Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка экологического состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска"

На правах рукописи

ШУМИЛОВА ЛЮДМИЛА ПАВЛОВНА

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ II ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ г. БЛАГОВЕЩЕНСКА

03.02.08 - экология

005018293

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 ДПР 2012

Владивосток - 2012

005018293

Работа выполнена в Амурском филиале ФГБУН Ботанического сада-института ДВО РАН, ФГБУН Институте геологии и природопользования ДВО РАН

Научный руководитель кандидат биологических наук, доцент

Куимова Наталья Григорьевна

Официальные оппоненты: Бузолёва Любовь Степановна,

доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией экологии патогенных бактерий Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии СО РАМН

Крупская Людмила Тимофеевна,

доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры «Экология, ресурсопользование и БЖД» Тихоокеанского государственного университета

Ведущая организация: ФГБУН Биолого-почвенный институт

ДВО РАН, г. Владивосток

Защита состоится «21» апреля 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.056.02 при ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет» по адресу: 690091, г. Владивосток, ул. Октябрьская 27, ауд. 435

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 690091, г.Владивосток, ул. Октябрьская, 27, каб. 417, кафедра экологии ШЕН ДВФУ.

Факс: (423) 2459409 E-mail: marineecology@rambler.ru. res-water@vandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет»

Автореферат разослан «19» марта 2012

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Ю.А. Галышева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследовании. В настоящее время большую тревогу вызывает состояние урбанизированных экосистем, крайне неустойчивых и утративших способность к самовосстановлению (Почва..., 1997; Герасимова, 2003). Последствиями процесса урбанизации является увеличение количества поллютантов, поступающих в окружающую среду, среди которых к приоритетным загрязнителям городских экосистем относятся тяжелые металлы (ТМ).

Ввиду недостаточности санитарно-гигиенических нормативов, основанных на химических методах определения загрязняющих веществ, большое внимание исследователей обращено на разработку биотической концепции экологического контроля качества природных и техногенных экосистем (Воробейчик и др., 1994; Левич, 1994; Linkov et all., 2009). В последние годы исследования в области биологического контроля переживают период активного развития, так как именно биотические показатели могут дать информацию о состоянии биоценозов. В системе биологической оценки (биодиагностики) условно выделяют два направления - биоиндикацию и биотестирование, которые в совокупности позволяют ставить более точный «диагноз» экосистеме (Израэль, Цыбань, 1989; Скирина, Качур, 1991; Мелехова, Егорова, 2007). Биотестирование основано на использовании стандартизованных тест-культур, а в качестве биоиндикаторов могут выступать различные живые организмы в природных условиях (in situ). Одним из перспективных тест-объектов для биоиндикации являются микроскопические грибы, которые наиболее динамично и быстро реагируют на изменения, происходящие в среде обитания. Воздействие токсикантов на микромицеты можно проследить на всех уровнях организации (организменном, популяционном, ценотическом) (Терехова, 2007). Адаптивная реакция микромицетов к техногенному воздействию ТМ чаще всего становится неблагоприятным фактором воздействия на растения и человека - увеличивается численность токсичных, условно патогенных и фитопатогенных видов (Марфенина, 2005; Terekhova, 2007). В связи с этим изучение биоиндикационной значимости микологических показателей покажет потенциальную возможность их использования для прогноза трендов техногенного загрязнения городской среды. Цель работы - оценка экологического состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска, основанная на комплексном сочетании химических, биологических и эколого-геохимических методах исследования.

Задачи:

1. Выполнить эколого-геохимичеекую оценку состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска, установить основные зоны загрязнения и ореолы рассеяния ТМ.

2. Выявить индикационную значимость микологических (численность, разнообразие, структура микробных комплексов) и других биотических (почвенное дыхание) показателей в оценке состояния городских почв.

3. Исследовать экотоксичность почв методами биотестирования с использованием стандартизованных тест-культур.

4. Выполнить оценку экологического состояния воздушной среды и почв г. Благовещенска на основании результатов биодиагностики и эколого-геохимических исследований.

Научная новизна. Впервые, на примере г. Благовещенска, использован комплексный подход в оценке экологического состояния урбанизированных экосистем юга Дальнего Востока. Изучено аэротехногенное загрязнение городской среды по состоянию снежного покрова, проведена эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения городских почв ТМ, на основании чего составлены карты, показывающие основные зоны загрязнения и ореолы рассеивания ТМ на территории г. Благовещенска. Впервые изучено разнообразие микромицетов в почвах г. Благовещенска, составлен общий список видов, а также список условно патогенных и фитопатогенных форм. Показана зависимость разнообразия и таксономической структуры комплекса микромицетов от степени загрязнения природных

сред. Установлена биоиндикационная значимость биотических показателей, которые являются информативными при оценке экологического состояния городских почв.

Личный вклад автора. Основные этапы полевых и экспериментальных исследований выполнены автором самостоятельно. Анализ полученных данных проведен лично автором, результаты опубликованы в авторских работах и в соавторстве.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования экологической обстановки городской среды на локальном и региональном уровнях, а также для решения прикладных задач: архитектурно-планировочных и рекреационных на территории города. В работе представлен список видов микроскопических грибов, имеющих потенциальную опасность для человека, эти данные представляют интерес для специалистов в области аллергологии, патологии органов дыхания при выявлении этиологии заболеваний. Результаты исследований представлены в отчетах НИР АФ БСИ ДВО РАН, ИГиП ДВО РАН (2009-2011 гг.), а также могут быть рекомендованы для чтения лекционного курса «Биодиагностика и экологическая оценка природных сред» для студентов экологических специальностей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. На территории г. Благовещенска формируются две зоны с опасным уровнем техногенного загрязнения, основными источниками которого являются предприятия топливно-энергетического комплекса и автотранспорт. Одна зона расположена в центре города и простирается от ТЭЦ в северо-западном направлении по розе ветров, вторая - на правом берегу р. Зея в северо-восточной части города. Почвы парковой и большей части селитебно-транспортной зон имеют умеренно опасный уровень загрязнения. Основными элементами, загрязняющими городскую среду, являются РЬ, 7л\, Си, Сс1.

2. Наибольшую информативность в оценке экологического состояния городской среды приобретают методы биоиндикации (индекс разнообразия, таксономическая структура комплекса микромицетов, доля темноокрашенных, условно и фитопатогенных форм, интенсивность почвенного дыхания) и методы биотестирования при умерено опасном и опасном уровнях загрязнения почв.

3. Методология комплексного подхода с использованием результатов эколого-геохимических исследований и методов биодиагностики дает объективную оценку качества городской среды и состояния городских экосистем. Почвы с допустимым и умеренно опасным уровнями загрязнения соответствуют экологической норме. Городские почвы с опасным уровнем загрязнения находятся в зоне экологического риска с переходом в зону деградации.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены на XII молодежной школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность и современные технологии» (г. Миасс, 2009); VI Международной научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2009); региональной конференции, посвященной дню Науки, ИФиПД СО РАМН (Благовещенск, 2010); втором междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2010); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2010); XI региональной научно-практической конференции Молодежь XXI века (Благовещенск, 2010); международной конференции «Окружающая среда и человек: друзья или враги?» (г. Пущино, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы (глава 1), материалы и методы исследования (глава 2), экспериментальную часть (главы 3, 4, 5), выводы и список литературы, включающий 269 источников, из них 35 работ зарубежных авторов. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 21 таблицу.

Благодарности. Автор выражает глубочайшую признательность своему научному руководителю к.б.н., доценту Н.Г. Куимовой (АФ БСИ ДВО РАН) за ценные советы и помощь при выполнении всех этапов исследований, анализе и интерпретации полученных результатов. Автор благодарит д.б.н., профессора В.А. Терехову (ЛЭТАП, МГУ), к.б.н. A.B. Александрову (кафедра микологии и альгологии, МГУ), к.г.н. И.Г. Борисову (АФ БСИ ДВО РАН), а также всех сотрудников лаборатории биогеохимии (ИГиП ДВО РАН), лаборатории экотоксикологического анализа почв (ф-т почвоведения, МГУ) за консультативную помощь и поддержку.

Работа выполнена при поддержке грантов Президиума ДВО РАН «Поддержка исследований молодых ученых» № 10-Ш-В-06-140; № 11-III-B-06-07; РФФИ №11-04-90733 моб_ст.; проекта «Ступени в будущее Российской науки» Правительства Амурской области и Городского Общественного Фонда «Согласие».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы. В главе проведен анализ экологических проблем городских экосистем, особое внимание уделено почвам урбанизированных территорий. Изложены общие представления о микробных комплексах в компонентах городской среды, дана общая характеристика ТМ как основных источников загрязнения. Рассмотрен вопрос о возможности использования методов биодиагностики (биотестирование, биоиндикация) в экологической оценке городской среды.

Глава 2. Материал и методы исследования

Характеристика района исследования

Город Благовещенск, областной центр Амурской области, располагается на границе с Китаем в пойме двух крупных рек Амур и Зея. Климат резко континентальный с чертами муссонности. Среднегодовое количество осадков составляет 580 мм, наибольшее их количество выпадает в летний период (до 90%). Продолжительность времени с устойчивым снежным покровом 135-140 дней, высота снежного покрова в среднем достигает 14-17 см. В движении воздушных потоков преобладают ветра северо-западного направления.

