999; Суюндуков, 2001; Мукатанов, 2002; Миркин, 2004).

На основе «Обзоров состояния окружающей среды Башкирского Зауралья за 2004-2011 гг.» проведен анализ современного состояния экологической ситуации в изучаемом регионе. Главными факторами формирования и мобилизации миграционных потоков экотоксикантов в окружающей среде являются добыча и обогащение медно-колчеданных руд. Наибольшее техногенное влияние на природную среду оказывают ОАО «Учалинский горнообогатительный комбинат» (УТОК) и его Сибайский филиал (СФ УТОК), а также ЗАО «Бурибаевский горно-обогатительный комбинат» (БГОК) и ООО «Башкирская медь». Основными причинами техногенной нагрузки на окружающую среду являются следующие: выброс загрязняющих веществ в атмосферу, накопление отходов горнорудного производства и сброс стоков. В 2010 г. валовый объем выбросов загрязняющих веществ от передвижных и стационарных источников загрязнения атмосферы составил по г.Учалы и Учалинскому району 10,4 тыс. т, по г.Сибай - 8,0 тыс. т, по Баймакскому району — 6,9 тыс. т, по Хайбуллинскому району — 4,6, Абзелиловский - 5,4 тыс. т. Основной объем отходов приходится на долю предприятий, осуществляющих добычу и переработку полезных ископаемых. Газопылевые выбросы, а также твердые и жидкие отходы, являются звеньями единой

природно-техногенной системы (геологическая среда - горная промышленность - биосфера, в том числе почвы, растения, человек), существующей в регионе. Загрязнители, в том числе и металлы, перераспределяясь в пределах данной системы, в конечном итоге попадают в организм человека и негативно сказываются на состоянии здоровья населения (Белан, 2005; Рафикова, 2010; Семенова, Рафикова, 2012,2013).

3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования были проведены в период 2005-2012 гг. на территории Зауралья Республики Башкортостан в Учалинском, Баймакском, Хайбуллинском административных районах, где расположены горнообогатительные комбинаты, а также в Зилаирском и Абзелиловском районах, не имеющих на своей территории крупных горнорудных предприятий. В изучаемом регионе присутствуют две рудоносные зоны: Баймак-Бурибаевская смешанно-медно-рудная (месторождения Юбилейное и Семеновское) и Красноуральско-Сибай-Гайская медно-рудная (месторождения Учалинское ,Сибайское, Камаганское).

Учалинский горно-обогатительный комбинат (УТОК), функционирующий с 1954 г., ведет добычу медно-колчеданных руд на месторождениях Учалинского района. Расположение пробных площадок с учетом розы ветров и расстояния от обогатительной фабрики было следующим: в северо-западном направлении - 0,5 км (У1), 5 км (У2); в северном направлении - 5 км (УЗ), 10 км (У4), в юго-западном - 15 км (У5). Почвенный покров данных участков, представленный черноземом выщелоченным на карбонатных элювиоделювиальных, делювиальных глинах и суглинках, характеризуется наличием гумусового горизонта средней мощности, четко выраженной структурой, наличием уплотненного иллювиального горизонта (Хазиев, 2007).

Сибайский филиал (СФ) УТОК (до 2004 г. назывался Башкирский медно-серный комбинат) - горнорудное предприятие по добыче и обогащению

медных руд Новосибайского медно-колчеданного и других месторождений, функционирующее с 1948 г. В состав комбината входят подземный рудник, известняковый карьер и обогатительная фабрика, которая эксплуатируется с 1958 г. Исследования проводили на территориях, сопредельных с Сибайской обогатительной фабрикой (СОФ) и Сибайским медно-колчеданным карьером (СК). Расстояние пробных площадок от СОФ было следующим; в восточном направлении - 0,5 км (С1), 5 км (С2), 10 км (СЗ), в юго-восточном - 5 км (С4), 10 км (С5), 15 км (С6) и северно-восточном - 5 км (С7), 10 км (С8), 15 км (С9). Пробные площадки в зоне расположения СК, окруженного отвалами вскрышных пород и граничащего с жилыми поселками Горный и Золото, располагались в северном, южном, восточном и западном направлениях от карьера на расстоянии 100, 750 и 2000 м. Контрольная пробная площадка была расположенна в 15 км южнее СК вне прямого воздействия предприятия, но находящаяся в пределах естественной геохимической аномалии рудоносной зоны.

Почвенный покров данных стационарных участков представлен черноземом обыкновенным среднемощным среднегумусным и тяжелосуглинистым. Почвообразующими породами являются делювиальные отложения. Характеризуется нейтральными и щелочными значениями кислотности (рН 6,0 и более) (Хазиев, 2007).

Отработанный карьер Куль-Юрт-Тау расположен в Баймакском районе в 5 км к северу от г. Баймак (восточный склон одноименной горы). Площадь карьера составляет 7,3 га, глубина - 90 м, нижняя часть его затоплена водой. Хвосты переработки объемом около 50 тыс. м3 (100 тыс. т) складированы на северном борту карьера. На месторождении Куль-Юрт-Тау накоплено порядка 3,7 млн. т твердых отходов (Абдрахманов, 2005). В восточном направлении имеет место подземный поток сточных вод отвалов до реки Таналык. Пробные площадки были заложенных в северном, южном, восточном и западном направлениях от карьера непосредственно возле отвалов, на удалении 0,25, 0,5

и в одном случае 0,75 км. Контрольный участок располагался на расстоянии 30 км в северном направлении от карьера на склоне возвышенности.

В Хайбуллинском районе для исследования были выбраны территории, прилегающие к двум объектам: к карьеру месторождения «Юбилейное» и Бурибаевскому горно-обогатительному комбинату.

Месторождение «Юбилейное» находится в центральной части Петропавловского рудного поля. В состав руды, добываемой в карьере «Юбилейный», входят, главным образом, медь, цинк, сера.. Месторождение разрабатывается с 1996 года предприятием ООО «Башкирская медь». Расстояние пробных площадок от карьера было следующим: 0,25, 0,5, 1,0 и 2,0 км в северном, южном, восточном и западном направлениях.

Бурибаевский горно-обогатительный комбинат, который производит добычу и обогащение медно-колчеданных и медно-цинковых руд, функционирует с 1930 г. Расстояние пробных площадок от обогатительной фабрики Бурибаевского ГОКа было следующим: в западном направлении - 0,1 км (Б0), 0,5 км (Б 1), 5 км (Б2), 10 км (БЗ), в юго-восточном 5 км (Б4), в северовосточном направлении 5 км (Б5), 10 км (Б6).

Почвенный покров данной территории представлен черноземом южным среднемощным малогумусным тяжелосуглинистым. Почвообразующими породами для этих почв служат делювиальные желто-бурые карбонатные глины и тяжелые суглинки, разноцветные глины, а также элювиально-делювиальные образования (Хазиев, 2007).

В Абзелиловском районе Республики Башкортостан пробные площадки были выбраны вблизи следующих населенных пунктов: Аскарово, Михайловка, Салаватово, Рыскужино. В районе нет промышленных предприятий, однако воздействие наблюдается со стороны Магнитогорского металлургического комбината.

В Зилаирском районе пробные площадки выбраны вблизи следующих населенных пунктов: Зилаир, Сабырово, Бердяш и Юлдыбаево.

Материалы и методы исследования. Отбор образцов почв и агрохимические анализы проводили общепринятыми методами в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26423-85, ГОСТ 262213-91. Содержание в почвах меди, цинка, свинца, никеля, кобальта, железа и марганца проводили с использованием метода атомно-абсорбционной спектроскопии (Методические указания..., 2006). Подвижные формы ТМ определяли в аммонийно-ацетатной вытяжке (ААБ) с рН 4,8 (МУ 08-47/152). Для определения гранулометрического состава почв применяли пипет-метод с подготовкой почвы путем растирания с пирофосфатом натрия (Вадюнина, 1986). Экотоксикологическую оценку почв проводили с использованием предельно-допустимых концентраций (ПДК) ТМ валовых и подвижных форм (Система оценки..., 1992), рассчитывая коэффициент концентрации химического элемента (Кс). Уровень загрязнения почвы ТМ оценивали на оснозе суммарного коэффициента техногенного загрязнения (Zc) (СанПиН 2.1.7.1287-03). Для оценки буферности почв к ТМ использовали шкалу В.Б. Ильина (1995).

Активность почвенных ферментов (целлюлазы, протеазы, уреазы и каталазы) определяли по общепринятым методикам, количество почвенных микроорганизмов - прямым микроскопическим методом и посевом из разведений почвенной суспензии на питательные среды (Звягинцев, 1980; Теппер и др., 1987; Андреюк и др., 1988; Бабьева, Зенова, 1989; Хазиев, 2005; Методы почвенной ..., 1991). Функциональные характеристики микробных сообществ изучали методом МСТ с использованием программы «Эколог» (Горленко, Кожевин, 2005).

Для комплексной экологической оценки почв использовали методику расчета интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС) (Вальков, 1999; Колесников, 2000; Казеев, 2003) и индекса трансформации биологических свойств почв (Ита), характеризующего уровень разнонаправленных отклонений показателей биологической активности исследуемых проб от фоновых значений (Попутникова, 2010).

Для изучения влияния отдельных металлов, внесенных в почву, на ее ферментативную активность, а также оценки защитного действия природных цеолитов по отношению к активности ферментов в загрязненных почвах на опытном участке ГАНУ «Институт региональных исследований Республики Башкортостан» был заложен двухфакторный мелкоделяночный опыт, включающий всего 48 вариантов. Опыт проводился на делянках размером 100 х 100 см, разделенных между собой полиэтиленовой пленкой до глубины 40 см с целью предотвращения миграции ТМ. Дня моделирования уровней загрязнения в слой почвы вносились РЬ, Сй, Zn, и Си в форме ацетатов. Цеолиты вносили в виде цеолит-содержащей породы Тузбекского месторождения в количестве 15 т/га и 30 т/га и в сочетании с органическими удобрениями в концентрации 10 т/га. Оценка биологической активности почв осуществлялась по показателям ферментативной активности, а также общей численности микроорганизмов методами, описанными выше.