За последние 10 лет в Благовещенске прекращена работа основных производственных предприятий (заводы «Амурский металлист, Агромаш, ЖБИ, спичечная, хлопкопрядильная фабрики и т.д.). Наибольшее влияние на экологическое состояние городской среды в настоящее время оказывают предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭЦ, котельные) и частный деревянный сектор, которые отапливаются углем низкого качества (высокая зольность и содержание пылевой фракции). Большой вклад в загрязнение вносит автотранспорт, в среднем на 2-3 человека, проживающих в городе, приходится один автомобиль.

Материалом исследования служили природные среды (снег, городские почвы) и микроорганизмы, выделенные из почв и снега. Отбор образцов проводили по радиальной сетке от основного источника выбросов загрязняющих веществ - ТЭЦ на территории основных функциональных зон г. Благовещенска (рис.1). Промышленная зона - ТЭЦ (т. 1); Астрахановка (т. 12), где сосредоточены Амурская бройлерная фабрика, большое количество частных предприятий, котельные. Селитгбно-транспортная зона - т. 2-10, 13. Рекреационная зона - Городской (т. 11) и Первомайский (т. 14) парки, Ботанический сад (т. 15). В качестве условно фоновой выбраны аллювиальные серогумусовые почвы в 60 км к северо-западу от города, в районе с. Сергеевка.

Работа выполнена в период с 2007 по 2011 гг. Почвы для микробиологического анализа отобраны из горизонта (5-10 см) с соблюдением условий стерильности (Кураков, 2001), для химического анализа - методом конверта (10x10 м) из этих же точек в пластиковые пакеты. Пробоподготовка почв выполнена в соответствии с МУ 2.1.7.730-99. Отбор образцов снега для исследований проводили перед началом снеготаяния на всю глубину снежного покрова, исключая припочвенный слой 2-3 см. Пробы снега отбирали, как и почвы, методом конверта (10><10 м): для химического анализа - в пластмассовые емкости

(вес проб до 6 кг), для микробиологических исследований - в стерильные стаканы объемом 1 л (Василенко и др., 1985).

Условные обозначения:

- горизонтали реяксфа

• малые реки [ . | - крупные реки

ввв

- автомобильная дорлгл

- граница го[к>да (g) . проЛ1игалП111|.к я граница предприятия

А - точки чтЛора ,„„* снега с номч^,™*»"" Промышленная tона

1 - ТЭЦ

12 - Астраханлпкп (Астрах.)

Сея ит ебно-тран спорит ая

2 - Амурский гос. университет (АмГ>~)

3 - кольценля антомагистраль (\1)

4 - ул. Богдана Хмельницкого - ул. 1'абоча: (Б-Хм - Р.)

5 - ул. Калинина - ул. Октябрьская (К - Ок-, .)

6 - роддом (1*3-)

7 - авторынок (А.р.)

8 - ул. Граждансшя - 5(1 лет Октябри (1'рижд.)

9 - V I Коппол - УЛ. Шнмаповского (К Шим.)

10 автовокзал (Лв)

13 - судоверфь (Суд.)

Паркова-рекреинионния " 11 - городской парк (111) ¡4 - Первомайский парк (ПП) 1? - IiOTanii'iccKnii сад (Tic)

Рис. 1. Карта-схема района исследования

Химические методы исследования

Определение содержания гумуса в почвах проводили по И.В. Тюрину в модификации Б.Н. Никитина (Орлов, Гришина, 1981); pH - ГОСТ 26483-90; подвижного фосфора и обменного калия - по методу А.Т. Кирсанова (ГОСТ 26207-84); суммы поглощенных оснований - комплексонометрическим методом (ГОСТ 26487-90).

Выбор тяжелых металлов обусловлен их биологической значимостью (Cu, Zn, Ni, Со, Cr, Мп) и токсичностью (Pb, Cd). Содержание TM определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «Hitachi 180-50» и методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-4. Подвижные формы извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором (Инструкция..., 1978).

Определение растворимой и минеральной составляющей снега выполнено по Обухову, Плехановой (1991) с использованием метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии, «Hitachi 180-50».

Оценку санитарно-гигиенического состояния городских почв выполняли относительно утвержденных нормативов ПДК (ОДК) (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7.2042-06).

Эколого-геохимические исследования

Для определения степени загрязнения компонентов городской среды ТМ рассчитывали коэффициенты концентрации (Кс) элементов относительно фоновых содержаний и показатель суммарного загрязнения (Zc)'. Zc=XKc.-(ti-l), где KCj-коэффициенты концентрации элементов, п - число определяемых тяжелых металлов. Оценка техногенного загрязнения почв выполнена в соответствии с утвержденной шкалой оценки экологической опасности: Zc < 16 - уровень загрязнения допустимый, низкий; Zc 16,1-32 - средний, умерено опасный; Zc 32,1-128 - высокий, опасный; Zc > 128 - чрезвычайно опасный (Сает и др, 1990; Перельман, Касимов, 1999). Карты выполнены в программе ArcView 3,2.

Микробиологические методы исследования

Активность почвенного дыхания определяли по эмиссии углекислого газа на газовом хроматографе «Кристаллюкс 4000 М» (Методы . , 1991).

Состав микробного сообщества - методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) (НР-5973 Agilent) по жириокислотному составу клеточных стенок и сравнению полученных результатов с международным банком данных, доступных в online форме (Осипов, 1997; Верховцева, Осипов, 2008).

Выделение микроскопических грибов проводили в день отбора проб методом десятикратных разведений и посева на среду Чапека в 5-кратной повторное™. Общая численность микромицетов определена подсчетом колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 г абсолютно сухой почвы. Для характеристики структуры комплекса грибов использовали экологические показатели - пространственную частоту встречаемости и обилие вида (Мирчинк и др., 1981; Кураков, 2001). Индекс видового разнообразия Шеннона и индекс выравленности по Пиелу рассчитывали с помощью приложения Microsoft Office Excel -Synecol.

Идентификацию выделенных штаммов микромицетов проводили по общепринятым определителям (Кириленко, 1977; Егорова, 1986; Мельник, 2000; Raper, Fennel, 1965; Domsch, Gams, 2007). Названия видов приводили в соответствии с базой данных (http://www.indexfungorum.org). Для идентификации неустановленных штаммов использовали молекулярно-генетические методы исследования. Идентификацию микромицетов осуществляли с использованием электронных генбанков NCBI (http://www.ncbi.nlnt.nUi.gov/) и CBS (http://www.cbs.knaw.nl/).

Экотоксикологические исследования

Отбор и подготовка проб проводился согласно ГОСТам (17.4.3.01-83; 28168-89). Биотестирование проводили с использованием стандартизованных тест-культур различных трофических уровней: продуценты (высшие растения - Sinapis alba L, Hordeum vulgare L; микроводоросли Scenedesmus quadricauda)\ консументы (простейшие Paramecium caudatum, рачки Daphnia magna); редуценты (бактерии Escherichia coli в составе препарата «Эколюм»),

Определение фитотоксичности чистых культур микромицетов выполняли по методу (Бабьева, 1971). Токсичными считали культуры, вызывающие снижение всхожести семян и угнетение развития проростков не менее чем на 30% по сравнению с контролем.

Определение ферментативной активности. Тестирование протеазной активности проводили на среде с желатином (Егоров, 1983), активность фосфолипазы определяли согласно Т. Yamaguchi et all. (1973), S. Kato et ail. (1984) на желточном агаре (Методы..., 1983).

Статистическая обработка результатов химических исследований выполнена в программе Microsoft Office Exce» - ХР.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 3. Эколого-геохимическая оценка компонентов городской среды

В данной главе изучена степень аэротехногенного загрязнения г. Благовещенска по состоянию снежного покрова. Дана характеристика состояния городских почв на основании физико-химических показателей и степени загрязнения ТМ. Составлены карты, показывающие основные зоны загрязнения и ореолы рассеяния ТМ на территории города.

3.1. Оценка аэротехногенного загрязнения городской территории по состоянию снежного покрова

Во время продолжительного зимнего периода (отопительный сезон в Благовещенске до 7 мес.) происходит сжигание значительного количества топлива при работе ТЭЦ, котельных, печном отоплении в частном жилом секторе. В связи с этим, максимальное содержание продуктов неполного сгорания угля в твердом осадке снега установлено в районе ТЭЦ, где потери от прокаливания достигали 49%; в зоне воздействия котельных - 2228%, в частном жилом секторе - 22%. В районах с интенсивным движением автотранспорта в нерастворимом осадке снега преобладал Si02 (песок) - это автовокзал (59,8%), авторынок (55,8%), кольцевая автомагистраль (53,8%), а также улицы с максимальным движением грузового автотранспорта (54,7-62,6%).

Растворимые формы ТМ. Содержание растворимых форм ТМ в снежном покрове на территории города в 2-17 раз выше фоновых значений. На основании средних значений Кс составлен ранжированный ряд металлов, попадающих в почву после таяния снега: Fei6,7 > Cds = Со8 > N¡6,8 > Zn5>2 > Cu4,8 > Mn4,8 > Cr4.6 > РЬг.7. Максимальное содержание растворимых форм установлено для железа, кадмия, кобальта. Наибольшее содержание ТМ в талой воде выявлено в зоне воздействия ТЭЦ (Pb, Zn, Ni, Мп), на территории частного жилого сектора (Си, Zn, Со, Сг), в районе автовокзала увеличивалось содержание растворимых форм практически всех изученных элементов.

Микроэлементный состав твердого осадка снега. Основное загрязнение почв ТМ при таянии снега обусловлено их присутствием в твердом осадке талой воды. На основании валовых содержаний ТМ в составе твердого осадка рассчитаны Кс и составлен геохимический ряд приоритетных элементов В составе пылевых выбросов: Сс1з,7 > Ztl2,8 = Ci»2,8 = С02,8 > Cr2,45 > РЬ2,| > N¡2,0. Максимальный коэффициент концентрирования в снежном покрове города показан для кадмия. Остальные компоненты аэротехногенного загрязнения г. Благовещенска имеют Кс 2,0-2,8. Построены карты распределения первых трех элементов Cd, Zn, Си в снежном покрове, на которых показаны зоны загрязнения и ореолы их рассеяния на территории города (рис. 2).

«я^^ия«—В

Рис. 2. Техногенные зоны загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами на территории г. Благовещенска: Ъп (А), Си (Б), Cd (В)

Превышение содержания ТМ в снежном покрове относительно фона достигало: для Cd - в 4 раза; ¿п, Си - в 3 раза. Для меди и цинка выделены две зоны загрязнения - зона влияния ТЭЦ (т.1) и Астрахановки (т. 12). Обширная зона рассеяния цинка и меди

А Б

распространяется на селитебно-транспортную зону (т. 2-6) и Городской парк. Максимальные техногенные аномалии для кадмия формируются в зоне влияния ТЭЦ (т. 1, 15) и на стрелке, в месте слияния рек Амур и Зея, охватывая частично селитебно-транспортную (т. 9, 10) и парковую зоны (т. 11, 14). Объяснением техногенного загрязнения снежного покрова парковой зоны могут быть следующие факторы; географическое положение города, рельеф, роза ветров. Реки выступают в роли аэродинамической трубы, втягивающей загрязненные воздушные массы, которые в виде турбулентного потока устремляются вниз по течению, захватывая прибрежную полосу.

Одним из показателей, утвержденных санитарно-гигиеническими нормами для основных природных сред (почвы, снег) и учитывающих полиэлементносгь техногенного загрязнения, является показатель суммарного загрязнения (7х). Максимальное значение Хс снежного покрова установлено в промышленной зоне ('¿с 20), что по шкале оценки экологической опасности соответствует допустимому, низкому уровню аэротехногенного загрязнения. Таким образом, на основании изучения снежного покрова, как индикатора аэротехногенного загрязнения, сделан вывод о низком содержании ТМ в воздушной среде г. Благовещенска. На территории выявлены районы с максимальной пылевой нагрузкой, установлены техногенные зоны загрязнения ТМ.

3.2. Оценка степени техногенного загрязнения почв г. Благовещенска тяжелыми металлами

Физико-химические показатели городских почв. Большинство выбросов и отходов в городской среде сосредотачивается на поверхности почвенного покрова, что приводит к изменению физико-химических показателей, гранулометрического состава и биологических свойств почв (Прокофьева, Строганова, 2004) и влияет на подвижность ТМ. В связи с чем, нами изучены основные физико-химические показатели городских почв в сравнении с фоновыми. В верхнем слое городских почв реакция среды изменялась в интервале рН 6,8-7,6. Подщелачивание почв обусловлено поступлением строительной и др. пыли, содержащей карбонаты кальция. Содержание Са в городских почвах выше в 1,5-2,5 раза в сравнении с фоновыми почвами. Среднее содержание органического углерода в почвах рекреационной зоны составило 4,3%, что превысило среднее содержание Сорг. в аллювиальных серогумусовых почвах (2,61%). В почвах селитебно-транспортной зоны выявлены значительные колебания в значениях Сорг: в урбаноземах - 1,25-2,5%, в реплантаземах - 2,63,49%; в почвах промышленной зоны установлены самые низкие содержания Сорг. - 0,1-2%. Показана высокая изменчивость в содержании обменных форм фосфора и калия в почвах селитебно-транспортной (К20 - 59-985 мг/кг, Р2О5 - 190-689 мг/кг) и промышленной зон (КгО - 64-250 мг/кг, Р2О5 - 100-145 мг/кг. Таким образом, верхний слой городских почв характеризуется слабощелочной реакцией, обогащен подвижными формами фосфора и калия в 1,5-2 раза на территории селитебно-транспортной зоны, тогда как в урбаноземах промышленной зоны содержание фосфора снижено в сравнении с фоновыми значениями.

Подвижные формы тяжелых металлов определяли в ацетатно-аммонийном буфере, в который переходит наиболее мобильная часть подвижных запасов ТМ в почве. При сравнении полученных результатов с нормативными (ПДК), установлено превышение содержания подвижных форм для двух элементов: РЬ - в 2,0-5,7 раза в почвах промышленной зоны; Zn- в 2,3 раза в почвах селитебно-транспортной зоны (т. 4, 5, 9, 13), незначительные превышения цинка (в 1,3 раза) зафиксированы в почвах промышленной зоны. На основании расчета Кс установлено увеличение подвижности следующих элементов в почвах города: 2п (2-21 раза) - в почвах всех функциональных зон города; РЬ (11-34 раза) и Си (2 раза). На основании средних значений Кс составлен геохимический ряд, который показывает преобладающий состав элементов подвижной фазы в почвах города: 2п8_? РЬ7 Си2- Ввиду низких значений подвижных форм кадмия, никеля, кобальта, Кс для них не рассчитывали.

Минеральные формы ТМ в городских почвах. Основная доля ТМ в почвах содержится в форме нерастворимых соединений (сульфиды, оксиды, карбонаты), которые

являются потенциально опасными для живых организмов, так как становятся доступными для растений при изменении кислотности почвенных растворов или воздействии микроорганизмов. При сравнении валовых содержаний ТМ в почвах г. Благовещенска с нормативными (ОДК) установлено превышение только для одного элемента - свинца в 1,32,5 раза в почвах промышленной зоны.

На основании валовых значений ТМ рассчитаны Кс для почв во всех точках наблюдения и составлены ранжированные ряды Кс по убыванию:

промышленная зона: РЬ (37-60)>Сс1 (2,9-11,б)>2п (3-10)>Со (2-5)>Си (3)>Сг (2)=Мп (2)>№ (1,3); селитебно-транспортная: РЬ (7-14)>С(1 (1,7-15,5)>гп (3-8)>Со (3-7)>Си (3-4)>Сг (2-4)>Мп (2-3)>№ (0,5-2); рекреационная: РЬ (5-8)>Сс1 (3-7,4)>гп (3-5)>Со (1 -6)>Мл (3-4)>Си 1 (2-3)>Сг(2-3)>№ (1-1,6).

Распределение элементов в почвах всех функциональных зон города практически совпадает, уменьшаются только коэффициенты концентрации по зонам. Таким образом, на основании преобладающих элементов в вышеперечисленных рядах можно сделать вывод о преимущественно цинк-кадмий-свинцовом загрязнении почвенного покрова г. Благовещенска (Куимова, 2008).

Для выявления техногенных аномалий загрязнения составлены карты распределения основных элементов загрязнения (РЬ, Сс1, Zn) в почвах города, что позволило определить зоны загрязнения и ореолы рассеяния металлов на территории города (рис. 3 А, Б, В).

Рис. 3. Техногенные зоны загрязнения почв г. Благовещенска тяжелыми металлами, свинца (А),

кадмия (Б), цинка (В)

Оценка полиэлементного техногенного загрязнения почв г. Благовещенска выполнена по шкале оценки экологической опасности на основании показателей суммарного загрязнения (табл. 1). Большая часть почв г. Благовещенска имеет средний, умеренно опасный уровень загрязнения (т. 3, 4, 6, 7, 11, 13, 14) - это почвы основной части селитебно-транспортной зоны и парков города. Высокий, опасный уровень загрязнения выявлен в почвах промышленной зоны и трех точках наблюдения в центре города (5, 9, 10). Допустимый, низкий уровень загрязнения выявлен в почвах, расположенных неровной полосой в северо-западной части города (т. 15, 2, 8).

Таблица I

Уровни загрязнения почв г. Благовещенска тяжелыми металлами

Функциональные зоны Уровни загрязнения (Сает и др.,1990; МУ 2.1.7.730-99) Место отбора проб гс

Рекреационная Допустимый, низкий, гс<16 Ботанический сад 13,3

Средний, умеренно опасный гс 16,1-32 Городской парк 21

Первомайский парк 21,6

Селитебно-транспортная Допустимый, низкий, гс<16 АмГУ 12,1

Гражданская-50 лет Октября 13,1

Средний, умеренно опасный, гс 16,1-32 Роддом 16,1

Авторынок 17,6

Судоверфь 21,7

Микрорайон 23,0

Б. Хмельницкого-Рабочая 30,6

Высокий, опасный, гс 32,1-128 Автовокзал 34,4

Калинина-Октябрьская

Конная-Шимановского 36/7

Промышленная Высокий, опасный гс 32,1-128 ТЭЦ 42,8

Астрахановка 84,8

На основании данных Хс составлена карта-схема полиэлементного загрязнения почв г. Благовещенска (рис. 4).

Рис. 4. Карта-схема полиэлементного загрязнения почв с разными уровнями опасности

Глава 4. Индикационная значимость биотических показателей в оценке состояния городских экосистем

4.1. Особенности микологического состава снежного покрова

Выявлена невысокая численность микроскопических грибов в снежном покрове на территории города (КОЕ/1 мл): рекреационная зона 9,3x103 > селитебно-транспортная зона 3,2 хЮ3 > промышленная зона 1,7 хЮ3.