4 ВЛИЯНИЕ ОБЪЕКТОВ ГОРНОРУДНОГО КОМПЛЕКСА НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ЗАУРАЛЬЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

' Сравнительный анализ содержания ТМ в почвах зоны воздействия техногенных объектов, а также территорий, не испытывающих заметной антропогенной нагрузки (Абзелиловский и Зилаирский районы) выявил наличие повышенного уровня следующих металлов: меди (УГОК, СОФ, СК, Бурибаевский ГОК), цинка (исключение составили почвы Абзелиловского района и м. Куль-Юрт-Тау), свинца (Бурибаевский ГОК), кадмия (СОФ, Бурибаевский ГОК, карьер «Юбилейный») (рис. 1). Наибольшее содержание меди, как валовое, так и подвижных форм, было отмечено в почвах вокруг СК, максимальный уровень цинка и кадмия был определен в почвах окрестностей СОФ. Таким образом, почвенный покров промышленных ландшафтов характеризуется повышенным содержанием Си, Хп, Сё, в некоторых случаях РЬ (Бурибаевский ГОК) (рис. 1).

Си вал.

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200

ни

1 2 3 4 5 6 7

И Мей1ап 1 I М|П-Мвх I М1п-Мах

240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 О -20

Си подв.

ов»®-**

1 2 3 4 5 6 7 8

■ МеЯаП I I М[гьМах I №п-Мах

гп вал.

700

600

500

400

300

200

100

[Ж1 гп

ш 0 - У.........

ш К®

1 2 3 4 5 6 7 8

■ Мес^ал

I I М!п-Мах I М1п-Мах

160 140 120 100 80 60 40 20 О -20

Хп подв.

1 2 3 4 5 6 7

И МесНап □ М1гьМах ~Г" М1п-Мах

Сс1 вал.

я и

Е □ н.....................

0®И

1 2 3 4 5 6 7

И МесКап I I Мю-Мах I Мп-Мах

1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2

С(1 подв.

а.

1 2 3 4 5 6 7

Ме^ап I I М!п-Мах _ М(п-Мах

РЬ вал.

■ МесИап I I М!п-Мах "Т" М1п-Мах

РЬ подв.

■

■ МесНап г~) М1п-Мйх ~Т~ М1п-Мах

Рисунок 1 - Содержание ТМ в почвах Зауралья Башкортостана (А - валовое содержание, Б - содержание подвижных форм): 1 - УТОК, 2 - СОФ, 3 - СК, 4 -БГОК, 5 - карьер «Юбилейный», 6 - карьер Куль-Юрт-Тау, 7 - Абзелиловский район, 8 - Зилаирский район

При этом максимальное содержание данных металлов характерно для зоны радиусом до 5 км от источника загрязнения. Несмотря на то, что уровень ТМ .в почвах территорий, не подверженных техногенному воздействию, в целом, был ниже ПДК, в ряде случаев наблюдали повышенное содержание, цинка, железа и никеля (окрестности с.Юлдыбаево Зилаирского района), марганца и подвижного свинца (Абзелиловский район). Возможно, это связано с наличием естественных геохимических аномалий, обусловленных рудной минерализацией. Степень загрязнения исследуемых территорий варьировала от допустимой до высоко опасной. Наибольшее значение суммарного показателя 2с соответствовало почвам окрестностей СК и СОФ.

Для объективной оценки экологического состояния почв необходимо иметь представление о потенциальном запасе буферности почв, под которой понимают устойчивость почвенного покрова к воздействию повышенных концентраций ТМ (Глазовская, 1997). Чем выше буферная способность, тем больше ограничивается движение избыточных количеств химических элементов по пищевой цепочке и в сопредельные среды (Ильин, 1995). По отношению к ТМ она складывается из совокупности нескольких защитных параметров почв, в том числе кислотности среды, содержания тонкодисперсной фракции, гумуса (Ильин, 1995; Ильин, Сысо, 2001). Показатели буферной способности исследуемых почв по отношению к ТМ были рассчитаны на основе шкалы буферности, предложенной В.Б.Ильиным (1995).

Буферная способность к загрязнению ТМ в окрестностях СК колебалась в пределах 17-35,5 баллов. Таким образом, уровень устойчивости почв к ТМ почв обследуемой территории варьирует от среднего до повышенного. Согласно расчетам, если по тем или иным причинам уровень рН почвенного покрова снизится с 7,5 до 6,0, то буферность уменьшится вдвое и приблизится к градации «низкая». Подобная ситуация может возникнуть при загрязнении почв кислотными соединениями, что, например, обнаруживается в почвах в зоне воздействия отработанного карьера Куль-Юрт-Тау. Расчет буферной способности по полученным данным показал, что почвы в районе отвалов

указанного карьера имели низкую потенциальную устойчивость к загрязнению ТМ. Следовательно, данные почвы обладают незначительной способностью инактивировать поступающие ТМ. В этом случае даже невысокий уровень загрязнения способен привести к неблагоприятным экологическим последствиям.

В большинстве случаев содержание подвижных форм ТМ в почвах снижалось с увеличением буферной способности (рис. 2).

у = -6,0015х + 195,2

200,0 В2 = 0,5244

♦

150,0

2с

100,0

мг/кг \

50,0 ♦ * ........ . .

^ >.....? ♦

..... ,

1 5 20 25 30 33 40

-50,0 -

баллы буферносги по отношению к ТМ

Рисунок 2 - Величина суммарного показателя загрязнения Хс в зависимости от буферной устойчивости почв по отношению к ТМ в зоне воздействия СК

5 БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОРУДНОГО КОМПЛЕКСА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Целлюлозолитическая активность является важным показателем интенсивности деструкционных процессов в почве. Интенсивность разложения целлюлозы в почве определяется совместным действием нескольких факторов: погодными условиями, характером растительного покрова, объемом органического вещества, поступающего в почву, типом почв, её физическими свойствами, химическим составом.

Обобщая результаты исследований, можно отметить следующее. Достоверных отличий в средних значениях целлюлозолитической активности изученных почвенных слоев выявлено не было, однако в некоторых случаях

(почвы г.Сибай и пос. Бурибай) активность верхнего слоя была ниже, чем активность нижележащих слоев. По нашему мнению, это связано с недостатком влаги в верхних слоях почвы. Нижние почвенные горизонты сохраняли больше влаги, что положительно сказалось на активности фермента.

Сравнительное изучение целлюлозолитической активности зональных подтипов почв показало, что достоверные отличия между ними наблюдались лишь в слое почвы 0-10 см: наибольшие показатели были характерны для чернозема выщелоченного (Учалинский район). Почвы верхнего слоя также обладали наибольшим размахом изменчивости изучаемого показателя в отличие от ниже расположенных слоев, которые в этом отношении отличались относительной стабильностью (рис. 3).

60 ;

I 40 I

(О

£ го

Учалы Сибай Бурибай ■ 0-10 см 10-20 см В 20-30 см

Рисунок 3 - Средние показатели целлюлозолитической активности почв за 90

суток (2007 г.), %

Как известно, на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и ферментативную активность почв, в том числе на активность разложения целлюлозы, влияют температура, увлажнение, аэрация почвы (Захарченко, 1961; Мишустин, 1972; Наплекова, 1974; Лазарев и др., 1997; Русанов, 1999). В связи с этим была рассмотрена взаимосвязь интенсивности целлюлозоразрушения в почве с ежегодно меняющимися погодными условиями. Согласно данным метеостанции г.Сибай, 2005 год был «сухой», а 2006-2007 гг. - «засушливые». Подобные изменения погодных условий, вероятно, определенным образом отражались на тепловом и водно-воздушном режиме почвы, ее биологической активности. За показатель интенсивности целлюлозоразрушения было взято количество убыли целлюлозы в сутки, т.е. скорость ее разложения. Такой подход, по нашему мнению, более объективно

демонстрирует степень напряженности биохимических процессов в почве в течение конкретного промежутка времени. Динамика изменения скорости разложения целлюлозы в почве в зоне влияния СОФ в летние месяцы в 20052007 гг. представлена на рисунке 4. В начальный период вегетации из-за недостатка влаги скорость распада льняной ткани была замедленной, но резко усиливалась после выпадения осадков. Минимальные значения этого показателя были отмечены в июне, максимальные - в июле (2006, 2007 гг.). Сопоставление интенсивности распада целлюлозы с погодными условиями позволило заключить, что между показателями целлюлозолитической активности и месячной суммой осадков существует зависимость.

40 МГУ сутки

^С, мм,

-температура, °С - -д- - осадки, мм

Рисунок 4 - Интенсивность целлюлозразрушения (мг/сутки) в почве в зоне воздействия СОФ

Между скоростью разложения льняного полотна в почве за весь исследованный период и величиной гидротермического коэффициента обнаружена корреляционная связь, достоверно высокая в середине вегетационного периода (г = 0,99, р > 0,95). Полученные результаты подтвердили тот факт, что на влияние влаги целлюлозолитическую активность почвы сильнее, чем влияние температуры (Безвиконный, Халимова, 1990).

Повышенное содержание ТМ в почве в определенной степени ингибировало целлюлозолитическую активность почвы. Так, установлена статистически достоверная обратная корреляционная связь между значениями целлюлозолитической активности и валовым содержанием Си (г=-0,68), а также содержанием подвижных форм Си (г=-0,89), 2п (г=-0,86) и Ре (-0,74).

На пробных площадках, приближенных к ИЗ, протеолитическая активность почвенного слоя 0-10 см была значительно снижена, что связано, вероятно, с аккумуляцией ТМ в верхнем слое почвы и их ингибирующим действием по отношению к биологическим процессам. Это подтверждают выявленные отрицательные корреляционные связи между активностью фермента и содержанием в почве ТМ, а также тот факт, что на участках, удаленных от ИЗ, более чем на 5 км, верхний слой почвы характеризовался повышенной протеолитической активностью. Активность протеазы определяется зональным подтипом почв: в черноземе обыкновенном и южном она выше по сравнению с черноземом выщелоченным, что может свидетельствовать о большей интенсивности минерализационных процессов в этих подтипах почв (рис.5А).

Рисунок 5 - Средние показатели ферментативной активности почв, А -протеолитической, мг тирозина за 24 часа, Б - уреазной, мг МН3 за 24 часа на 1 г почвы, В - каталазной, мл 1 н. КМп04, за 2,5 часа

На рисунке 5Б представлен средний уровень уреазной активности для разных типов почв. Установлено, что в окрестностях Учалинского ГОК показатели уреазной активности почв были ниже по сравнению с почвами г.Сибай, особенно в слоях 10-20 и 20-30 см. Возможно, это связано тем, что при

низких значениях рН, характерных для почв УГОК, активность данного фермента уменьшается.

Активность каталазы в верхнем слое характеризовалась низкими значениями. В целом, уровень ее активности был выше для почв БГОК (рис. 5В).

Для обобщения полученных данных о ферментативной активности почв в зоне влияния горнорудных комбинатов нами были использованы два подхода: первый предполагал существование зависимости изученных показателей от расстояния от источника загрязнения, второй - от содержания ТМ в почве.

В таблице 1 приведены значения активности ферментов в разных зонах техногенной нагрузки.

Таблица 1 - Ферментативная активность почв при техногенном загрязнении

Фермент, ед. измерения Зона вне техногенного воздействия Зона техногенного загрязнения и расстояние от ИЗ, км

Импактная зона (0-5 ) Буферная (5-10) Фоновая (10-15)

Целлюлаза, % разрушения полотна Среднее не опр. 20,3±2,6 35,7±8,2 29,7±6,3

Мт-тах не опр. (И-44,3 13,1-61,4 15,7-41,9

V*, % не опр. 58,0 51,2 36,9

Протеаза, мг тирозина за 24 ч. Среднее 7,7±0,8 1,2±0,3 2,6±0,6 2,7±0,7

Мт-тах 5,5-9,4 0-5,7 0,6-4,0 0,6-4,6

У,% 18,8 103,6 50,3 36,3

Уреаза, мг ОД за 24 ч. Среднее 0,65±0,03 0,48±0,04 0,72±0,02 1,00±0,27

Мт-тах 0,60-0,70 0,25—0,79 0,60-0,76 0,70-2,10

У,% 7,7 37,4 7,6 5,3

Каталаза, мл 1 н. КМПО4 за 2,5 ч. Среднее 10,3±2,1 4,1±0,7 2,9±0,6 4,4±1,7

Мт-тах 4,5-14,0 0,6-10,6 0,9-4,9 1,7-10,8

35,3 78,7 49,1 39,7

*- коэффициент вариации

Практически во всех случаях прослеживается снижение активности с приближением к источнику загрязнения. Это хорошо согласуется с известными фактами ингибирования активности ферментов ТМ. Отмечена очень высокая вариабельность значений, которая объясняется, вероятно, различиями физико-химических параметров почв на исследуемой территории большой площади. Многие металлы, оказывающие в больших концентрациях ингибирующее

действие на ферменты, при меньшей концентрации могут усиливать их активность, что вносит дополнительный вклад в вариабельность параметра. Кроме того, различается биологическая доступность ТМ, зависящая от величины рН почвы и содержания гумуса.

Зависимость активности ферментов от удаленности ИЗ проявляется не во всем диапазоне величин. Например, для целлюлазы и протеазы средние величины активности в буферной и фоновой зонах практически не различались. Что касается каталазы, то средние величины ее активности в импактной зоне были несколько выше по сравнению с буферной и находились на уровне фона.

Несмотря на значительную вариабельность величин, общая тенденция снижения ферментативной активности с приближением к предприятием горнорудной промышленности прослеживается достаточно четко

Представлялось логичным исследовать связь между содержанием ТМ в почве и ее ферментативной активностью. В качестве интегрального показателя загрязнения почв ТМ был использован суммарный показатель Ъс (табл. 2).

Таблица 2. Изменение ферментативной активности в зависимости от уровня ____загрязнения почв _

Фермент, ед. измерения Категория загрязнения почв и суммарный показатель загрязнения

Допустимая (Ъс <16 ) Умеренно опасная (Хс от 16 до 32) Высоко опасная (Ъс, от 32 до 128)

Целлюлаза, % разрушения полотна Хер. 21,7±3,5 29,9±4,4 20,6±8,1

тш-тах 0-61,4 10,7-57,4 4,5-30,1

V, % 67,0 46,3 55,6

Протеаза, мг тирозина за 24 часа Хер. 1,2±0,2 2,7±0,6 1,2±0,8

тт-тах 0-3,9 0,5-5,7 0,3-2,8

84,1 62,4 98,4

Уреаза, мг ИНз за 24 часа Хер. 0,48±0,04 0,70±0,03 0,51±0,15

тт-тах 0,25+0,79 0,50-0,80 0,25-0,78

V, % 37,9 12,3 42,3

Каталаза, мл 1 н. КМп04, за 2,5 часа Хер. 4,7±0,8 2,8±0,4 1,6±0,4

тт-тах 0,6-10,6 0,9-4,9 0,8-2,0

У,% 76,6 45,1 35,0

Примечание: X ср. - среднее значение, V - коэффициент вариации

Сопоставление значений ферментативной активности с загрязнением почвы позволило заключить, что при допустимом (Тс <16) и умеренно опасном (Ъс 16-32) уровнях загрязнения целлюлазная активность не ингибируется, а в некоторой степени даже увеличивается. С переходом в высоко опасную зону загрязнения (2с 32-128) происходит резкое снижение этого показателя. Участок градиента нагрузки, на котором происходит скачок, крайне узок и составляет менее 5% от общей длины (т.е. линия перехода почти параллельна оси ординат) (рис. 6, А).

Протеазная и уреазная активности почв с умеренно опасным уровнем загрязнения повышаются по сравнению с незагрязненными почвами, но при переходе в зону с высоко опасным уровнем наблюдается плавное снижение этого показателя (доля участка градиента между верхней и нижней точками составляет 30-40%) (рис. 6, Б и В). Уровень каталазной активности имеет четко выраженную тенденцию к постепенному снижению по мере загрязнения почв ТМ (рис. 6, Г).

10 ♦ ♦ *

3 * ♦

6 ♦ ♦ ♦

2 ♦ ♦ ♦ >

10 20 30 40

гс

Рисунок 6 - Изменение ферментативной активности в зависимости от суммарного показателя загрязнения Ъс (А - целлюлаза, % разрушения полотна, Б - протеаза, мг тирозина за 24 часа на 1 г почвы, В - уреаза, мг ЫНз за 24 часа на 1 г почвы, Г - каталаза, мл 1 н. КМп04_ за 2,5 часа на 1 г почвы)

В качестве обобщающего коэффициента для оценки экологического состояния почв изученного региона был использован эколого-биологический интегральный показатель состояния почвы (ИПБС), предложенный С.И.Колесниковым с соавт. (2000). Снижение ИПБС, как правило, находится в прямой зависимости от степени воздействия антропогенного фактора. Согласно полученным данным, на расстоянии до 5 км от источника загрязнения происходило снижение ИПБС по сравнению с фоновыми территориями до 49%, при 2с более 32 - в 2 раза (рис. 7), что свидетельствует о существенном воздействии техногенного загрязнения на экологическое состояние почв.

Таким образом, ИПБС адекватно отражает уровень загрязнения почвы ТМ, что позволяет использовать его в качестве индикатора при почвенно-экологическом мониторинге.

Рисунок 7 - Зависимость ИПБС (%) от расстояния от источника загрязнения (А) и в градиенте загрязнения тяжелыми металлами (Б)

В следующей части работы были изучены биохимические и микробиологические показатели почв территорий, расположенных вокруг СК в радиусе 2 км. Обобщение полученных данных основывалось на расчете индекса трансформации (нарушенности) биологических характеристик почв (ИТБ), который отражал степень отклонения всех биологических показателей исследуемых проб от фоновых значений. Полученные результаты диагностируют влияние источника загрязнения на неодинаковых расстояниях. Изученные показатели биологической активности почв различных пробных площадок в разной степени отклонялись от показателей, свойственных фоновому (условно ненарушенному) образцу. На рисунке 8 представлены

обобщенные значения индекса нарушенное™ ИТБ для почв, отобранных по градиенту удаления от отвалов СК в различных направлениях, и зависимость Итб от степени загрязнения почв ТМ. Отчетливо видно повышение этого показателя с приближением к отвалам карьера (особенно в северном направлении) и возрастанием степени загрязнения почв.

0,6 j 0/4 1

III

I I

> 5 >

3 i к !

у = 0,017* + 0,328 RJ = 0,502

Рисунок 8 - Индекс трансформации биологических свойств почв (Итб) (А - на разном расстоянии от СК, Б - в градиенте загрязнения ТМ)

По мере удаления от карьера прослеживается тенденция приближения Итб к фоновому значению. Однако, уровень фона не достигается даже на расстоянии 2 км (ИТБ > 0).

Согласно общим принципам определения допустимых значений качества почв, загрязненная почва способна к самовосстановлению в том случае, если она сохранила не менее 70% своего биологического потенциала. На этом уровне почва устойчива к антропогенному воздействию и способна удерживать токсиканты в границах загрязненного участка, препятствуя их выносу в сопредельные среды (Яковлев, 2008). Поэтому 30%-ное снижение естественной биологической активности почвы, рассчитанное с использованием Итб, может быть принято за пороговое значение экологического качества почвы (Попутникова, 2010).

Чувствительность биологических характеристик почв к техногенному воздействию по сравнению с химическими была выше. Так, значения суммарного показателя загрязнения почв Zc на расстоянии 100 м на запад и восток от карьера соответствуют умеренно опасному уровню загрязнения. Допустимый уровень загрязнения выявлен только на расстоянии 750 м. В то же

время индексу трансформации ИТБ отличается на 30% от фона только на расстоянии 2 ООО м в северном и восточном направлениях от СК. Все остальные изученные образцы почв имели отличия от фоновых показателей более чем на 30%. Следовательно, реальное воздействие СК на окружающую среду не совпадает с санитарно-защитной зоной предприятия и выходит за ее пределы по направлениям миграции ТМ.