Изучена таксономическая структура комплекса микромицетов в снежном покрове городской и фоновой территорий. На фоновой территории в составе комплекса микромицетов в снеговой воде преобладали представители рр. Мисог (42%) и Penicillium (38%), встречались представители р. Trichoderma (13%) и Mycelia sterilia. Состав микромицетов в снегу рекреационной зоны тот же самый, что и на фоновой территории: р. Penicillium (30,7%), Мисог (7,7%), Trichoderma (7,7%), Mycelia sterilia (7,7%), за исключением появления в составе комплекса представителей темноокрашенных форм - Coniothyrium sp. (23%) и Cladosporium sp. (7,7%).

В снежном покрове селитебно-транспортной зоны можно выделить два типа структуры сообщества грибов в зависимости от преобладающего фактора воздействия. В частном жилом секторе (т. 9) доминировали представители р. Fusarium (67%), многие из которых относятся к фитопатогенам, присутствуют темноокрашенные формы (24%) -Alternaria spp., Coniothyrium spp., Cladosporium spp. На территории с интенсивной автотранспортной нагрузкой в снеговой талой воде доминировали темноокрашенные формы грибов р. Cladosporium (56%), сохранялось высокое обилие видов р. Fusarium (22%).

В снежном покрове промышленной зоны также преобладали пигментированные формы грибов - представители рр. Alternaria (27,2%), Cladosporium (18%), Coniothyrium (9%), сохранилось присутствие представителей р. Penicillium (18,1%). Вьивлено высокое обилие условно патогенных и фитопатогенных видов - р. Aspergillus (18%), Fusarium (9%). Таким образом, более 54% микромицетов в воздушной среде промышленных зон города представлены темноокрашенными формами, более 63% можно отнести к условно патогенным, аллергенным и фитопатогенным видам.

Таким образом, несмотря на то, что суммарный показатель загрязнения (Zc) снежного покрова в г. Благовещенске соответствует допустимому, низкому уровню, в воздушной среде промышленной зоны города присутствует большое число условно патогенных и токсинообразующих видов, что может представлять потенциальную угрозу для здоровья городского населения.

4.2. Структура бактериального сообщества в почвенном покрове г. Благовещенска

Методом ГХ-МС определена общая численность микроорганизмов в почвах разных функциональных зон города, на основании чего выстроен следующий ранжированный ряд (КОЕ/г): селитебно-транспортная (48,1х106) > фон (29,8х106) > рекреационная (25,2x10 ) > промышленная (13,1х106). В почвах селитебно-транспортной зоны отмечено незначительное увеличение численности микроорганизмов (1,6 раза) относительно фона, тогда как в почвах промышленной зоны произошло сокращение данного показателя в 2,3 раза. Методом ГХ-МС определен состав бактериального сообщества. Санитарно-опасных видов, представителей семейства Enterobacteriaceae, в почвах города не выявлено. В почвах промышленной и селитебно-транспортной зон установлено повышенное содержание бактерий, способных расщеплять природные и техногенные углеводороды (Mycobacterium sp., Ruminococcus sp. и Propionibacterium freudenreichii), что свидетельствует о загрязнении почв углеводородами.

4.3. Разнообразие и таксономическая структура сообщества почвенных микромицетов

В почвах города численность грибов невысокая, что связано с отбором образцов в засушливый летний период, когда их численность значительно снижается. Максимальное содержание микромицетов выявлено в почвах рекреационной зоны (22 тыс. КОЕ/г почвы), минимальное - в почвах промышленной зоны (11,9 тыс. КОЕ/г). В почвах селитебно-транспортной зоны наблюдались значительные колебания показателя: от 12-19 тыс. КОЕ/г -в урбаноземах, до 60 тыс. КОЕ/г - в реплантаземах (газоны), в зависимости от характера антропогенно-преобразованных почв.

Изучены разнообразие и таксономическая структура комплексов микроскопических грибов в почвах с разным уровнем загрязнения. Из почв г. Благовещенска выделено 87 видов микромицетов, принадлежащих 42 родам и трем классам. Подавляющее число видов (84%)

относится к группе анаморфных грибов Anamorphic fungi - 73 вида из 35 родов; сумчатые грибы (Ascomycetes) представлены 9 видами из 4 родов (10,3%); зигомицеты (Zygomyceles) -5 видами из 3 родов (5,7%).

В таксономической структуре почвенных грибов доминируют представители р. Penicillium (22 вида, 25,5%), что согласуется с литературными данными (Егорова, 1986). Далее по представленности видов следуют рр. Aspergillus (5,7%), Chaetomium (5,7%) > Fusarium (4,6%), Trichoderma (4,6%) > Oidiodendron (3,4%). Остальные 36 родов представлены одним видом и составляют 51% от общего числа из представленного списка видов.

На основании анализа пространственной частоты встречаемости выделяли случайные виды (частота встречаемости <10%), редкие (10-30%), частые (30-60%) и доминирующие виды (>60%) (Мирчинк и др., 1981). Установлено, что сообщество микромицетов в городских почвах представлено преобладающим числом случайных (43 вида) и редких видов (39 видов). Доминирующим видом в городских почвах является Penicillium canescens, к частым видам относятся Cladosporium cladosporioides, Gibberella intricans, Trichoderma harzianum и темноокрашенные формы стерильного мицелия. Такой тип видовой структуры с преобладанием редких и случайных видов определяется большой субстратной гетерогенностью городских почв, специфическим микроклиматом в условиях городской среды, более разнообразными путями заноса микроскопических грибов извне.

Изучена таксономическая структура комплекса микроскопических грибов в городских почвах с разной степенью загрязнения по сравнению фоновыми почвами.

Из почв фоновой территории выделено 10 видов из 5 родов. В составе микромицетного комплекса аллювиальных серогумусовых почв преобладали представители р. Penicillium (96%), присутствовали представители рр. Trichoderma, Мисог. Доминирующими видами являются Р. canescens (44,3%) и Р. velutinum (44,3%).

Почвы рекреационной зоны по числу видов и составу комплекса грибов приближены к почвам фоновой территории, преобладающими остаются представители р. Penicillium (рис. 5 А), индекс разнообразия по Шеннону в аллювиальных серогумусовых почвах составил 2,7; в естественно ненарушенных почвах Ботанического сада-2,84.

Paraconiothyr

ium sp.; 1,4%.'Botiyothchum I / spp.; 1,4% \ / Chaetomiu

Penicillium m SP';

SPP.; 57,3% ^ ^fBtejJ^ 29>4%

^^«ша ^рИРг^ Fusarium sp.;

Oidiodendro ' n sp.; 3% мУ°е«а sterfe; 5,9%

Неидектафиц Byssochlamy ирован; 9,3% s sp.;2,3% Chaetomium Talaromyce Tnchoderma. AKemariay sp.;2,3%

s sp,; 2,3% Sporothm sp.

Penicillium spp.; 11,6%

УOidiodendron Mortierella sp.; sp.;4,6% 23,2%

Emericellopsis sp.; 4,6% Fusarium sp.; 14%

Mycelia sterilia ; 9,3%

А Б

Рис. 5. Состав комплекса почвенных микромицетов рекреационной зоны; А - Ботанический сад, Б - Городской парк

Почвы Городского парка (ГП) со средним уровнем загрязнения обладали большим видовым разнообразием грибов (22 вида из 16 родов), индекс Шеннона составил 3,44 - это максимальное значение для городских почв (рис. 5 Б). В составе комплекса почвенных микромицетов преобладали представители pp. Mortierella (23%), Fusarium (14%), Penicillium (12%). Из почв ГП выделены условно патогенные виды Alternaria alternala и Sporothrix schenckii. Изменение состава сообщества микромицетов в почвах Городского парка

обусловлено воздействием выбросов загрязняющих веществ как со стороны ТЭЦ (парк расположен по розе ветров), так и автотранспорта.

Селитебно-транспортная зона занимает значительную долю центральной части города. Почвы на указанной территории испытывают разную степень воздействия выбросов автотранспорта, котельных и печного отопления частного жилого сектора, в связи с можно выделить несколько характерных типов таксономической структуры комплекса почвенных микромицетов.

В урбаноземах со средним уровнем загрязнения, где преобладающим фактором воздействия является автотранспорт (т. 3), установлено высокое видовое разнообразие. 17 видов из 14 родов, индекс разнообразия по Шеннону составил 3,4. В таксономической структуре преобладали редкие и случайные виды с минимальным обилием и темноокрашенные формы рр. Cladosporium, Geomyces, Mycelia sterilia (рис. 6 А). Обнаружены условно патогенные виды - С. cladosporioides, G. Pannorum, Haematonectria haematococca, Lewia infectoria, Р. citrinum. Увеличение численности и разнообразия в условиях техногенной нагрузки свидетельствует о том, что микромицеты в этих почвах находятся в стрессовом состоянии.

В урбаноземах селитебно-транспортной зоны с высоким опасным уровнем загрязнения, где преобладающим техногенным фактором остается автотранспорт (т. 10), установлено резкое сокращение видового разнообразия и упрощение таксономической структуры микобиоты. Индекс Шеннона в этих почвах уменьшился в 2 раза в сравнении с фоновым значением и составил 1,4. Из почв в районе автовокзала (рис. 6 Б) выделено всего 5 видов из 4 родов, преобладающими являлись представители р. Aspergillus (88%).