6 ИЗУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ПОЧВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОРУДНЫХ

ПРЕДПРИЯТИЙ ЗАУРАЛЬЯ БАШКОРТОСТАНА МЕТОДОМ МУЛЬТИСУБСТРАТНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ

В данной главе представлены результаты использования метода МСТ для исследования состояния микробных сообществ почв7 находящихся в зоне влияния горнорудного комплекса Зауралья Республики Башкортостан. Сравнение показателей микробных сообществ изучаемых почв на базе трансформированных в системе «ЭКОЛОГ» данных, представляющих собой 47-мерный массив, проводили статистическими методами.

Спектр потребления субстратов (СПС) микробными сообществами почв в зоне воздействия горнорудных предприятий четко свидетельствует о количественных и качественных различиях в потреблении субстратов, что позволяет сделать заключение о существовании спектра ассимиляции, характерного для почвенных образцов определенного типа. Наиболее выражены эти различия для почв из зоны влияния СФ УТОК. Изучение спектра ассимиляции субстратов для микробных комплексов почвенных образцов, находящихся ближе всего к ИЗ - У1, Cl, Б1, испытывающих наибольшее влияние со стороны горнорудных предприятий, выявило, что субстратом, который не использовался ни в одном из этих случаев, был пуллулан. В то же время это соединение ассимилировалось микроорганизмами более чистых почв. Только микробными комплексами почв пос. Бурибай использовались норлейцин, норвалин, лизин, крахмал. Возможно, что это обусловлено особенностями определенного подтипа почв.

Распределение почвенных образцов в координатах «интенсивность потребления - число потребленных субстратов Ы» представлено на рисунке 9. Наименьшими показателями разнообразия СПС и интенсивности потребления субстратов характеризовались почвенные образцы пробных площадок С1 и У1, находившихся ближе всего к ИЗ. Токсичность загрязнителей в этих образцах велика, поэтому выживают лишь наиболее резистентные к данному уровню воздействия микроорганизмы. Наибольшими значениями числа и интенсивности потребленных субстратов характеризовались образцы участков С7, С8, С9, а также У4 и БЗ, которые соответствовали менее загрязненным участкам. Таким образом, можно заключить, что при загрязнении почвы ТМ меняется спектр и интенсивность потребления субстратов.

1800 1700 1600 1500

1400 1300 1200 1100

34 36 38 40 42 44 46 48 N

Рисунок 9 - Распределение почвенных микробных сообществ зоны воздействия горно-обогатительных комбинатов в пространстве «число потребленных субстратов N - интенсивность потребления

Различия между микробными сообществами почв с различным уровнем загрязнения ТМ были выявлены при использовании метода главных компонент. Обработка массива данных статистическими методами выявила две главные компоненты, которые описывали 75% варьирования всех переменных. Это

...... Ц св .

и || У4С8 ■БЗ УЗ ■ ■

сз Я :5 .. ; У5 ■

У С1 - ■ а 1 § Я ; 1=6 Б5 Б6 ■

1 ■

позволило объединить большинство из исследуемых почвенных образцов в четыре группы (рис. 10). В I группу были включены, в основном, образцы почв окрестностей СОФ, отобранные на расстоянии 5 -10 км восточного и юго-восточного направлений. Наиболее загрязненные образцы почвы У1, С1 сформировали II группу, включающую также образец У5. Ш группа объединяла образцы «учалинских» (У2, У4) и «сибайских» (С8 и С9) почв, отобранных на расстоянии 5-10 км от УТОК и 15 км от СОФ. IV группу составляли образцы «бурибаевской» почвы (Б1, Б2, Б5, Б6). Такая группировка почвенных образцов дает основание полагать, что данный метод выявляет различия между микробоценозами почв, в разной степени загрязненных ТМ, а также относящихся к различным зональным подтипам.

о,в 0,4 0,2

-0,4 -0,6 -0,8

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4

Factor 1

Рисунок 10 - Разделение с помощью факторного анализа образцов почв в зоне воздействия горнорудных комплексов Башкирского Зауралья

С помощью программы «ЭКОЛОГ» на основании полученного массива данных для исследуемых почвенных образцов были рассчитаны индексы разнообразия Шеннона (Н). Наименьшим значением характеризовались образцы У1, С1, затем по степени увеличения располагались Б1, Б2, С4, С2 и

др. По мере удаления от ИЗ происходило повышение этого показателя, по мере увеличения Хс - его снижение (рис. 11). Образец У1 характеризовался самым низким Н при относительно невысоком Ъс.

5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 4,8

Б4 СС7У2УЗ о , Б5 о ^^ У4С8 й 66 о 53С9У5 сСб

Б1 о ОТ4: Б2 О

о .......- | --------

У1 о

2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Удаление от ИЗ,км

у*» о: о С9 С7 С6 аз о о Б4 С8 С5 ° о

С4 : о Б1 о : о С2 о

С1 0

У1 о

5 10 15 20 25 30 35 40 45

2с Б

Рисунок 11 - Индекс Шеннона для микробных сообществ техногенно загрязненных почв, рассчитанный методом МСТ (А - в зависимости от удаления от источников загрязнения, Б - в градиенте загрязнения ТМ)

Нами была предпринята попытка сравнить результаты оценки экологического состояния почв по интегральным показателям, полученным

традиционными методами, и МСТ. Сравнительный анализ между параметром биоразнообразия (индексом Шеннона Н), полученным с помощью МСТ, и определенным ранее ИГТБС показал, что между ними имеется корреляционная связь средней силы (г=0,57; р <0,05). Особенно хорошее совпадение результатов наблюдается в почвах, не загрязненных ТМ, что четко видно на рисунке 12, отражающем распределение почвенных образцов в координатах «индекс Шеннона Н - ИПБС».

5.7 5,6 5,5 5,4 5,3

5,2 5,1 5,0 4,9

4.8

30 40 50 60 70 80 90

ИПБС

Рисунок 12 - Распределение образцов в пространстве ИПБС - Н

Таким образом, параметры функционального биоразнообразия, полученные МСТ, можно использовать для оценки экологического состояния почвы. Однако для более полной и объективной оценки экологического состояния почвенного покрова в условиях техногенного загрязнения необходимо использовать и другие интегральные показатели, полученные с помощью различных независимых методов.

7 ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ И ОРГАНИЧЕСКИХ

УДОБРЕНИЙ

В результате проведения полевого опыта выявлено воздействие разных ТМ на активность ферментов. По отношению к уреазе степень негативного воздействия металлов меняется следующим образом: наиболее токсичным металлом является Сс!, затем в убывающей последовательности РЬ и Ъп. Си проявляет негативное действие только при высоком уровне загрязнения, а в концентрациях, равных, 1 и 5 ПДК приводит к повышению активности фермента.

По отношению к протеазе степень токсичности РЬ при высоких концентрациях выше, чем токсичность С<1. Ъа. при концентрации 1 ПДК приводит к повышению протеолитической активности, которая достигает уровня контроля при 5ПДК и снижается - при 10 ПДК. Действие Си на протеолитическую активность сходно с действием на уреазу.

Степень токсичности металлов по отношению к целлюлазе меняется следующим образом: наиболее токсичным металлом является РЬ, затем С<1 и Хп. Си проявляла стимулирующее воздействие при всех изученных концентрациях. При высоких концентрациях (10 ПДК) отмечено лишь незначительное снижение положительного эффекта.

Таким образом, изученные металлы (РЬ, С<1, Та и Си), находящиеся в почве в разных концентрациях, в различной степени воздействуют на ферментативную активность почв.

Исследования, проведенные с целью выявления протекторного влияния природных цеолитов на активность ферментов загрязненных почв показали, что цеолиты проявляют защитные экологические свойства, снижая отрицательное действие ТМ. Выявлено, что интенсивность протекторных свойств природных цеолитов различна и зависит от вида ТМ, его концентрации и сочетания с органическими удобрениями. В целом, протекторное действие цеолитов в сочетании с органикой можно объяснить связыванием ТМ в комплексы, с

дополнительным привносом в почву биогенных элементов и улучшением водного обмена, поскольку цеолиты, обладая свойством поглощать воду, могут длительное время сохранять влагу в почве и способствуют более экономичному ее использованию (Суюндукова и др., 2010). Все эти факторы положительно повлияли на ферментативную активность почвы, как при загрязнении ее ТМ, так и без них.

ВЫВОДЫ

1. Основными источниками техногенного загрязнения почв Зауралья Республики Башкортостан являются предприятия горнорудной промышленности. По интенсивности загрязняющего воздействия они распределяются в следующей убывающей последовательности: Сибайский филиал УТОК > УГОК> Бурибаевский ГОК> ООО «Башкирская медь». Степень загрязнения почв ТМ определяется длительностью функционирования горнорудных предприятий и варьирует от допустимой до высоко опасной.

2. Экологические функции почв горнорудного региона Республики Башкортостан снижены за счет интенсивного загрязнения ТМ. В верхних слоях почв изучаемого региона отмечен повышенный уровень Си (УТОК, СФ УТОК, Бурибаевский ГОК), Ъп (за исключением почв Абзелиловского района и м.Куль-Юрт-Тау), РЬ (Бурибаевский ГОК), Сй (СОФ, Бурибаевский ГОК). Разные почвы изученных территорий характеризуются различной степенью буферной устойчивости по отношению к ТМ, которая варьирует от низкой до повышенной. Увеличение буферной способности почв по отношению к ТМ способствует снижению содержания их подвижных форм.

3. Показатели биологической активности (целлюлазная, уреазная, протеазная, каталазная) в разной степени пригодны для объективной оценки загрязненности почв ТМ. Чувствительность их к действию ТМ определяется природой металла. Интенсивность разложения целлюлозы во многом зависит от погодно-климатических условий. Интегральный показатель биологического состояния коррелирует с уровнем загрязнения почвы, что свидетельствует о подавлении их биологической активности. Индикаторы функционального

биоразнообразия, полученные методом МСТ, адекватна оценивают экологическое состояние почв.