Trichoderm Asoeraillu Cladosporiu

Ш Geomyces

JL spp.; 88,4%

gronella w •

■;8'8%

SfOneCfrl

.-.2.0* ИШГ' ■ >"4

IHP^

V p /.,.. 3,8%

ktoor-,2.9% LerSP'; 1Г

2,9% sp.; 3,8%

А Б

Рис. 6. Таксономическая структура сообщества микромицетов в урбаноземах в зоне влияния автотранспорта: кольцевая автомагистраль (А), автовокзал (Б)

Из почв частного сектора, расположенного в центральной части города, выделено 19 видов из 10 родов: преобладающими остаются представители p. Pénicillium (60%), отмечено высокое обилие представителей pp. Fusarium (6,8%), Aspergillus (3,5%), большая часть которых проявляет условно патогенные и фитопатогенные свойства (Aspergillus fumigalus, Fusarium oxysporum. (рис. 7 А). По результатам химического анализа почвы частного сектора имеют высокий уровень загрязнения, однако сокращения разнообразия и упрощения таксономической структуры микромицетов не выявлено. Подобную ситуацию можно объяснить тем, что указанные почвы относятся к естественно-антропогенным поверхностно-преобразованным почвам. Указанные почвы имеют повышенное содержание органического углерода, обладают высокой буферностью, которые снижают токсичность ТМ по отношению к живым организмам.

В промышленной зоне выявлено максимальное техногенное загрязнение почв свинцом, цинком, медью, урбаноземы промышленной зоны имеют высокий, опасный уровень загрязнения. Сообщество микроскопических грибов в этих почвах характеризуется сокращением разнообразия, выделено 6 видов из 6 родов, индекс Шеннона составил в среднем 1,8. В таксономической структуре микобиоты произошла перестройка состава сообщества (рис. 7 Б); наблюдалось практически полное вытеснение представителей р. Pénicillium, отсутствовали представители классов Zygomycetes и Ascomycetes, преобладали редкие и случайные виды и темноокрашенные формы грибов - Cladosporium cladosporioides, Geomyces pannorum, Coniothyrium sp., Cochliobolus lunatus, Mycelia sterilia. Кроме того, в почвах промышленной зоны увеличилось разнообразие условно и фитопатогенных видов: Aspergillus terreus, Fusarium oxysporum, Cochliobolus lunatus, Geotrichum candidum.

Pénicillium spp.; 59,8%

Pftoma sp.; 1,7%

Scytalidium

Mucor sp.; ^^^¡^JÊÊÊÊÈÈÊÊÎ sp,; 1% 5% Pffii.-j Г [' i/sR-

Mycelia^^^^^TV

s№; ^со/а ^¡bbereii^^As^giiius ' sp.; 5,2% spp.; 4 5% ' sp.; 3,5%

Hirsutella sp.; 40%

Geomyces sp.; 13,6%

Paraconiothyr г ium sp.; 22,7%

Cladosporium Geotrichum Sp.; 9% sp.; 13,6%

Рис. 7. Таксономическая структура грибов в почвах с высоким уровнем загрязнения: частный жилой сектор селитебно-транспортной зоны (А); урбаноземы промышленной зоны (Б)

Таким образом, впервые изучено разнообразие микромицетов в почвах г. Благовещенска, составлен общий список видов. Комплекс почвенных микромицетов представлен преобладающим числом случайных и редких видов. Выявлена зависимость таксономической структуры от степени загрязнения почв ТМ: при среднем, умерено опасном уровне загрязнения почв увеличивается видовое разнообразие и численность микромицетов, преобладающими остаются представители p. Pénicillium. При высоком, опасном уровне загрязнения урбаноземов происходило упрощение структуры вплоть до полной перестройки комплекса грибов с доминированием нетипичных видов, проявляющих токсикогенные и фитопатогенные свойства.

4.4. Содержание темноокрашенных форм микромицетов в почвах города

Темноокрашенные микромицеты более устойчивы к антропогенному воздействию, накопление таких грибов свидетельствует об увеличении степени загрязнения и происходящих структурных изменениях в экосистемах (Марфенина, 2005). Характерной особенностью комплексов микроскопических грибов в почвах г. Благовещенска является присутствие большого количества темноокрашенных микромицетов: выделены представители из 14 родов и окрашенный стерильный мицелий. Доля меланизированных форм грибов возрастает в ряду: фон (1%) < рекреационная (9%) < селитебно-транспортная (20,4%) < промышленная зоны (54,5%). В парковой зоне темноокрашенные формы выделены только на территории Городского парка и Ботанического сада, В селитебно-транспортной зоне отмечены локальные участки с интенсивным движением автотранспорта, где содержание темноокрашенных грибов в почвах достигало 20,4%. В почвах промышленной зоны с высоким уровнем загрязнения выявлено их равномерное пространственное распределение в почвах, численность меланизированных грибов достигала 54,5%.

4.5. Условно патогенные и фитопатогенные микромицеты в городских почвах

Микроорганизмы с фитотоксическими свойствами встречаются в различных почвах, на их содержание оказывают влияние тип почв, характер растительного покрова и, главное, антропогенный фактор (Берестецкий, 1978). Результаты выполненных исследований показали, что 18 % от общего числа видов относятся к фитопатогенным, среди которых наибольшая видовая представленность у p. Pénicillium, а по численности преобладают представители р. Fusarium.

Согласно «Атласу патогенных и условно патогенных грибов» Д. Саттона и др. (2001), 27% от общего числа идентифицированных видов, можно отнести к условно патогенным, 5% из них имеют показания к патогенезу человека - это представители pp. Mortierella, Exophiala, Humicola, Myrothecium. В диссертации представлен список видов сапротрофных микромицетов, представляющих потенциальную опасность для растений и человека. Таким образом, 33% от общего числа видов микромицетов, выделенных из городских почв, можно отнести к условно патогенным, фитопатогенным, причем в почвах с высоким уровнем загрязнения ТМ их встречаемость значительно увеличивается (Куимова, Шумилова, 2009; Шумилова, Куимова, 2010; Шумилова, Куимова, 2011).

4.6. Вирулентность сапротрофных микроскопических грибов

Для обозначения степени патогенности микроорганизмов принят термин «вирулентность». Вирулентность связана с фенотипическими и генотипическими изменениями штаммов, т.е. является штаммоспецифическим свойством. К материальным носителям патогенности, или факторам патогенности, относятся адгезины, ферменты (липазы, протеазы), токсины. Определяя активность липаз и протеиназ у штаммов, выделенных из городских почв, мы определяли степень патогенности или вирулентность сапротрофных микромицетов в условиях городской среды. Изучены фосфолипазная и протеазная активности, а также способность роста культур при 37"С. Способность расщеплять лецитин и образовывать зоны просветления вокруг колоний на 5 сут. роста проявили 86,4 % от общего числа выделенных штаммов, из них 63% - это представители р. Pénicillium. На 10 сут. роста фосфолипазная активность сохранялась у 27 %. Выраженной протеазной активностью обладали 45%, среди них также преобладали представители р. Pénicillium. Выводы о степени вирулентности почвенных микроскопических грибов проводили по суммарному анализу факторов патогенности (Богомолова и др., 2007), на основании чего сделан вывод, что более 50% от общего числа штаммов, выделенных из городских почв, проявляли выраженную ферментативную активность и рост при температуре 37°С (Шумилова, Куимова, 2010).

4.7. Экотоксичность почв методами биотестирования

В ходе биотестирования установлено, что почвы фоновой территории и Первомайского парка не оказывали токсического воздействия на тест-культуры. Почвы рекреационной и селитебно-транспортной зон со средним уровнем загрязнения проявили свою токсичность в отношении двух тест-культур: всхожесть Hordeum vulgare снижалась на 20%, гашение люминесценции бактерий Escherichia coli составило 27%. Почвы промышленной зоны с высоким уровнем загрязнения проявили экотоксичность в отношении используемых тестов-организмов всех трофических уровней. Среди продуцентов численность клеток и замедленная флуоресценция хлорофилла микроводоросли (Scenedesmus quadricaudä) сокращались в среднем на 54%, а всхожесть Н. vulgare снижалась на 25%. Для консументов снижалась выживаемость ракообразных (Daphnia magna) на 25%. Для почв промышленной зоны отмечено острое токсическое воздействие на тест-объекг Е. coli, индекс токсичности более 60 %. Таким образом, в ходе биотестирования, установлено, что почвы со средним, умерено опасным уровнем загрязнения угнетали рост продуцентов (высшие растения, микроводоросли) и редуцентов (бактерий) в среднем на 24%. Почвы с высоким уровнем загрязнения проявляли токсичность в отношении тест-организмов всех трофических уровней. Отклонения показателей от нормы составили: дафнии (25%), высшие растения (25%) < микроводоросли (47%) < бактерии (>60%) (Шумилова, Куимова, 2011).

4.8. Интенсивность почвенного дыхания

Одним из наиболее эффективных индикаторов, диагностирующих загрязнение почв, является интенсивность почвенного дыхания. Методом газовой хроматографии определено почвенное дыхание городских почв в различных функциональных зонах г. Благовещенска. На основании средних значений этого показателя построен ранжированный ряд по степени убывания: рекреационная зона (ср. знач. 0,26 мкМоль/сут.) > селитебно-транспортная зона (0,24) > промышленная зона (0,14). В почвах со средним уровнем загрязнения выявлено незначительное снижение интенсивности дыхания. В промышленной зоне с высоким уровнем загрязнения ТМ интенсивность почвенного дыхания снижалась в два раза относительно фона, что свидетельствует об угнетении почвенных организмов.