4. Биологические характеристики почв являются более чувствительными к загрязнению ТМ по сравнению с химическими. Сравнение почв по использованным показателям (биологическому индексу трансформации почв Итб и суммарному показателю загрязнения Тс) показало различия в определении границ зоны воздействия горнорудных предприятий. Показатели биологической активности почв территорий, отнесенных по Ъс. к допустимой категории, были снижены по сравнению с фоновым уровнем, причем в ряде случаев более чем на 30%.

5. Влияние ТМ на биологическую активность почв определяется, как природой металла, так и его концентрацией. По отношению к уреазе наиболее токсичным металлом является С<1, далее в убывающей последовательности РЬ и Ъа.. Си оказывает преимущественно стимулирующее воздействие при концентрациях 1 и 5 ПДК. По отношению к протеазе и целлюлазе наиболее токсичным является РЬ.

6. Природные цеолиты проявляют защитные экологические свойства, снижая отрицательное действие ТМ по отношению к активности почвенных ферментов. Интенсивность протекторных свойств цеолитов различна и зависит от вида ТМ, их концентрации и сочетания с органическими удобрениями. Внесение цеолитов совместно с навозом позволяет уменьшить отрицательное действие тяжелых металлов на биологическую активность почвы.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии

1. Семенова, И.Н. Биологическая активность почв как индикатор их экологического состояния в условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами (на примере Зауралья Республики Башкортостан) / И.Н Семенова, Я.Т. Суюндуков, Г.Р. Ильбулова. - Уфа: Гилем, 2012. 195 с.

2. Семенова И.Н. Эколого-гигиеническая оценка состояния окружающей среды и здоровья населения Башкирского Зауралья в условиях

техногенной нагрузки и аномальных геохимических факторов / И.Н.Семенова, Ю.С.Рафикова - Уфа: Гилем, 2012.172 с.

3. Семенова И.Н. Экологическая оценка почв в зоне размещения отвалов карьеров медно-колчеданных месторождений (на примере г.Сибай) / И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков, O.A. Севрякова - Уфа: Гилем, 2013.125с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

4. Ильбулова, Г.Р. Влияние некоторых тяжелых металлов на целлюлозолитическую активность почв в окрестностях почв Сибайского филиала УТОК / Г.Р .Ильбулова, И.Н.Семенова, Я.Т. Суюндуков // Вестник ОГУ (75)-2007.-С. 144-146.

5. Семенова, И.Н. Выделение железоокисляющих бактерий из подотвальных вод месторождения Куль-Юрт-Тау/ И.Н.Семенова, Э.Ф.Харрасова, О.А.Севрякова, Г.Р. Ильбулова // Вестник ОГУ (75). - 2007. -С. 316-318.

6. Ильбулова, Г.Р. Структурно-функциональная характеристика микробных сообществ чернозема обыкновенного в условиях загрязнения тяжелыми металлами/ Г.Р .Ильбулова, И.Н.Семенова, Я.Т. Суюндуков // Аграрная Россия. - 2009. - N 12. - С. 22-25.

7. Ильбулова, Г.Р. Оценка параметров функционального биоразнообразия почвенных микробных сообществ территорий, подверженных воздействию горно-обогатительных комбинатов / Г.Р.Ильбулова, И.Н. Семенова // Вестник ОГУ. - 2009. - №6. - С. 571- 572.

8. Таипова, O.A. Оценка загрязнения тяжелыми металлами почв, прилегающих к месторождению Куль-Юрт-Тау/ О.А.Таипова, З.Б.Бактыбаева, И.Н.Семенова, Я.Т. Суюндуков // Вестник ОГУ. - 2009. - №6. - С.622-625.

9. Ильбулова, Г.Р. Протеолитическая активность почв в зоне воздействия горнорудных комплексов/ Г.Р.Ильбулова, И.Н. Семенова // Вестник ОГУ. - 2009 (октябрь). - С. 567-568.

10. Таипова, O.A. Потенциальная устойчивость (буферность) почвы по отношению к тяжелым металлам в окрестностях месторождения Куль-Юрт-Тау/ О.А.Таипова, Л.Р. Мусыргалина, И.Н. Семенова // Вестник ОГУ (октябрь). - 2009. - С. 367-368.

11. Таипова, O.A. Содержание и распределение подвижных форм Си, Zn, Cd, Pb в почвах месторождения Куль-Юрт-Тау / О.А.Таипова, И.Н.Семенова // Вестник ОГУ (октябрь). - 2009. - С. 369-372.

12. Рахмангулов, В.М. Биологическая активность почвы в присутствии цеолитов и тяжелых металлов / В.М.Рахмангулов, Г.Р.Ильбулова, А.Ф.Юсупова, И.Н. Семенова // Вестник ОГУ. - 2009 (октябрь). - С. 331-334

13. Семенова, И.Н. Изменение целлюлазной активности под воздействием тяжелых металлов/ И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков, А.Ф. Юсупова // Аграрная наука. - 2010. - № 11. - С. 14-15.

14. Семенова, И.Н. Влияние погодно-климатических условий на скорость разложения целлюлозы в почвах / И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков, Г.Р. Ильбулова // Аграрная наука. - 2010. - № 12. - С. 12-13.

15. Семенова, И.Н. Воздействие предприятий горнорудного комплекса Башкирского Зауралья на состояние природной среды и здоровье населения прилегающих территорий / И.Н.Семенова, Ю.С.Рафикова, Г.Р. Ильбулова // Фундаментальные исследования. - 2011. - №1. — С. 29-34

16. Семенова, И.Н. Влияние природных цеолитов на функциональную активность микробных сообществ, загрязненных тяжелыми металлами / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков, А.Б. Зулкарнаев //Аграрная наука.-2011.-№2.-С. 12-14.

17. Семенова, И.Н. Оценка полиметаллического загрязнения почвенного покрова поселка Бурибай Хайбуллинского района Республики Башкортостан / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Л.А.Абдуллина // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 12. - С. 371-375.

18. Семенова, И.Н. Оценка загрязнения почвенного покрова г. Сибай Республики Башкортостан тяжелыми металлами / И.Н.Семенова, Г.Р. Ильбулова // Фундаментальные исследования. - 2011. - №8 (часть 3). - С. 491495.

19. Семенова, И.Н. Мониторинг микробных сообществ почв, расположенных в окрестностях Сибайской обогатительной фабрики, методом мультисубстратного тестирования / И.Н.Семенова, А.Б.Зулкарнаев, Г.Р.Ильбулова, Я.Т. Суюндуков // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 9 (часть 1). —С.139-141.

20. Семенова И.Н. Изучение эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов в зоне влияния горнорудного производства / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т Суюндуков. // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 11. -С. 410-414.

21. Семенова И.Н. Загрязнение объектов окружающей среды в зоне влияния Бурибаевского горно-обогатительного комбината и показатели заболеваемости населения / И.Н.Семенова, Л.А.Абдуллина, Ю.С. Рафикова // Фундаментальные исследования. - 2011. - №10. - С. 558-560.

22. Семенова, И.Н. Использование комплекса микробиологических показателей почв при проведении экологического мониторинга техногенно

загрязненных территорий / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова // Вестник ОГУ. -2011. - №12. - С.352-354.

23. Семенова, И.Н. Влияние цеолитов на ферментативную активность чернозема обыкновенного при загрязнении свинцом / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, А.Б.Зулкарнаев, Я.Т. Суюндуков // Вестник ОГУ. - 2011. -№12. - С.427-429.

24. Семенова, И.Н. Влияние цеолитов на ферментативную активность чернозема обыкновенного при загрязнении цинком / И.Н.Семенова, А.Б.Зулкарнаев II Современные проблемы науки и образования. — 2011. - № 6. -URL: www.science-education.ru/100-4916.

25. Таипова O.A. Эколого-токсикологическая оценка качества картофеля, выращиваемого на территориях, сопредельных с отвалами карьеров/ О.А.Таипова, И.Н. Семенова // Современные проблемы науки и образования. -2012.-№ 1,-URL: http://www.science-education.ru/101-5399.

26. Таипова O.A. Использование микробиологических показателей для оценки экологического состояния почв в зоне влияния Сибайского карьера (Республика Башкортостан) / О.А.Таипова, И.Н. Семенова // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №2. - URL: http://www.science-education.ru/102-5592.

27. Семенова, И.Н. Ферментативная активность черноземов Башкирского Зауралья в условиях техногенного загрязнения / И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков, Г.Р. Ильбулова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук.-2012.-Т. 14.-№ 1.-С. 59-63.

28. Семенова, И.Н. Антропогенная трансформация почв города Сибай (Республика Башкортостан)/ И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков, А.Б. Зулкарнаев // Экологические системы и приборы. - 2012. - №8. - С. 15-21.

29. Семенова, И.Н. Оценка устойчивости почв в зоне влияния отвалов Сибайского медно-колчеданного карьера (Южный Урал) по отношению к тяжелым металлам / И.Н.Семенова, О.А.Севрякова // Экологические системы и приборы. - 2012. - №11. - С. 17-25.

30. Семенова, И.Н. Медико-экологические особенности горнорудных регионов Республики Башкортостан / И.Н.Семенова, Ю.С.Рафикова, Ю.Ю.Серегина, О.М.Хакимзянов // Фундаментальные исследования. - 2012. -№8.-С. 410-413.

31. Семенова, И.Н. Содержание тяжелых металлов в почвах и растительности в горнорудном регионе Республики Башкортостан / И.Н.Семенова, Г.Ш.Кужина, Ю.Ю. Серегина // Проблемы региональной экологии. - 2012. - Ks 6. - С. 38-41.

. 32. Семенова, И. Н. Функциональная активность микробных сообществ чернозёмов Башкирского Зауралья в условиях техногенного загрязнения / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков // Поволожский экологический журнал. -2012.- № 3. - С. 311 -318.

33. Суюндуков, Я.Т. Физическая и химическая деградация почв города Сибай в зоне влияния предприятий горнорудной промышленности (Южный Урал) / Я.Т.,Суюндуков, И.Н.Семенова, А.Б.Зулкарнаев // Экология урбанизированных территорий.-2013.-№ 1.-С. 50-54.