Глава 5. Комплексная оценка экологического состояния городских почв на основании результатов биодиагностики и химического анализа

В настоящее время одним из самых сложных вопросов в области практической экологии является экологическое нормирование и экологическая оценка экосистем (Управление качеством..., 2010; Linkov et all., 2006; 2009). В природоохранной российской практике используют 5-уровневую шкалу оценки потери качества окружающей природной среды (ОПС), которую называют шкалой экологического состояния (Критерии оценки..., 1992; Временные методики..., 1999). Шкала имеет два полюса «+» и «-», показано, что почве может быть нанесен вред не только уменьшением значений показателей ее свойств, но и чрезмерным увеличением. За состояние, близкое к экологической норме условно принимают диапазон 1-3 уровней, соответствующих потере качества ОПС до ±30%. В интервале потери качества от ±30% до ±40% находится зона экологического риска ОПС, более + 40% и менее -40% - происходит деградация экосистем, необратимость нарушения функций, экологическое бедствие (Яковлев, Макаров, 2006).

При оценке экологического состояния почв г. Благовещенска нами использованы физико-химические показатели: рН, содержание органического углерода, содержание подвижных форм фосфора и калия. В группе биотических показателей изучены: микологические (общая численность и биомасса микромицетов, число видов, индекс Шеннона, структура сообщества, доля темнопигментированных видов), интенсивность дыхания почв, а также результаты биотестирования. Фоновое значение каждого показателя принимали за 100% и производили пересчет всех показателей относительно фона, т.е. получены относительные значения каждого показателя в процентах. В результате выполненных исследований выявлено, что в рекреационной и селитебно-транспортной зонах происходит увеличение некоторых показателей относительно фона, а в почвах промышленной зоны с высоким уровнем загрязнения показано уменьшение большинства показателей. В связи с этим получены, как положительные, так и отрицательные отклонения относительно фоновых значений. В таблице 2 представлена шкала оценки экологического состояния городских почв. На основании значений потери качества химических и биотических показателей установлено среднее их отклонение от фоновых значений. Показано, что состояние почв рекреационной и селитебно-транспортной зон с низким и средним уровнем загрязнения соответствует экологической норме. Почвы промышленной зоны с высоким уровнем загрязнения находятся в зоне экологического риска с переходом в отдельных точках наблюдения в зону деградации.

Таблица 2

Шкала оценки экологического состояния городских почв_

Показатели, единицы измерения абсолютных величин Фон Отклонение ПС (поте казателей относительно фона ри качества ОПС), %

Рекреационная зона Селитебно-транспортная зона Промышленн ая зона

рН 6,4/100 6,8/106 (6)* 7,3/114(14)* 7,6/119(19)»

Органический углерод, % 2,61/100 4,3/164 (64)» 2,4/91 (-9)* 1,9/73 (-23)»

Подвижный фосфор, мг/кг 304/100 444/146(46)* 252/82(-18)* 129/42 (-56)»

Подвижный калий, мг/кг 188/100 215/114(14)* 296/157 (57)» 152/80 (-20)»

Общая численность микроорганизмов 10'КОЕ/г 29,8/100 25,2/84,5 (-15)» 47/158(58)» 13,1/44 (-56)»

Биомасса грибов, мкг/кг 5,3/100 6,4/121 (21)» 2,3/43 (-57)» 1,5/28 (-62)*

Число видов микромицетов, ед. 10/100 14/140 (40)» 15/150(50)» 6/55 (-45)*

Численность микромицетов, тыс. КОЕ/г 30/100 22/73 (-27)» 39,5/131 (31)» 12/40 (-60)*

Видовое разнообразие по Шеннону I 2,7/100 2,9/107(7)» 3,22/119(19)» 1,8/67 (-33)*

Биотестирование, % - водоросли (численность клеток) - водоросли (замедленная флуоресценция) - дафнии - бактерии о о о о о о о о о о о о о о о о 85/85 (-15)* 117/117(17)» 94/94(-6)* 114/114(14)» 87/87 (-13)» 198/198 (98)» 86/86 (-14)» 118/118(18)» 55/55 (-45)» 85/85 (-15)» 75/75 (-25)* 175/175(75)*

Доля темноокрашенных форм, % 1/100 9/109(9)* 20/120 (20)» 53/153(53)

Интенсивность дыхания почв, мкМ[С021/г х сут. 0,30/100 0,26/87 (-13)* 0,24/80 (-20)» 0,14/47 (-53)*

Среднее отклонение от фона - от-17 до +18 от-15 до+31 от -46 до +39

Состояние экосистем - Экологическая норма (±30%) Переходное состояние от зоны экологическо го риска в зону деградации

Структура сообщества микромицетов - Сохранени е структуры сообществ а Увеличение разнообразия, упрощение структуры Перестройка структуры сообщества

2с, средние значения - 16 25 58

Оценка степени загрязнения почв ТМ - Допустим ый, низкий, (Zc,<16) Средний, умеренно опасный, (Яс,16-32) Высокий, опасный, (Zc,32-128)

Примечание: числитель - значения физико-химических и микробиологических показателей в абсолютных величинах, знаменатель - относительные значения, %; ()* - отклонение показателей от фоновых, %.

ВЫВОДЫ

1. Аэротехногенное состояние г. Благовещенска соответствует допустимому, низкому уровню загрязнения тяжелыми металлами. Основными элементами, загрязняющими воздушную среду города, являются цинк, медь, кадмий. В воздушной среде промышленной зоны присутствует большое число условно патогенных и токсинообразующих грибов, что может представлять потенциальную опасность для здоровья городского населения.

2. Установлено цинк-кадмий-свинцовое загрязнение почвенного покрова г. Благовещенска. Выявлено превышение ПДК подвижных (2-6 раз) и валовых (2,5 раза) форм РЬ в почвах промышленной зоны, а также подвижных форм 7.п (2,3 раза) - в почвах селитебно-транспортной зоны.

3. Выявлены зоны загрязнения и ореолы рассеивания тяжелых металлов. Зона с высоким, опасным уровнем загрязнения формируется в центре города и простирается от ТЭЦ в северо-западном направлении по розе ветров, а также на правом берегу р. Зея в северовосточной части города. Почвы рекреационной и большей части селитебно-транспортной зон имеют средний, умеренно опасный уровень загрязнения. Допустимый, низкий уровень загрязнения установлен в почвах, расположенных в северо-западной части города.

4. Оценка экологического состояния городских почв показала: состояние почв рекреационной и селитебно-транспортной зон с допустимым и умерено опасным уровнями загрязнения соответствует экологической норме. Почвы промышленной зоны имеют высокий, опасный уровень загрязнения и находятся в зоне экологического риска с переходом в отдельных точках наблюдения в зону деградации.

5. Составлен список видов почвенных микромицетов, показана зависимость таксономической структуры сообщества от степени загрязнения почв тяжелыми металлами. В почвах со средним, умерено опасным уровнем загрязнения грибы находятся в стрессовом состоянии: увеличивается разнообразие, преобладают редкие и случайные виды. При высоком, опасном уровне загрязнения почв сокращается численность, видовое разнообразие, происходит перестройка таксономической структуры микобиоты.

6. С увеличением техногенной нагрузки возрастает доля темноокрашенных форм, в почвах с высоким уровнем загрязнения их число превышает 50%. Составлен список условно патогенных и фитопатогенных видов, доля которых в городских почвах достигает 30% от общего числа видов. Установлено увеличение ферментативной активности микромицетов, более 50% от общего числа выделенных штаммов проявили выраженную протеазную и фосфолипазную активности, что свидетельствует об увеличении вирулентности грибов в условиях городской среды.

7. Показана информативность методов биотестирования в оценке качества городских почв. Почвы с умерено опасным уровнем загрязнения угнетали рост продуцентов (высшие растения, микроводоросли) и редуцентов (бактерии) в среднем на 24%. Почвы с опасным уровнем загрязнения угнетали тест-культуры всех трофических уровней более чем на 50%.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах:

1. Куимова Н.Г., Шумилова Л.П., Павлова Л.М. Оценка экологического состояния почв города Благовещенска // Вестник РУДН: Серия экология и безопасность жизнедеятельности 2008 № 3 С. 38-49.

2. Куимова Н.Г., Шумилова Л.П. Условно патогенные грибы как показатель санитарного благосостояния городской среды // Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т. 11. С 1160-1163.

3. Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Микроскопические грибы как показатель экологического состояния городской среды // Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2010. № 1. С. 79-80.

4. Котельникова И.М, Куимова Н.Г., Павлова Л.М., Сергеева А.Г., Шумилова Л.П. Полициклические ароматические углеводороды в твердых частицах снежного покрова, как показатель загрязнения городской атмосферы // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13 (39). № 1 (6). С. 1341-1347.

Работы, опубликованные в материалах научных конференций:

5. Куимова Н.Г., Шумилова Л.П. Потенциально патогенные грибы в антропогенно нарушенных экосистемах // Материалы 2 международной научной конференции. Современные проблемы регионального развития. Биробиджан: ИКАРП ДВО РАН, 2008. С. 118-119.

6. Куимова Н.Г., Шумилова Л.П. Мониторинг загрязнения окружающей среды // Материалы межрегиональной научно-практической конференции. Регионы нового освоения: экологические, проблемы, пути решения. Хабаровск: ДВО РАН, 2008. Кн. 1. С. 118-121.

7. Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Оценка экологического состояния почв города Благовещенска // Материалы IX региональной научно-практической конференции. Молодежь XXI в.: Шаг в будущее. Благовещенск: Изд. ДальГАУ, 2008. Ч. 4. С. 206-207.

8. Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Микроскопические грибы в условиях городской среды // Сборник статей XI международной научно-практической конференции. Города России: проблемы

строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии. Пенза: РИО ПГСХА, 2009. С. 177-180.

9. Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Фитотоксичность почв и микромицетов как индикатор степени загрязнения городской среды // Сборник статей VI международной научно-практической конференции. Окружающая среда и здоровье. Пенза: РИО ПГСХА, 2009. С. 217-220.

Ю.Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Реакция микроскопических грибов на воздействие тяжелых металлов // Сборник материалов. Экологическая безопасность и современные технологии. Миасс: Изд. Центр ЮУрГУ, 2009. С. 393-397.

П.Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Влияние токсичных металлов (РЬ, С(3) на микроскопические грибы II Сборник трудов. XII Всероссийская молодежная школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии. Владивосток: ДВО РАН, 2009. С. 83.

12.Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Эколого-геохимическая оценка состояния городской среды // Материалы XI региональной научно-практической конференции. Молодежь XXI в.: Шаг в будущее. Благовещенск: Изд. ДальГАУ, 2010. Ч. 4. С. 248-250.

13.Шумилова Л.П., Куимова Л.П. Микроскопические грибы в условиях города и их возможное воздействие на человека // Сборник научных трудов РУДН. Актуальные проблемы экологии и природопользования: М.: ИПЦ «Луч», 2010. С. 181-184.

14.Павлова Л.М., Котельникова И.М., Шумилова Л.П., Леусова Н.Ю., Сергеева А.Г. Биоиндикационные исследования в промышленных и парковых ландшафтах г. Благовещенска // Сборник докладов Всероссийской научной конференции. Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии. Благовещенск: ИГиП ДВО РАН, 2010. С. 194-197.

15.Котельникова И.М., Куимова Н.Г., Павлова Л.М., Шумилова Л.П., Сергеева А.Г. Полициклические ароматические углеводороды в снежном покрове г. Благовещенска // Сборник статей IX Международной научно-практической конференции. Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России. Пенза: РИО ПГСХА. 2011. С. 59-63.

16. Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Микроскопические грибы как индикаторы загрязнения городских почв тяжелыми металлами (на примере г. Благовещенска) // Материалы международной конференции «Окружающая среда и человек: друзья или враги?». Пущино, 2011. С. 45-49.

П.Шумилова Л.П., Куимова Н.Г. Методы биоиндикации и биотестирования в оценке экологического состояния городских почв // Сборник докладов Амурской научно-практической конференции «М.В. Ломоносов - великий русский ученный-энциклопедист». Благовещенск: Изд. БГПУ. 2011. С. 108-114.

Шумилова Людмила Павловна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ г. БЛАГОВЕЩЕНСКА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 16.03.2012 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. - 1,0. Усл.-п.л. - 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 57.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Шумилова, Людмила Павловна, Благовещенск

61 12-3/771

Амурский филиал ФГБУН Ботанического сада-института ДВО РАН ФГБУН Институт геологии и природопользования ДВО РАН

На правах рукописи

ШУМИЛОВА ЛЮДМИЛА ПАВЛОВНА

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И ВОЗДУШНОЙ!

СРЕДЫ г. БЛАГОВЕЩЕНСКА

03.02.08-экология

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

\

Научный руководитель: Куимова Н.Г., к.б.н., доцент

!

Благовещенск - 2012

СОКРАЩЕНИЯ

A.b. - автовокзал.

АмГУ - Амурский государственный университет. А.р. - авторынок. Астрах. - Астрахановка. Б.с. - Ботанический сад.

Б.Хм.-Р. - перекресток ул. Б. Хмельницкого-Рабочая. Гражд. - перекресток ул. Гражданская-50 лет Октября. ГП - Городской парк.

ГХ-МС - газовая хроматография-масс-спектрометрия.

К.-Окт. - перекресток ул. Октябрьская-Калинина.

К.-Шим. - перекресток ул. Конная-Шимановского.

КОЕ - колониеобразующая единица.

М - кольцевая автомагистраль в микрорайоне.

ОДК - ориентировочно допустимые концентрации.

ОПС - окружающая природная среда.

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды.

ПДК - предельно допустимые концентрации.

ПП - Первомайский парк.

1JÜL1K - почвенно поглощающий комплекс.

Сорг. - органический углерод.

Суд. - судоверфь.

Р.д. - городской роддом.

ТМ - тяжелые металлы.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................. 10

1.1. Понятие городских экосистем...............................................10

1.1.1. Динамика развития городов............................................... 10

1.1.2. Экологические проблемы городской среды............................13

1.2. Почвы урбанизированных территорий.....................................15

1.2.1. Классификация городских почв России................................ 18

1.3. Комплексы микроорганизмов в компонентах городской среды..... 21

1.4. Тяжелые металлы как основной фактор загрязнения..................27

1.4.1. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую

среду.................................................................................. 28

1.4.2. Загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами......... 29

1.4.3. Влияние тяжелых металлов на организмы............................. 30

1.4.4. Формы нахождения металлов в природных средах.................. 32

1.4.5. Загрязнение городских экосистем тяжелыми металлами............37

1.5. Биоиндикация и биотестирование состояния городских экосистем..............................................................................41

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..............47

2.1. Характеристика района исследования.................................... 47

2.2. Методика отбора образцов для эколого-геохимических

и микробиологических исследований..........................................49

2.3. Химические методы исследования........................................ 54

2.3.1. Определение физико-химических показателей почв................ 54

2.3.2. Определение валовых, подвижных и кислоторастворимых форм тяжелых металлов в природных средах........................................ 54

2.4. Эколого-геохимические методы исследования...........................55

2.5. Микробиологические методы исследования.............................56

2.5.1. Определение активности почвенного дыхания........................56

2.5.2. Изучение состава микробных сообществ почв........................56

2.5.3 Выделение и идентификация микромицетов...........................57

2.5.4. Характеристика комплекса микроскопических грибов..............58

2.6. Токсикологические методы исследования............................... 59

2.6.1. Биотестирование почв с использованием стандартизованных тест-культур.......................................................................... 59

2.6.2. Определение фитотоксичности чистых культур микромицетов.. .61

2.6.3. Определение вирулентности грибов.................................... 62

2.7. Статистическая обработка данных........................................ 63

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ

КОМПОНЕНТОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ (снег, почва).................64

3.1. Оценка аэротехногенного загрязнения урбанизированной территории

по состоянию снежного покрова.................................................64

3.1.1. Физико-химическая характеристика снега............................. 65

3.1.2. Содержание основных породообразующих элементов

в нерастворимом осадке снеговой воды.........................................68

3.1.3. Растворимые формы тяжелых металлов............................... 71

3.1.4. Минеральные формы тяжелых металлов в составе твердого осадка..................................................................................73

3.1.5. Зонирование территорий на основании результатов эколого-геохимического исследования снежного покрова........................... 75

3.1.5.1. Зоны моноэлементного аэротехногенного загрязнения

г. Благовещенска.....................................................................75

3.1.5.2. Техногенные зоны полиэлементного загрязнения и ореолы

рассеяния тяжелых металлов................................................... 80

3.2. Эколого-геохимическая оценка состояния почв г. Благовещенска.. 82

3.2.1. Физико-химическая характеристика городских почв................83

3.2.2. Степень загрязнения городских почв тяжелыми металлами....... 87

3.2.2.1. Подвижные формы тяжелых металлов............................... 87

3.2.2.2. Минеральные формы тяжелых металлов в городских почвах... 90

3.2.2.3. Выявление зон моноэлементного загрязнения почвенного покрова г. Благовещенска...................................................................................92

3.2.2.4. Оценка техногенного загрязнения почв г. Благовещенска

на основании показателей суммарного загрязнения........................ 94

ГЛАВА 4. ИНДИКАЦИОННАЯ ЗНАЧИМОСТЬ БИОТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМ..................................................................... 97

4.1. Особенности микологического состава снежного покрова........... 97

4.1.1. Численность микроорганизмов в снежном покрове..................97

4.1.2. Разнообразие и таксономическая структура микромицетов

в снежном покрове.......................................................................................98

4.2. Разнообразие и таксономическая структура микробных сообществ

в почвах г. Благовещенска........................................................ 102

4.2.1. Общая численность микроорганизмов................................. 102

4.2.2. Видовой состав бактериальных сообществ городских почв....... 104

4.2.3. Биомасса микроскопических грибов в почвах разных функциональных зон города......................................................106

4.2.4. Разнообразие и таксономическая структура сообщества почвенных микромицетов....................................................................... 107

4.2.4.1. Видовой состав почвенных микромицетов.......................... 108

4.2.4.2. Таксономическая структура комплекса почвенных микромицетов........................................................................ 113

4.3. Индексы видового разнообразия микромицетов........................124

4.4. Темноокрашенные формы микроскопических грибов................ 126

4.5. Условно патогенные и фитопатогенные виды микромицетов

в городских почвах................................................................ 127

4.6. Вирулентность сапротрофных микроскопических грибов, выделенных из городских почв....................................................................130

4.7. Интенсивность почвенного дыхания...................................... 132

4.8. Изучение экотоксичности почв методами биотестирования..........133

4.9. Определение токсинообразующей способности грибов в условиях загрязнения тяжелыми металлами............................................... 135

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ ПОЧВ НА ОСНОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ БИОДИАГНОСТИКИ И

ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА.................................................. 139

ВЫВОДЫ.............................................................................146

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................148

I

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большую тревогу вызывает состояние урбанизированных экосистем, крайне неустойчивых и утративших способность к самовосстановлению (Почва..., 1997; Герасимова, 2003). Последствиями процесса урбанизации является увеличение количества поллютантов, поступающих в окружающую среду, среди которых к приоритетным загрязнителям городских экосистем относятся тяжелые металлы (ТМ).