34. Семенова, И.Н. Почвы окрестностей Бурибаевского горнообогатительного комбината: физико-химические свойства и оценка фитотоксичности / И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков, Л.А. Абдуллина // Плодородие. - 2013.-№ 4. - С. 36-38.

Статьи в других изданиях:

35. Семенова, И.Н. Оценка уровня загрязненности почв Зауралья Республики Башкортостан медью, цинком и железом / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т. Суюндуков // Башкирский экологический вестник. - 2009. - №2. - С. 12-14.

36. Рафикова, Ю.С. Отходы горнорудного производства и содержание металлов в окружающей среде / Ю.С.Рафикова, И.Н.Семенова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2010. -X® 9.-С. 103-104.

37. Рафикова, Ю.С. Экологическое состояние водных ресурсов горнорудных районов Республики Башкортостан / Ю.С.Рафикова, И.Н.Семенова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2010. -№9. - С. 109-110.

38. Рафикова, Ю.С. Экологическое состояние атмосферного воздуха горнорудных районов Республики Башкортостан / Ю.С.Рафикова, И.Н.Семенова // Современные наукоемкие технологии. - 2010. - №9. - С. 123124.

39. Семенова, И.Н. Техногенное загрязнение и состояние здоровья работников горнорудных производств / И.Н.Семенова, Ю.С.Рафикова, С.И. Янтурин // Современные наукоемкие технологии. - 2010. - № 2. - С. 52-53.

40. Таипова, O.A. Изучение биологической активности почв в окрестностях карьера Куль-Юрт-Тау / О.А.Таипова, И.Н.Семенова // Башкирский экологический вестник. - 2009. - №2. - С. 15-19.

41. Семенова, И.Н. Экология и воздействие предприятий горнорудного комплекса Башкирского Зауралья на состояние природной среды и здоровье населения прилегающих территорий / И.Н.Семенова, Ю.С.Рафикова,

Г.Р.Ильбулова II Охрана труда и техника безопасности в учреждениях здравоохранения. - 2011. - №9. - С. 60-63.

42. Серегина, Ю. Ю. Комплексная оценка загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова прибрежной зоны р. Белая Белорецкого района Республики Башкортостан/ Ю.Ю.Серегина, И.Н.Семенова, Г.Ш.Кужина. // Живые и биокосные системы. - 2013. - № 3; - URL: http://www.ibks.ru/archive/issue-3/article-4.

Статьи в сборниках научных трудов:

43. Семенова, И.Н. Изучение стабильности микробных сообществ чернозема обыкновенного в условиях техногенного загрязнения / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков, М.В.Горленко // Проблемы геоэкологии Южного Урала // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции. Часть 1. - Оренбург, 2005. - С. 142 - 145. ____

44. Ильбулова, Г.Р. Стабильность почвенных микробных сообществ месторождения Куль-Юрт-тау Республики Башкортостан / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков // Экология и безопасность жизнедеятельности // Материалы V Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2005.-С. 121-123.

45. Семенова, И.Н. Влияние техногенного загрязнения на стабильность микробных сообществ почвенных горизонтов / И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков // Уралэкология. Природные ресурсы - 2005 / Всероссийская научно-практическая конференция. - Уфа - Москва, 2005. -C.1Ö3-164.

46. Ильбулова, Г.Р. Влияние различных концентраций меди и цинка на биоразнообразие микробных сообществ чернозема обыкновенного / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков // Принципы и способы сохранения биоразнообразия / Материалы II Всероссийской научно-практической конференции. - Йошкар-Ола, 2006. - С.101-102.

47. Ильбулова, Г.Р. Применение метода мультисубстратного тестирования для экологического мониторинга территорий с техногенным загрязнением / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова // Биология - наука XXI века / 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых, посвященная 50-летию Пущинского научного центра РАН. - Пущино, 2006. - С. 193.

48. Ильбулова, Г.Р. Целлюлозолитическая активность почв в условиях техногенного загрязнения / Г.Р.Ильбулова, О.А.Севрякова, И.Н.Семенова // Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие // Материалы региональной научно-практической конференции почвоведов,

агрохимиков и земледелов Южного Урала и Среднего Поволжья. - Уфа, 2006. -С. 159-161.

49. Хасанова, Р.Ф. Влияние влажности почвы и содержания гумуса на некоторые показатели биоразнообразия ризосферной микрофлоры разных видов трав / Р.Ф.Хасанова, Г.Р.Ильбулова, Я.Т.Суюндуков, И.Н.Семенова // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий / Материалы Международной конференции. - Оренбург, 2006. - С. 296-297.

50. Ильбулова, Г.Р. Мониторинг почвенных микробных сообществ территорий, прилегающих к месторождению Куль-Юрт-Тау / Г.Р.Ильбулова, О.А.Севрякова, И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков // Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве / Материалы Всероссийской научно-практической конференции в рамках ХУП Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2007». - Уфа,

2007.-С. 127-129.

51. Ильбулова, Г.Р. Исследование биологической активности почвы, прилегающей к территории ЗАО НПФ «Башкирская золотодобывающая компания» / Г.Р.Ильбулова, Л.Х.Надршина, И.Н.Семенова // IV Международная научно-техническая конференция, посвященная 75-летию УГАТУ и 450-летию добровольного вхождения Башкирии в состав России. -Уфа, 2007. -С.411-415.

52. Ильбулова, Г.Р. Функциональное состояние микробных сообществ почв, прилегающих к территории ЗАО «Бурибаевский ГОК» / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, Г.Р.Байрамгулова // Труды института биоресурсов и прикладной экологии / Материалы IV международной конференции биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий. - Оренбург,

2008.-С. 291-292.

53. Ильбулова, Г.Р. Влияние деятельности горно-обогатительных фабрик Башкирского Зауралья на биологическую активность почв / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, O.A. Севрякова // Материалы 66-й научно-технической конференции: Сб. докл. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. -Т.1. - С.128-133.

54. Ильбулова, Г.Р. Изменение численности целюлозоразлагающих микроорганизмов при различных концентрациях меди и цинка в черноземе обыкновенном / Г.Р.Ильбулова, О.А.Севрякова, И.Н.Семенова // Проблемы и перспективы конкурентоспособного влспроизводства в Башкирском Зауралье // Материалы Республиканской научно-практической конференции. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2008. - С.85-88.

55. Ильбулова, Г.Р. Стабильность почвенных микробных сообществ чернозема обыкновенного при различных концентрациях меди и цинка / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова // Проблемы и перспективы конкурентоспособного воспроизводства в Башкирском Зауралье // Материалы Республиканской научно-практической конференции. - Уфа: РИЦ БашГУ,

2008.-С. 88-91.

56. Ильбулова, Г.Р. Содержание металлов в снежном покрове на территории, прилегающей к Сибайской обогатительной фабрике / Г.Р Ильбулова., М.А.Зубова, И.Н.Семенова // Научные доклады региональной конференции «Неделя науки-2009». Ч. II. Естественные науки. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2009.-С. 31-34.

57. Ильбулова, Г.Р. Возможность оценки загрязненности почв тяжелыми металлами с помощью интегрального показателя биологического состояния / Г.Р.Ильбулова., И.Н.Семенова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции 12 ноября 2009 года «Устойчивое развитие территорий: теория и практика». - Уфа: Гилем, 2009. - С. 147-150.

58. Ильбулова, Г.Р. Оценка негативного влияния тяжелых металлов на состояние почвенного покрова с помощью интегрального показателя / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сборник материалов IV Международной научно-практической конференции. - Челябинск: Издательский центр ЮурГУ, 2009. - Т.2. - С. 440.

59. Таипова, О.А. Биологическая активность почвы в условиях загрязнения тяжелыми металлами / О.А.Таипова, Л.Р.Мусыргалина, И.Ц.Семенова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции 12 ноября 2009 года «Устойчивое развитие территорий: теория и практика». - Уфа: Гилем, 2009. - С. 227-231.

60. Юсупова, А.Ф. Применение цеолитов как способа устранения воздействия на биологическую активность почвы со стороны тяжелых металлов / А.Ф.Юсупова, Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова // Научные доклады региональной конференции «Неделя науки-2009». Ч. II. Естественные науки. -Уфа: РЩ БашГУ, 2009. - С. 41-44.

61. Юсупова, А.Ф. Влияние внесения цеолитов и органических удобрений на ферментативную активность почвы в условиях загрязнения тяжелыми металлами / А.Ф.Юсупова, И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции 12 ноября 2009 года «Устойчивое развитие территорий: теория и практика». - Уфа: Гилем,

2009.-С. 235-238.

62. Ильбулова, Г.Р, Влияние микроэлементов на целлюлозолитическую

активность почвы / Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, А.Г.Тулькубаева, З.М.Тулькубаева, Р.А.Хуснутдинова // Уральский регион Республики Башкортостан: Человек, природа, общество: Материалы региональной научно-практической конференции (11 ноября 2010 г). — Сибай: Изд-во ГУЛ РБ «СГТ»,

2010.-С.278-280.

63. Ильбулова, Г.Р. Изменение целлюлозолитической активности почвы при внесении цеолитов/ Г.Р.Ильбулова, И.Н.Семенова, А.Г.Тулькубаева, З.М.Тулькубаева, Р.А.Хуснутдинова // Уральский регион Республики Башкортостан: Человек, природа, общество: Материалы региональной научно-практической конференции (11 ноября 2010 г). - Сибай: Изд-во ГУЛ РБ «СГТ», 2010. - С.281-283.

64. Тулькубаева, З.М. Влияние техногенного загрязнения на микробиологическую активность почв / З.М.Тулькубаева, А.Г.Тулькубаева, Г.Р Ильбулова, И.Н.Семенова // III Всероссийской научно-практической конференции (19 мая 2011). - Уфа, 2011. - С. 288-290.

65. Тулькубаева, А.Г. Содержание железа и марганца в почвах Абзелиловского Района Республики Башкортостан / А.Г.Тулькубаева, И.Н.Семенова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (18 ноября2011 г.).-Сибай, 2011.-С. 367-369.

66. Тулькубаева, З.М. Содержание тяжелых металлов в почвах Зилаирского района Республики Башкортостан / З.М.Тулькубаева, И.Н.Семенова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (18 ноября 2011 г.). - Сибай, 2011. - С. 370-373.

67. Зулкарнаев, А.Б. Экологическая оценка состояния городских почв, подверженных техногенному воздействию / А.Б.Зулкарнаев, И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (18 ноября 2011 г.). - Сибай, 2011. - С. 269-272.

68. Зулкарнаев, А.Б. Влияние цеолитов и органических удобрений на численность микроорганизмов при загрязнении почв тяжелыми металлами / А.Б.Зулкарнаев, И.Н.Семенова, Г.Р.Ильбулова // Материалы Региональной научно-практической конференции Уральский регион Республики «Башкортостан: человек, природа, общество» (18 ноября 2011 г.). - Сибай,

2011.-С. 264-268.

69. Таипова, О.А. Изучение распределения некоторых валовых и подвижных форм ТМ в почвах, прилегающих к отвалам Сибайского карьера /

О.А.Таипова, И.Н.Семенова, Я.Т.Суюндуков // Государственная политика в сфере охраны окружающей среды. - Уфа, 2011. - С. 37-38.

70. Таипова, O.A. Интегральный показатель биологического состояния почв в условиях техногенного загрязнения / О.А.Таипова, К.В.Гришаев, И.Н.Семенова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (18 ноября2011 г.). — Сибай, 2011.-С. 352-354.

71. Таипова, O.A. Потенциальная устойчивость (буферность) почв, прилегающих к отвалам Сибайского карьера, по отношению к тяжелым металлам / О.А.Таипова, К.В.Гришаев, И.Н.Семенова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество». - Сибай, 2011. - С. 355-356.

72. Таипова, O.A. Закономерности пространственного распределения, численности и структуры микробных сообществ / О.А.Таипова, И.Н.Семенова // Материалы Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество». - Сибай, 2011.-С. 357-359.

73. Семенова, И.Н. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на некоторые показатели микробного ценоза чернозема обыкновенного / И.Н.Семенова, О.А.Таипова // Материалы IY всероссийской конференции «Биологические системы: устойчивость, принципы и механизмы функционирования», 26-29 марта 2012 г. - Нижний Тагил, 2012. - С. 167-168.

74. Семенова, И.Н. Влияние разработки Сибайского медно-колчеданного месторождения на аккумуляцию тяжелых металлов в растениеводческой продукции / И.Н.Семенова, О.А.Таипова, Я.Т.Суюндуков // Материалы IY всероссийской конференции «Биологические системы: устойчивость, принципы и механизмы функционирования», 26-29 марта 2012 г. -НижнийТагил, 2012.-С. 169-172.

75. Тулькубаева, А.Г. Содержание тяжелых металлов в почвах Абзелиловского района Республики Башкортостан / А.Г.Тулькубаева, И.Н.Семенова // Материалы региональной научно-практической конференции (26-30 марта 2012 г.). - Сибай, 2012. - Ч. III. - С. 333-336.

76. Семенова, И.Н. Экологическая оценка почвогрунта территории шлакового отвала / И.Н.Семенова, О.Б.Прошкина // Устойчивое развитие территорий: теория и практика. Материалы IY Всероссийской научно-практической конференции (18 мая 2012 г.). - Уфа: Зауральский филиал ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2012.-С. 254-258.

77. Тулькубаева, А.Г. Исследование микробных сообществ почв Абзелиловского района Республики Башкортостан / А.Г.Тулькубаева, И.Н.Семенова // Устойчивое развитие территорий: теория и практика. Материалы IY Всероссийской научно-практической конференции (18 мая 2012 г.). - Уфа: Зауральский филиал ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2012. - С. 283-287.

78. Хасанова, Р.Ф. Зависимость ферментативной активности чернозема обыкновенного от биологической продуктивности трав / Р.Ф.Хасанова, Я.Т.Суюндуков, И.Н.Семенова, Г.Ф.Фаттахова // Устойчивое развитие территорий: теория и практика. Материалы IY Всероссийской научно-практической конференции (18 мая 2012 г.). - Уфа: Зауральский филиал ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2012. - С. 296-301.

79. Севрякова, O.A. Структура микробных сообществ в почвах, прилегающих к отвалам / О.А.Севрякова, И.Н. Семенова // Материалы Международной молодежной конференции «Экология России и сопредельных территорий» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, 20 - 22 июня 2012. - Кемерово, 2012. - С. 29-32.

80. Семенова, И.Н. Тяжелые металлы в снежном покрове в зоне влияния горнодобывающего предприятия ООО «Башкирская Медь» / И.Н.Семенова, Л.А.Абдуллина // Материалы Международной молодежной конференции «Экология России и сопредельных территорий» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, 20 - 22 июня 2012. - Кемерово, 2012.-С. 13-17.

81. Семенова, И.Н. Оценка устойчивости почв территорий, находящихся в зоне воздействия горнорудных предприятий, к воздействию повышенных концентраций тяжелых металлов / И.Н.Семенова, О.А.Севрякова, Л.А.Абдуллина // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы VII Международной научно-практической конференции, 4-8 октября 2012 г. Т. II. - Семей, 2012. - С. 269-273.

82. Суюндуков, Я.Т. Агрохимические свойства почв города Сибай в зоне влияния предприятий горнорудной промышленности / Я.Т.Суюндуков, И.Н.Семенова, А.Б.Зулкарнаев Н Материалы Межрегионального Экологического Форума «Уралэкология. Промышленная безопасность - 2012». -Уфа, 2012.-С. 69-70.

83. Севрякова, О.А.Сравнительная оценка экологического состояния почв в зоне влияния отвалов Сибайского карьера по химическим и

биотическим показателям / О.А.Севрякова, И.Н.Семенова // Материалы Межрегионального Экологического Форума «Уралэкология. Промышленная безопасность-2012». - Уфа, 2012. - С. 26-27.

84. Семенова, И.Н. К вопросу об исследовании биологических свойств почв окрестностей месторождения «Юбилейное» Хайбуллинского района Республики Башкортостан / И.Н.Семенова, Л.А.Абдуллина, Г.Д.Муртазина // Материалы Межрегионального Экологического Форума «Уралэкология. Промышленная безопасность-2012». - Уфа, 2012. - С. 27-28.

85. Семенова, И.Н. Содержание и динамика тяжелых металлов в почвах Хайбуллинского района Республики Башкортостан в зоне влияния горнорудных предприятий / И.Н.Семенова, Л.А.Абдуллина, Г.Д.Муртазина // Уральский регион республики Башкортостан: человек, природа, общество. Материалы региональной научно-практической конференции, 16 ноября 2012 г. -Сибай, 2012. -С. 231-235. _

86. Серегина, Ю.Ю. Оценка полиметаллического загрязнения почвенного покрова в зоне влияния горнодобывающих предприятий Белорецкого района Республики Башкортостан / Ю.Ю.Серегина, И.Н.Семенова, Г.Ш.Кужина // Уральский регион республики Башкортостан: человек, природа, общество. Материалы региональной научно-практической конференции, 16 ноября 2012 г. - Сибай, 2012. - С. 235-237.

87. Прошкина, О.Б. Биотестирование талой воды и почвогрунта территории объекта размещения отходов металлургического производства / О.Б.Прошкина, С.И.Янтурин, И.Н.Семенова // Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред: Тезисы докладов Международной конференции, Москва 4-6 февраля 2013 г. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - С. 176.

88. Семенова, И.Н. Оценка фитотоксичности черноземов Зауралья Республики Башкортостан в условиях загрязнения тяжелыми металлами / И.Н.Семенова, О.А.Севрякова // Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред: Тезисы докладов Международной конференции, Москва 46 февраля 2013. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - С. 189.

89. Ямилхина, Н.С. Оценка фитотоксичности почв в зоне воздействия Сибайской обогатительной фабрики / Н.С.Ямилхина, И.Н.Семенова // Окружающая среда: эффективное природопользование и здоровье человека: материалы Всероссийской научно-практической конференции (11-12 апреля 2013 г.).-Сибай, 2013.-С. 98-99.

90. Муртазина, Г.Д. Оценка токсичности почв методом проростков пшеницы Triticum vulgare L. / Г.Д.Муртазина, И.Н.Семенова // Окружающая

среда: эффективное природопользование и здоровье человека: материалы Всероссийской научно-практической конференции (11-12 апреля 2013 г.). -Сибай, 2013.-С. 160-161.

91. Серегина, Ю.Ю. Железо и марганец в почвах прибрежных зон верховья р. Белая / Ю.Ю.Серегина, И.Н.Семенова, Кужина Г.Ш. // Окружающая среда: эффективное природопользование и здоровье человека: материалы Всероссийской научно-практической конференции (11-12 апреля 2013 г.). - Сибай, 2013. - С. 173-175.

92. Серегина Ю.Ю. Особенности полиметаллического загрязнения почвенного покрова прибрежной полосы р.Белая (Южный Урал) / Ю.Ю.Серегина, И.Н.Семенова, Г.Ш.Кужина // Устойчивое развитие территорий: теория и практика. Материалы V Всероссийской научно-конференции (17 мая 2013 г.). - Сибай, 2013.-С. 203-205.

СЕМЕНОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАК ИНДИКАТОР

ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Подписано в печать 14.10.2013 Формат 60x84. Уч.-изд.л.3,0. Усл. п.л 2,6. Бумага офсетная Гарнитура «Times New Roman». Заказ № 2196. Тираж 120 экз.