Ввиду недостаточности санитарно-гигиенических нормативов,

I

основанных на химических методах определения загрязняющих веществ, большое внимание исследователей обращено на разработку биотической концепции экологического контроля качества природных и техногенных экосистем (Воробейчик и др., 1994; Левич, 1994; Linkov et all., 2009). В последние годы исследования в области биологического контроля переживают период активного развития, так как именно биотические показатели могут дать информацию о состоянии биоценозов. В системе биологической оценки (биодиагностики) условно выделяют два направления - биоиндикацию и биотестирование, которые в совокупности позволяют ставить более точный «диагноз» экосистеме (Израэль, Цыбань, 1989; Скирина, Качур, 1991; Мелехова, Егорова, 2007). Биотестирование основано на использовании стандартизованных тест-культур, а в качестве биоиндикаторов могут выступать различные живые организмы в природных условиях {in situ). Одним из перспективных тест-объектов для биоиндикации являются микроскопические грибы, которые наиболее динамично и быстро реагируют на изменения, происходящие в среде обитания. Воздействие токсикантов на микромицеты можно проследить на всех уровнях организации (организменном, популяционном, ценотическом) (Терехова, 2007). Адаптивная реакция микромицетов к техногенному воздействию ТМ чаще всего становится неблагоприятным фактором воздействия на растения и человека - увеличивается

численность токсичных, условно патогенных и фитопатогенных видов (Марфенина, 2005; ТегекЬюуа, 2007). В связи с этим изучение биоиндикационной значимости микологических показателей покажет потенциальную возможность их использования для прогноза трендов техногенного загрязнения городской среды. Цель работы - оценка экологического состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска, I основанная на комплексном сочетании химических, биологических и эколого-геохимических методах исследования. Задачи:

1. Выполнить эколого-геохимическую оценку состояния почв и воздушной среды г. Благовещенска, установить основные зоны загрязнения и ореолы рассеяния ТМ.

2. Выявить индикационную значимость микологических (численность, разнообразие, структура микробных комплексов) и других биотических (почвенное дыхание) показателей в оценке состояния I городских почв.

3. Исследовать экотоксичность почв методами биотестирования с использованием стандартизованных тест-культур.

4. Выполнить оценку экологического состояния воздушной среды и почв г. Благовещенска на основании результатов биодиагностики и эколого-геохимических исследований.

Научная новизна. Впервые, на примере г. Благовещенска, использован комплексный подход в оценке экологического состояния урбанизированных экосистем юга Дальнего Востока. Изучено , аэротехногенное загрязнение городской среды по состоянию снежного покрова, проведена эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения городских почв ТМ, на основании чего составлены карты, показывающие основные зоны загрязнения и ореолы рассеивания ТМ на территории г. Благовещенска. Впервые изучено разнообразие микромицетов в почвах г. Благовещенска, составлен общий список видов,

а также список условно патогенных и фитопатогенных форм. Показана зависимость разнообразия и таксономической структуры комплекса микромицетов от степени загрязнения природных сред. Установлена биоиндикационная значимость биотических показателей, которые являются информативными при оценке экологического состояния городских почв.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования экологической обстановки городской среды на локальном и региональном уровнях, а также для решения прикладных задач: архитектурно-планировочных и рекреационных на территории города. В работе представлен список видов микроскопических грибов, имеющих потенциальную опасность для человека, эти данные представляют интерес для специалистов в области аллергологии, патологии органов дыхания при выявлении этиологии заболеваний. Результаты исследований представлены в отчетах НИР АФ БСИ ДВО РАН, ИГиП ДВО РАН (Отчет..2009), а также могут быть рекомендованы для чтения лекционного курса «Биодиагностика и экологическая оценка природных сред» для студентов экологических специальностей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. На территории г. Благовещенска формируются две зоны с опасным уровнем техногенного загрязнения, основными источниками которого являются предприятия топливно-энергетического комплекса и автотранспорт. Одна зона расположена в центре города и простирается от ТЭЦ в северо-западном направлении по розе ветров, вторая - на правом берегу р. Зея в северо-восточной части города. Почвы парковой и большей части селитебно-транспортной зон имеют умеренно опасный уровень загрязнения. Основными элементами, загрязняющими городскую среду, являются РЬ, Хп, Си, Сё.

2. Наибольшую информативность в оценке экологического состояния городской среды методы биоиндикации (индекс разнообразия,

таксономическая структура комплекса микромицетов, доля темноокрашенных, условно и фитопатогенных форм, интенсивность почвенного дыхания) и методы биотестирования приобретают при умерено опасном и опасном уровнях загрязнения почв. 3. Методология комплексного подхода с использованием результатов эколого-геохимических исследований и методов биодиагностики дает объективную оценку качества городской среды и состояния городских экосистем. Почвы с допустимым и умеренно опасным уровнями загрязнения соответствуют экологической норме. Городские почвы с опасным уровнем загрязнения находятся в зоне экологического риска с переходом в зону деградации.

Благодарности. Автор выражает глубочайшую признательность своему научному руководителю к.б.н., доценту Н.Г. Куимовой (АФ БСИ ДВО РАН) за ценные советы и помощь при выполнении всех этапов исследований, анализе и интерпретации полученных результатов. Автор благодарит д.б.н., профессора В.А. Терехову (ЛЭТАП, МГУ), к.б.н. A.B. Александрову (кафедра микологии и альгологии, МГУ), к.г.н. И.Г. Борисову (АФ БСИ ДВО РАН), а также всех сотрудников лаборатории биогеохимии (ИГиП ДВО РАН), лаборатории экотоксикологического анализа почв (ф-т почвоведения, МГУ) за консультативную помощь и поддержку.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Понятие городских экосистем

Урбанизация - это исторический процесс повышения роли городов в жизни общества, связанный с концентрацией и интенсификацией промышленной деятельности в них, сопровождается неуклонным увеличением городского населения и сосредоточением на сравнительно небольших территориях значительного производственного потенциала общества (Почва..., 1997; Коробкин, Передельский, 2008).

В процессе урбанизации формируется урбоэкосистема - природно-городская среда, состоящая из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промзонами, автодорогами и т.д., крайне неустойчивая, постоянно испытывающая мощное комплексное антропогенное воздействие, при этом утратившая способность к самовосстановлению (Куличева и др., 1996; Почва..., 1997; Строганова и ДР., 1997).

В настоящее время ведется интенсивная разработка теоретических основ учения об урбосистемах. Исследуются геохимические принципы эколого-географической систематики городов, основанные на количественных и качественных показателях, характеризующих природную и техногенную ситуацию (количество выбросов, стоков, уровни загрязнений), составляются карты загрязнения городской территории в зависимости от наличия загрязняющих веществ и т.д. (Почва..., 1997; Курбатова, Башкин, 2004; Коробова, 2005; Росликова, 2006).

1.1.1. Динамика развития городов

Стремительное увеличение населения городов началось с наступлением индустриальной эпохи, многие жители из деревень стремились перебраться в крупные города. В XIX веке рост промышленных городов стал массовым, однако именно XX век считается

веком урбанизации. Об этом свидетельствуют следующие данные: в 1900 году в городах проживало 13 % населения, к концу века это было уже 47 % (табл. 1) (Chandler, 1987; Гутнов, Глазычев, 1990; Иванов, 2007).

Таблица 1

Численность жителей городов

Год Число жителей городов (млн.) Число жителей городов от общего населения Земли (%)

1900 220 13

1950 736,796 29,1

1960 996,298 32,9

1970 1 331,783 36

1980 1 740,551 39,1

1990 2 274,554 43

2000 2 853,909 46,6

2005 3 164,635 48,6

В настоящее время уже более половины жителей планеты проживает в городах, что занимает 1% площади суши (Казанцев, Светуньков, 2004). Исследователи утверждают, что если существующая тенденция продолжится, то население городов будет удваиваться каждые 38 лет.

Современные города делятся на малые (до 50 тысяч жителей), средние (50-100 тысяч), большие (100-250 тысяч), крупные (250-500 тысяч), крупнейшие (500 тысяч-1 миллион) и города-миллионеры (свыше 1 миллиона жителей). У многих крупных городов возникают города-спутники. Часто города и города-спутники объединяются, образуя агломерации, которые могут быть объединены в мегалополисы.

В России статус города определяется законодательством субъектов. При этом выделяют два типа городов: регионального (областного, краевого, республиканского и т.д.) и районного значения. Так, например, в Волгоградской области для признания населенного пункта городом районного значения необходим