Отпечатано из готовых файлов ГУП РБ «Сибайская городская типография» 453833, РБ, г. Сибай, ул. З.Валиди, 22. Тел.: /34775/ 2-55-22

¿o:

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Семенова, Ирина Николаевна, Уфа

На правах рукописи

05201450248

СЕМЕНОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАК ИНДИКАТОР ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ

МЕТАЛЛАМИ

03.02.13 -Почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: Суюндуков Ялиль Тухватович доктор биологических наук, профессор

Уфа 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................5

ГЛАВА 1. ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОРУДНОГО КОМПЛЕКСА

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)....................................................................................................................12

1.1 .Тяжелые металлы в окружающей среде......................................................................12

1.2. Загрязненность тяжелыми металлами почв Башкирского Зауралья 25

1.3. Биохимическая роль некоторых тяжелых металлов 35

1.4. Ферментативная активность почв как объект почвенно-экологического мониторинга..........................................................................................................37

1.5. Состояние почвенных микробных сообществ в условиях загрязнения тяжелыми металлами............................................................................................43

1.6. Исследование функциональной активности микробных сообществ

методом мультисубстратного тестирования......................................................................53

ГЛАВА 2. ПРИРОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

БАШИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ......................................................................................................59

2.1. Рельеф....................................................................................................................................................59

2.2. Климат....................................................................................................................................................60

2.3.<Почвы и почвообразующие породы..........................................................................62

2.4. Растительный покров..............................................................................................................70

2.5. Эколого-гигиенические особенности объектов окружающей среды

Башкирского Зауралья........................................................................................................................71

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................101

3.1. Объекты исследования..............................................................................................................101

3.2. Определение содержания тяжелых металлов и оценка степени загрязнения почв........................................................................................................................................106

3.3. Оценка показателей биологической активности почв..................................107

3.4. Полевой опыт......................................................................................................................................112

ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ

БАШКИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ..................................................................................................114

4.1. ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат».............. 114

4.2. Сибайский филиал ОАО УТОК........................................... 121

4.3. ОАО «Бурибаевский горно-обогатительный комбинат»............ 127

4.4. Месторождение «Юбилейное»........................................... 130

4.5. Месторождение Куль-Юрт-Тау.......................................... 132

4.6. Сравнительная оценка содержания металлов в почвах горнорудных районов Башкирского Зауралья.............................. 135

4.7. Оценка буферной способности почв по отношению к тяжелым

металлам............................................................................. 145

ГЛАВА 5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ В ЗОНЕ

ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОРУДНОГО КОМПЛЕКСА........ 156

5.1 .Целлюлозолитическая активность ........................................ 156

5.2.Протеолитическая активность почв....................................... 173

5.3. Уреазная активность......................................................... 180

5.4. Каталазная активность........................................................ 183

5.5. Интегральный показатель биологического состояния почв........... 187

5.6. Биологическая активность почв территорий, сопредельных с

отвалами карьеров................................................................... 190

5.7.Обобщение результатов изучения ферментативной активности почв.................................................................................... 198

5.8. Численность некоторых эколого-трофических групп микроорганизмов в почвах, прилегающих к отвалам Сибайского карьера................................................................................. 205

5.9. Сравнительная оценка экологического состояния почв в зоне влияния отвалов Сибайского карьера по химическим и биологическим

показателям........................................................................... 208

ГЛАВА 6. ИЗУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ПОЧВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОРУДНЫХ КОМПЛЕКСОВ БАШКИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ МЕТОДОМ МУЛЬТИСУБСТРАТНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ............ 217

6.1. Спектр потребления субстратов микробными сообществами почв

в зоне воздействия горнорудных предприятий............................... 218

6.2. Оценка экологического состояния микробных сообществ почв, находящихся в зоне техногенного воздействия, методом МСТ.......... 225

6.3. Сравнение параметров экологического состояния микробных сообществ, определенных методов МСТ, с интегральным показателем

биологического состояния почв.................................................. 232

ГЛАВА 7. ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ В ПОЛЕВОМ ОПЫТЕ............................................................................... 235

7.1. Оценка протекторного действия природных цеолитов и навоза на ферментативную активность чернозема обыкновенного, загрязненного

ТМ...................................................................................... 236

7.1.1. Ферментативная активность почв, загрязненных свинцом.......... 237

7.1.2.Ферментативная активность почв, загрязненных кадмием.......... 240

7.1.3.Ферментативная активность почв, загрязненных цинком........... 244

7.1.4.Ферментативная активность почв, загрязненных медью............ 247

7.1.5. Сравнительная оценка воздействия разных ТМ на активность ферментов............................................................................. 250

7.2. Влияние ТМ на численность микроорганизмов почв.................. 253

7.3. Исследование функциональной активности микробных сообществ

методом мультисубстратного тестирования................................... 257

ВЫВОДЫ.............................................................................. 267

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................... 269

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................... 320

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В эпоху научно-технического прогресса одной из основных задач человечества является защита окружающей среды, которая загрязняется опасными промышленными отходами. Экологическое состояние почв, которое является результатом длительного воздействия различных источников, служит индикатором разнообразных природных процессов. Характерной особенностью почв является их способность аккумулировать загрязняющие вещества, что во многом определяет устойчивость экосистем к антропогенному воздействию. Благодаря высокой поглощающей способности, почва выступает в роли основного аккумулятора, сорбента и разрушителя токсикантов, являясь геохимическим барьером для миграции загрязняющих веществ и защищая сопредельные среды от антропогенного воздействия. Однако, способность почвы в качестве буферной системы не безгранична. Накопление токсинов и продуктов их трансформации в почвах ведет к изменению их физических, химических, биологические свойств, и, в конечном счете, к разрушению. Такие негативные изменения часто сопровождаются токсическими эффектами со стороны почвы по отношению к другим компонентам экосистемы - биоте, поверхностным и подземным водам, атмосфере (Ковда, 1985; Черников и др., 2000; Мотузова, 2009).

распад почвенных компонентов, базируются на процессах метаболизма почвенных микроорганизмов и активности почвенных ферментов (Звягинцев, 1976, 1980, 1987, 1989; Хазиев, 1982, 2005). Формирующаяся при участии микроорганизмов и других обитателей почв биологическая активность реагирует на любые негативные и позитивные изменения в почвах, что позволяет использовать ее в качестве высокочувствительного индикатора.

Степень разработанности. Вопросам применения биодиагностических методов при оценке экологического состояния почвенного покрова посвящены работы ряда авторов (Гиляров, 1949, 1965,1975; Звягинцев, 1976, 1978; Орлов, 1976, 1979; Мирчинк, 1976; Хазиев, 1976, 1982; Глазовская, 1984; Гельцер, 1986; Бабьева,1989; Моргун, 1990; Горленко,1994; Киреева, 2000; Яковлев, 2000; Колесников, 2001; Колесников и др., 2001, 2007; Казеев и др., 2003; Девятова, Крамарева, 2008; Кабиров, 2009; Терехова, 2011а, 20116; Казеев, Колесников, 2012 и др.).

Исследования по оценке воздействия ТМ на почвенный покров Башкирского Зауралья проводились, главным образом, с целью санитарно-гигиенической характеристики территорий и в большинстве случаев включали контроль содержания ТМ в почвенном покрове и произрастающей растительности, а также интерпретацию полученных данных на базе использования предельно-допустимых концентраций (ПДК) и фоновых значений (Клысов, 2000; Опекунова и др., 2001, 2002; Шагиева, Суюндуков, 2001; Старова, 2003; Белан, 2003, 2005, 2006; Асылбаев, 2004; Янтурин, 2004; Кулагин, Шагиева, 2005; Сингизова, 2009; Хабиров и др., 2007, 2010; Опекунов, Опекунова, 2013). В то же время вопросы, касающиеся использования биологических методов для мониторинга экологического

состояния техногенно загрязненных почв горнорудного региона Зауралья Республики Башкортостан, разработаны недостаточно.

В рамках проведения работы решались следующие задачи:

Научная новизна. Впервые была проведена оценка экологического состояния почв в зонах влияния предприятий горнорудного комплекса Республики Башкортостан с использованием комплексного подхода, основанного на сочетании химико-аналитических и микробиологических исследований, в том числе с применением МСТ. Собранный новый фактический материал позволил сформировать базу данных по распределению и содержанию ТМ в почвах, определить степень загрязнения почв промышленных и рекреационных зон Зауралья Республики Башкортостан в соответствии с общепринятыми критериями, а также рассмотреть состав ассоциаций металлов в зависимости от расположения и характера влияния основных источников загрязнения на окружающую территорию. На основе оценки экологического состояния почв Зауралья Башкортостана обоснована целесообразность применения индекса трансформации биологических свойств - интегрального показателя, характеризующего уровень разнонаправленных отклонений показателей биологической активности исследуемых проб от фоновых значений. Предложен комплекс информативных показателей, включающий структурные и функциональные параметры почвенной микробиоты, с целью использования их для биомониторинга состояния окружающей среды в зоне влияния горно-обогатительных комбинатов Башкортостана. Разработаны и опробованы на региональном уровне методические подходы обоснования экологической буферной зоны, уточнение границ которой базируется на результатах химических и биологических анализов почв и прочих компонентов окружающей среды.

полиметаллического загрязнения на его территории. Полученные данные будут способствовать усовершенствованию схемы интегральной биотической оценки качества окружающей среды в зоне деятельности горнорудных предприятий, уточнению границ санитарно-защитной зоны предприятий горнорудного комплекса и обоснованию административных действий, связанных с проведением восстановительных и рекультивационных мероприятий. Материалы исследований используются при преподавании курсов почвоведения, экологии Башкортостана, спецкурсов по экологии почв и экологии микроорганизмов в Сибайском институте (филиале) Башгосуниверситета, а также могут быть применены при формировании целевых программ охраны окружающей среды и природных ресурсов, при кадастровой оценке объектов недвижимости. Анализ и учет особенностей техногенной трансформации почв позволит повысить эффективность мероприятий по сохранению природных качеств и рекультивации нарушенных почв в зоне влияния горнорудных комбинатов.

Основные положения, выносимые на защиту: • Приоритетными загрязняющими веществами почв промышленных зон Зауралья Республики Башкортостан являются цинк, медь и кадмий, уровень аккумуляции и особенности распределения которых определяются длительностью функционирования горнорудного предприятия и удаленностью от источников загрязнения (ИЗ).

Информация о работе

Семенова, Ирина Николаевна
доктора биологических наук
Уфа, 2013
ВАК 03.02.13

Диссертация

Биологическая активность как индикатор техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы