БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ГОРОДСКОЙ И УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ РАЗЛИЧНЫХ ТЕСТ-ОБЪЕКТОВ

IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ГОРОДСКОЙ И УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ РАЗЛИЧНЫХ ТЕСТ-ОБЪЕКТОВ

Кузьмин Е.С. 1, 0
Киселева Светлана Михайловна 1, 0
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение

Почвы являются важнейшей составляющей экосистем, выполняя в них большое разнообразие структурных и экологических функций. В силу выраженной концентрационной и буферной способности почв им присуще свойство накапливать в своём составе различного рода вещества в норме активно включаемые в экосистемные процессы. В этом проявляется регуляторное воздействие почвы на живую составляющую экосистем и в свою очередь обратной влияние на почвы со стороны биоценозов.

В настоящее время большое внимание уделяется оценке и охране окружающей среды в рамках антропоэкосистем. Выраженная инвазивность многих видов хозяйственной деятельности человека в местах его производства и проживания приводит к многообразным негативным последствиям, ярко проявляющимся и на почвах. В силу необходимости поддержания экологического равновесия в окружающей человека среде, происходящие в антропогенных и урбанистических системах процессы требуют анализа и контроля, важным направлением из которых являются почвенно-экологические исследования. Их цель – выявить многообразие, направленность и характер антропогенно обусловленных процессов в почвах антропо и урбаноэкосистем и оценить их экологического состояния. Среди доступных способов установления экологического состояния почв выделяются различные методы биотестирования, достаточно доступные и в рамках школьных экологических исследований.

Актуальность работы

Доступность большинства методов биоиндикации позволяет при относительно небольших временных и материальных затратах достаточно достоверно оценивать экологическое состояние почв, позволяет судить о степени их загрязнённости и создаёт основу для частного экологического мониторинга в пределах городских районов и антропогенно изменённых пригородных территорий. Это предполагает и оценку сопоставимости результатов различных индикационных методов в сложной совокупности факторов среды.

Гипотеза

Различные методы биотестирования почв должны обладать достаточно сходными индикационными возможностями

Цель работы

Оценить индикационные и разрешающие способности различных методов биотестирования почв антропогенных и урбанизированных территорий в пределах Устиновского района г. Ижевска.

Задачи:

  1. Провести эксперименты по биоиндикации почв, собранных в условиях антропогенно изменённой среды с применением различных тест-объектов и методик: выращивания почвенных водоросли, определения целлюлозоразрушающей способности почв и с использование кресс-салата.

  2. Обработать полученные результаты и сделать вывод по сопоставимости индикационных методов и их разрешающей способности.

1. Литературный обзор 1.1 Почва, её структура и характеристики

Почвой называется поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельным природным образованием. Важнейшим свойством почвы является плодородие - способность обеспечивать рост и развитие растений. Почва является гигантской экологической системой, оказывающей, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли. Посредством почвы - важнейшего компонента биоценозов - осуществляются экологические связи живых организмов с литосферой, гидросферой и атмосферой.Основателем научного почвоведения является выдающийся русский ученый В.В. Докучаев, который раскрыл сущность почвообразовательного процесса.

К факторам почвообразования относятся материнские (почвообразующие) породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, время, вода (почвенная и грунтовая) и хозяйственная деятельность человека. Развитие почвы неразрывно связано с материнской породой. Образование рыхлой почвенной массы связано как с процессами химического выветривания, так и с биологическими - образованием специфических органических веществ (гумуса или перегноя) под воздействием растений.

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента:

- минеральная основа (обычно 50 - 60% общего состава почвы);

- органическое вещество (до 10%);

- воздух (15 - 25%);

- вода (25 - 35%);

Важнейшей характеристикой почвы является её почвенный профиль, представляющий собой совокупность генетически сопряжённых и закономерно сменяющихся почвенных горизонтов, на которые расчленяется почва в процессе почвообразования. Основными почвенными горизонтами являются следующие:

Органогенный, характеризующийся биогенным накоплением органического вещества. Включает подстилку (А0) и гумусовый (дерновый) горизонт (А1).

Элювиальный, характеризующийся выносом органических или минеральных компонентов. Включает подзолистый горизонт (А2).

Иллювиальный (В), характеризующийся накоплением (вмыванием) вынесенного из элювиального горизонта вещества.

Подпочвенный (С). Образован материнской породой, из которой образовалась почва.

Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины. Химизм почв частично определяется минеральным скелетом, частично - органическим веществом. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве кристаллическими структурами. Преобладающими почвенными минералами являются силикаты. Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа глинистых минералов, большинство из которых образуют в воде коллоидную суспензию. Каждый кристалл глинистого минерала содержит слои силиката, объединенные со слоями гидроксида алюминия, обладающими постоянным отрицательным зарядом, который нейтрализуется катионами, адсорбированными из почвенного раствора. Благодаря этому катионы не выщелачиваются из почвы и могут обмениваться на другие катионы из почвенного раствора и растительных тканей. Эта катионообменная способность служит одним из важных индикаторов плодородия почвы.

Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей, экскретов и фекалий. Основное значение в этом процессе играет разложение растительных остатков. Конечным продуктом разложения является гумус, находящийся в коллоидном состоянии, подобно глине, и обладающий большой поверхностью частиц с высокой катионообменной способностью. Одновременно с образованием гумуса, жизненно важные для растений и других организмов прототрофного типа питания элементы переходят из органических соединений в неорганические, например азот в ионы аммония, фосфор в ортофосфат-ионы, сера в сульфат-ионы. Этот процесс называется минерализацией. Углерод высвобождается в виде углекислого газа в процессе дыхания.Почвенный воздух, так же как почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность (объем пор) возрастает в ряду от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, и в результате этого воздух обеих сред имеет сходный состав, но в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше диоксида углерода.

Почвенные частицы удерживают вокруг себя некоторое количество воды, которая подразделяется на три типа:- гравитационная вода, способная свободно просачиваться вниз сквозь почву, что ведет к выщелачиванию, то есть вымыванию из почвы различных минеральных веществ;- гигроскопическая вода, адсорбирующаяся вокруг отдельных коллоидных частиц за счет водородных связей и являющаяся наименее доступной для корней растений. Наибольшее содержание ее в глинистых почвах;- капиллярная вода, удерживаемая вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения и способная подниматься по узким порам и канальцам от уровня грунтовых вод и являющаяся основным источником воды для растений (в отличие от гигроскопической она легко испаряется) [8].

1.2 Экологические функции почвы

Почвы представляют собой важнейший компонент наземных экосистем и характеризуют особую среду жизни и трансформации вещества и энергии – педосферу. Педосфера тесно связана с такими оболочками Земли как гидросфера, литосфера и приземная атмосфера. Совокупность всех перечисленных оболочек Земли образует её биосферу. Перечислим основные экологические свойства почвы, которые проявляются ею в экосистемах и биосфере в целом.

1. Почва как жизненное пространство.

В наше время, почва служит жизненным пространством для многих животных. Достаточно сказать, что почти половина всех типов животных живёт в почве. Из беспозвоночных здесь живут простейшие, плоские и круглые, кольчатые, немертины, моллюски, тихоходки, первично-трахейные, членистоногие. Позвоночные почвенные животные представлены амфибиями, рептилиями, млекопитающими.С почвой тесно связана подавляющая часть растений, где проходит ранний цикл их развития, а во взрослом состоянии с почвой непосредственно контактируют их подземные органы. Органическое вещество корней колеблется от 20-30 до 90 % по отношению к общей фитомассе. Почву как среду обитания активно используют различные микроорганизмы, а также бактерии, актиномицеты, грибы, в меньшей степени водоросли. Наиболее многочисленной и разнообразной группой являются бактерии. 50 родов и 250 видов. Наибольшее кол-во микроорганизмов приурочено, как правило, к верхним гумусированным и хорошо прогреваемым горизонтам.

2. Почва как жилище и убежище.

Наряду с организмами, чья жизнедеятельность непосредственно протекает в почве, как среде обитания, многие жизненные формы, живущие или добывающие пищу на поверхности земли, используют почву, как временное, но крайне необходимое на это время убежище или жилище. Способность почвы выполнять функцию жилища, связана прежде всего с тем, что температура и влажность воздуха в ней подвержены значительно менее резким колебаниями, чем на поверхности земли. Подземные жилища грызунов могут иметь сложное устройство. Размеры нор могут различаться от 9 м. у суслика, до 15-20 м. у сурка (вглубь до 8 м). Пространство, занимаемое подземными сооружениями животных, может быть значительно: 1/3 всей площади леса у кротов, до 15 % объёма 10-см слоя почвы.

3. Опорная функция почвы.

Благодаря этой функции растения могут сохранять вертикальное положение, быть устойчивыми к ветровалам и противодействовать силе тяжести. Главный способ пространственной фиксации – закрепление их в почве с помощью корней, которые образуют многочисленные разветвления. В районах распространения вечной мерзлоты на почвах, отличающихся слабой связанностью, часто растёт «пьяный лес». В таких условиях особенно неблагоприятным оказывается нерациональное антропогенное воздействие на ландшафт. Например: пожары в лиственничных редколесьях часто губительны для дальнейшего произрастания лесов. Они наиболее опасны, когда возникают на участках, сложенных суглинками с большим количеством подземных жильных льдов. Влияние опорной функции на рост и расселение растений отчётливо сказывается в горных породах. Здесь, особенно в местах выхода скальных пород, а также на участках интенсивного осыпания грунта, развитие растительности часто лимитируется неблагоприятными механическими свойствами почвы, которая нередко оказывается не в состоянии служить надёжной опорой для многих видов.Опорная функция почв проявляется и по отношению к животным, обитающим в ней и живущим на поверхности. Одно из условий расселения ряда почвенных обитателей (сусликов) наличие достаточно плотных, не осыпающихся при рытье почв, обеспечивающих хорошую сохранность ходов и гнездовых камер грызунов. Поэтому в аридных районах суслики предпочитают строить норы на солонцеватых и солонцовых землях. 4. Функция сохранения и депо семян и других зачатков.

Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания многочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки. На поверхности почвы и в свежемопаде перезимовывают семена высших растений, с тем, чтобы на будущий год дать новое потомство. В почве долгое время сохраняются цисты, споры и яйца беспозвоночных. Дождевые черви откладывают яйца в кокон, образуемый из слизистых выделений кожных желез. Благодаря отсутствию резких перепадов температуры и влажности в почве коконы хорошо сохраняются.Срок хранения семян в почве может достигать ряда лет (десятки и сотни). Наличие предпосылок для сохранения в почве зачатков организмов приводит к их накоплению, в результате чего почва начинает выполнять функцию депо семян и других зачатков. Некоторые исследования позволяют утверждать, что данная функция играет важную роль во многих биогеоценотических процессах, а её изучение помогает полнее понять жизнь и динамику экосистем суши.

5. Химические и биохимические функции почвы.

Питательные элементы почвы имеют решающую роль создании биологической продукции и возможности роста большинства растений. Из почвы помимо воды, растения получают азот (аммонийный и нитратный), фосфор (моно- и ди-), калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден, бор, цинк и другие элементы. Взаимообусловленность почв и характерных для них фитоценозов определяет , как правило, оптимальный уровень концентрации химических элементов в почвах, определяющий устойчивость типов и состава растительного покрова. 6. Почва как депо влаги, элементов питания и энергии.

Сущность этой функции состоит в том, что почва имеет резерв данных компонентов, который используется организмами при расходовании наиболее легкодоступных запасов. Почвенное депо образуют соединения, законсервированные в аморфных, кристаллических формах и коагулированных гумусовых кислотах, подвижные соединения и влага, находящиеся в глубоких горизонтах и др.Наличие депо обеспечивает существование организмов, несмотря на периодически возникающие перерывы в поступлении в почву влаги, растительного опада и удобрений.В случае, когда почвенное депо невелико, в снабжении организмов часто наступают перебои. На таких почвах могут существовать в основном виды, приспособленные к резким колебания гидротермического и пищевого режимов. Примером почв со слаборазвитым депо являются таёжные почвы, сформировавшиеся на кварцевых песках, на которых произрастает неприхотливая сосна обыкновенная.

7. Почва как стимулятор и ингибитор биохимических процессов.

Данная функция почвы обусловлена тем, что в неё поступают разнообразные продукты метаболизма растений, микробов, животных которые могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность живых организмов.В настоящее время накоплен значительный материал по взаимному влиянию живых организмов посредством поступающих в почвенную и воздушную часть биогеоценоза метаболитов. В качестве примера можно привести почвоутомление, когда почвы снижают свою продуктивность несмотря на достаточное количество в них элементов питания и благоприятные климатические условия. Обычно это происходит при возделывании монокультуры. Причиной почвоутомления могут выступать специфические патогенные микроорганизмы, паразитирующие на определённых видах растений. В ряде случаев оно связано с увеличением засорённости посевов сорняками и ухудшением водно-воздушного режима почвы.Нередко отмечается угнетение растений под действием корневых выделений. Угнетение одного вида другим неоднократно наблюдалось у лесных насаждений. Выделение определённых растений могут влиять на развитие других растительных организмов не только отрицательно, но и положительно. Так, при исследовании взаимоотношений древесных пород установлено положительное влияние на дуб выделений липы мелколистной и клёна остролистного. Отмечено также положительное биохимическое взаимовлияние сосны и лиственницы. Часто наблюдается и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим корневым выделениям: конопля, картофель, пшеница, ячмень, кукуруза не проявляют признаков самоотравления. Индифферентны к выделениям друг друга дуб и ель.Примером влияния метаболитов на пищевой режим почвы может служить усвоение элементов питания из нерастворимых органических веществ под действием внеклеточных ферментов растений и микроорганизмов. Кроме того, корни растений выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую, янтарную и др.), с помощью которых происходит растворение и усвоение ряда минеральных соединений из почвы. Давно известно под воздействием выделений живых организмов может изменяться рН почвенных растворов. Например, общеизвестен подкисляющий эффект корневых систем хвойных растений.

8. Физико-химические функции почвы.

Основной механизм данной функции почв – адсорбция коллоидами почвы газов, жидкостей, особенно воды, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями. Имеет место также механическое задержание в порах части суспензий и эмульсий и химическое поглощение их почвой при образовании нерастворимых соединений. Выделяют и биопоглотительную способность – удержание элементов корневыми системами и почвообитающими животными. Наибольший интерес представляет адсорбция, размах которой обусловлен огромной активной поверхностью мелкозёма. Поглотительная способность почв в наибольшей степени зависящая от дисперсности материала, заметно возрастает при утяжелении механического состава почвы. Она существенно зависит и от вещественного состава почвенных коллоидов – от соотношения органического и минерального компонентов и природы глинистых материалов.Благодаря сорбционной функции возможна жизнь не только на богатых, но и на бедных по составу почвах. Так сосновые леса, произрастающие на бедных кварцевых песках, обеспечиваются большим количеством соединений, поступающих с атмосферными осадками и пылью, которые удерживаются почвенными растворами. Сорбционная функция почв может давать и отрицательные эффекты: во многих почвенных разностях происходит связывание элементов в малодоступные формы, что значительно снижает эффективность удобрений. Почвы могут также переводить значительное количество воды в труднодоступное состояние (мёртвый запас влаги). Особенно значительные её запасы бывают на почвах тяжёлого гранулометрического состава.Среди конкретных способов оптимизации почвенно-поглощающего комплекса следует назвать известкование кислых почв, содержащих повышенное количество обменного водорода и алюминия, гипсование солонцовых почв, обогащение почв гумусом путём внесения навоза, зелёных удобрений, травосеяния, внесения глины, сапропелевого ила, торфа, повышенных доз навоза в песчаные почвы. Наиболее плодородные почвы страны – чернозёмы, пойменные луговые и лугово-дерновые – характеризуются благоприятным составом почвенно-поглощающего комплекса с содержанием обменного кальция до 70-80 %. При рассмотрении почвенного поглощения следует обратить внимание на то, что проявление сорбционной функции вызывает ряд нежелательных явлений в случае загрязнения ландшафтов промышленными отходами, сточными водами и ядохимикатами. Попавшие в почву вредные соединения и элементы часто удерживаются ею долгие годы.Городские отбросы и сточные воды, применяемые для удобрения, оказывают неблагоприятные влияния на качество урожая и затрудняют их использование в сельском хозяйстве, несмотря на богатство элементами.В случае радиоактивных выпадений из атмосферы часть их задерживается на растениях, часть попадает в почву. Интенсивность поступления радионуклидов в растения из почвы обычно меньше, чем при непосредственном загрязнении воздушным путём, что связано с их закреплением мелкозёмом. Однако роль почвенного источника радионуклидов может возрастать при многократном их поступлении на поверхность почвы. В этом случае загрязнение сельхозпродукции будет пропорционально общему количеству радионуклидов, попавших в почву за все предшествующие годы.9. Сорбция почвенным мелкозёмом микроорганизмов, обитающих в почве.

Эта функция имеет важное значение, так как благодаря ей микроорганизмы защищены от выноса за пределы почвенного профиля с нисходящим током влаги.Наблюдается отчётливая зависимость процесса сорбции от свойств микроорганизмов и особенности сорбента. Одни микроорганизмы поглощаются интенсивно, другие меньше, третьи вообще не поглощаются определённым сорбентом. Поскольку почва гетерогенна – она представляет собой сложный сорбент с различными свойствами отдельных участков поверхности. В ней практически всегда может сорбироваться хотя бы небольшое количество любых микроорганизмов.Несмотря на известную универсальность сорбционной способности почв по отношению к микроорганизмам, для неё характерна отчётливая изменчивость, определяемая, прежде всего гранулометрическим, вещественным составом почв, а также их генетическими особенностями. Сорбция бактерий почвой возрастает вместе с ростом её грануло-метрического состава. Так чернозёмы сорбируют больше микробных клеток, чем дерново-подзолистые и серые лесные.

10. Информационные функции почвы.

Данная функция контролируется в первую очередь периодически изменяющимися параметрами почвы – её тепловым, водным, пищевым и солевым режимом. Ведущим фактором пробуждения роста корней в ельнике черничнике-зеленомошнике северной тайги является температура почв. На холодных затапливаемых талыми водами почвах рост ели задерживался на 20 дней, несмотря на то, что температура воздуха благоприятствовала вегетации. В холодные годы период роста корней сокращался. Уменьшалась их биомасса на 8-15 %. В умеренных широтах почва контролирует развитие и других растений, например лиственницы на огромных просторах Сибири. Температура почв как фактор регулирующий некоторые процессы зависит от теплоёмкости и теплопроводности почв. Не менее существенна роль и других почвенных факторов, регулирующих сезонное развитие и активность живых организмов, связанных с почвой. Хорошо известно, что в районах недостаточного увлажнения, смена фаз развития многих растений в годовом цикле определяется прежде всего динамикой водного режима почв. Ярким примером может служить ускоренное сезонное развитие эфемеров и эфемероидов, обусловленное непродолжительностью периода обеспеченности почв влагой аридных ландшафтов. Развитие яиц насекомых в почве зависит от влажности. Например, у саранчовых развитие начинается только после увеличения влажности почвы выше мёртвого запаса в слое в котором отложены кубышки. Примером влияния годовой динамики пищевого режима почв на сезонные изменения в развитии биоценозов могут служить колебания численности микроорганизмов почв в зависимости от поступления в неё растительного опада (сезонные вспышки численности).11. Регуляция численности, состава и структуры биоценозов.

Одна из важных форм проявления данной функции – воздействие почвенных факторов на формирование конкретной консортивной структуры биоценозов. Многими исследователями доказано, что в консортивных связях различных организмов примат принадлежит в целом высшим растениям. Пространственное же распределение этих растений и особенно их корневых систем в значительной мере определяется реальной динамикой свойств и режимов почвы. Показано, что в пределах любого типа биоценоза с корнями каждого вида растений связаны специфические комплексы почвообитающих организмов: грибы, ризосферныеактерии, фитофаги – нематоды, насекомые и др. Эта приуроченность к корневым системам почвенных организмов особенно наглядна в аридных условиях, где корни локализуются на участках почвы с большим содержанием влаги. Интересно отметить, что в моховой тундре, с иным гидротермическим режимом, имеет место обратная зависимость: гуще заселены участки между подушками мхов.Отмечают также связь расселения беспозвоночных с отдельными свойствами почв: дифференциация хилопод, пауков, дождевых червей зависит от массы подстилки; проволочников, моллюсков от рН. Влияние почвы на состав биоценозов известно давно. Важной формой его проявления оказывается воздействие почвы на развитие попадающих в неё семян. Из массы семян, как правило, прорастает лишь часть, что в значительной мере зависит от водно-воздушного, температурного и пищевого режимов почвы, рН, содержания и соотношения в ней метаболитов.

12. Пусковой механизм некоторых сукцессий.

Данная функция проявляется в изменении биоценозов в результате засоления или заболачивания почв, которое вызывает стадийное преобразование почвы как среды обитания, порождающее соответствующие сукцессии. По мере нарастания заболоченности почвы наблюдается закономерная смена фитоценозов. В результате имеет место следующий ряд: Ельник кисличник – черничник – долгомошник – сфагновый – сосняк сфагновый – сфагновое болото. Отмечаются и другие формы проявления данной функции: деятельность почвенных фитофагов может выступать как фактор, определяющий сукцессии растительного покрова. В степи в результате деятельности корневых вредителей некоторые растения погибают, а освободившееся место тут же заселяется другими видами, данной ассоциации. В результате имеет место постоянная смена мелких фитоценотических комплексов в пределах одного биогеоценоза, обеспечивающих его стабильность.

13. Трансформация вещества и энергии, находящейся или поступающей в биогеоценоз.

Сущность данной функции заключается в преобразовании почвообразовательным процессом исходного вещества материнских пород и продуктов, поступающих с пылью, атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами, растительными остатками. В результате этого субстрат почвы приобретает благоприятные свойства для поселяющихся на ней биоценозов. Например, в горизонтах, ответственных за обеспечение растений элементами питания, наблюдается не только накопление в растворимой и обменной форме многих соединений, но и определённое изменение соотношения между рядом элементов по сравнению с тем, которое имелось в исходной породе. В связи с этим почвы по сравнению с горными породами обычно содержат больше углерода, азота, фосфора, калия и других элементов, из которых строятся ткани живых организмов. Это оказывается возможным благодаря огромной геохимической работе почв и живого вещества по трансформации материнских пород и органогенных остатков, возникающих в ходе жизнедеятельности организмов. Важный её результат – освобождение в ходе разложения органических остатков энергии, аккумулированной при фотосинтезе.

14. Санитарная функция почв.

В проявлении этой функции намечаются три основных аспекта: первый связан с участием почвенных организмов в деструкции поступающих на поверхность органических остатков. Другой важный аспект санитарной функции – её антисептические свойства, лимитирующие развитие в ней болезнетворных микроорганизмов. И последняя форма проявления этой функции – разрушение почвенными микробами продуктов обмена живых организмов. 15. Функция почвы как защитного и буферного биогеоценотического экрана.

Сформировавшиеся в ходе длительной эволюции зональные типы биогеоценозов отличаются значительной устойчивостью. Это оказывается возможным благодаря наличию в них буферных и регуляторных механизмов обратной связи. Данная способность к гомеостатическому регулированию важна, поскольку обеспечивает поддержание сложившегося функционирования биогеоценозов Земли, что является залогом благополучия биосферы. В настоящий момент, мы можем выделить только формы проявления буферной функции почв. Одной из форм её проявления является способность почв нивелировать резкие колебания входных потоков вещества и энергии, что весьма существенно, поскольку состав, структура и функционирование биогеоценоза сохраняются при условии, если варьирование этих потоков не выходит за пределы, называемые «пределами толерантности». Примером такого нивелирования может служить сглаживание почвой больших перепадов влажности и температуры в наземном ярусе биогеоценоза. Другим примером проявления буферных способностей почв является защита почвой биогеоценозов от механического разрушения под действием различных факторов (воды, ветра, силы тяжести), что достигается за счёт таких свойств почвы, как способность противостоять водной эрозии, удерживать растения в вертикальном положении, противодействовать распылению мелкозёма. Данные свойства, как правило, хорошо выражены у целинных земель, но часто ухудшаются в результате их обработки. Однако комплекс мелиоративных мероприятий может не только сохранить эти свойства, но и улучшить их, особенно в случае малопродуктивных почв[9].

1.3 Биологическая активность почв

Важным дополнением к характеристике общих физико-химических свойствпочвы является определение ее биологической активности, или биогенности. Под биологической активностьюпонимается суммарная активность различных процессов, протекающих в почве с участием почвеннойбиоты (микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных,высших растений). Этот важный показатель, пригодный в том числе и

для ранней диагностики негативных процессов в почве, находят, как правило, по косвенным признакам. Сравнительно простой прием, позволяющий оценить суммарную активность почвенных организмов, разлагающих органическое вещество и выделяющих СО2, состоит в определениитак называемого дыхания почвы, или эмиссии почвой СО2. Однако надопомнить, что этот показатель очень динамичен и меняется не только по

сезонам года, но и в течение суток (суточная динамика), а также с изменением погодных условий. Существуют также приемы оценки деятельности почвенных микроорганизмов по уровню азотфиксации, нитрификации. Среди других методов более привлекательны методы определения ферментативной активности почвы.

Ферментативная активность почвы - это совокупность процессов, катализируемых внеклеточными (иммобилизоваными на почвенныхчастицах и стабилизированными в почвенном растворе) и внутриклеточными ферментами почвенной биоты. Это один из показателей потенциальной биологической активности почв, характеризующий потенциальную способность системы сохранять гомеостаз.В почве накапливается определенный «пул» (запас) ферментов, качественный и количественный состав которого характерен для данноготипа почв. Наиболее хорошо изучены в почве ферменты классов оксидоредуктаз и гидролаз, для них в основном и разработаны методы определения.

Гидролазышироко распространены в почвах и играют важную рольв обогащении их подвижными и доступными для растений и микроорганизмов питательными веществами, разрушая высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, полисахариды и др. К этому классу относятся ферменты: целлюлаза, протеаза, фосфатаза и другие,активность которых является важнейшим показателем биологической активности почв и оценки антропогенного воздействия.

В почву с растительными остатками поступает значительное количество целлюлозы. Почвенные микроорганизмы, особенно грибы, обладают активной целлюлазой, расщепляющей клетчатку. Для определения целлюлазной активности почвы используют различные способы учета продуктов ферментативной активности: определение остаточного количества не расщепленной в почве целлюлозы и интенсивности накопления белков и аминокислот (аппликационные методы), определение количества образующегося СО2 или потребленного при распаде клетчатки О2, колориметрический метод определения глюкозы, образующейся при гидролизе целлюлозы в почве, и т.д. Аппликационные методы отличаются простотой идают возможность приблизиться к определению интенсивности протекания процессов в природных условиях [10; 11].

1.4 Особенности почвенного покрова городов

Развитие большинства городов и крупных населённых пунктов, как правило, сопровождается коренной трансформацией почвенного покрова. Это связано в первую очередь с изменением режимов почвообразования, разнообразием характера поверхностного воздействия человека, привнесением большого количества антропогенного материала различного происхождения, запечатываем почв при прокладке автодорог, строительстве зданий и сооружений.

В настоящее время принято следующее определение городских почв [Федорец]:

городские – это антропогенно измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием, насыпанием или погребением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытового мусора.

Общие черты городских почв следующие:

• материнская порода – насыпные, намывные или перемешанные грунты или культурный слой;

• включения строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;

• нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне);

• высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефтепродуктами;

• особые физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каменистость);

• рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различных материалов и интенсивного эолового напыления.

В связи с этим классификация городских почв требует особых подходов, поскольку в пределах городов могут быть встречены особые почвы, характерные только для данных типов антропоэкосистем.

Исходя из данных литературы [6; 15] разнообразие городских почв может быть отображено в следующем виде:

Блок 1. Естественные почвы.

Распространены в городах, как правило, в виде небольших островков в парково-рекреационных зонах, близ оврагов, рек, на пустырях. Наиболее характерно для них уплотнение верхней части профиля, что отрицательно сказывается на воздушном режиме почвы и её водопроницаемости. В результате отмечается неудовлетворительное состояние растительности вплоть до ее отсутствия. Происходит смена состава травянистой растительности, снижаются темпы возобновления древесной. Значительно изменяется мезофауна, в частности при анализе профиля прослеживается уменьшение числа дождевых червей, отсутствуют их копролиты. Процессы вытаптывания влияют и на фрагментацию горизонта лесной подстилки (Ао), что нарушает процессы минерализации и изменяет круговорот веществ в данных биогеоценозах.

В пределах города Ижевска и на территории большей части Устиновского района среди естественных почв преобладают типы дерново-подзолистых почв, характерных для водораздельных участков.

Блок 2. Антропогенно-преобразованные почвы.

Возникают при механическом разрушении естественных почв, что ведёт к формированию различных по морфологии типов почвенного профиля. Наименьшее отрицательноевлияние физических нарушений отмечается для агро-почв, где присутствует лишь незначительное уплотнение. Кроме этого, происходит объединение дернового и подзолистого горизонтов в единый, гомогенный по структуре, обогащенный органическим веществом слой мощностью до полуметра. Их распространение и сохранение в городах связано с наличием частного сектора и садово-огородных массивов.

В случае глубокого преобразрования агропочв и естественных почв в городах возникают так называемые урбанозёмы. Трансформация профиля исходных почв с уничтожением естественных горизонтов приводит к образованию уплотненного, захламленного и в большинстве плохо аэрируемого профиля. Наблюдается нарушение в распределении влаги. Даже при отсутствии твердых покрытий и наличия растительности для профиля урбаноземов отмечено слабое развитие корневых систем, уменьшение и отсутствие следов жизнедеятельности мезофауны. Большинство из урбанозёмов сформировано при перемешивании и засыпании естественных горизонтов, в связи с чем, они часто содержат искусственные гумусовые горизонты. В состав урбанозёмов могут входить следующие виды городских почв:

ацефалозёмы – почвы со срезанной верхней частью естественного профиля;

стратозёмы – почвы, имеющие насыпную часть поверх естественного профиля;

турбозёмы – возникают при перемешивании естественных горизонтов.

хемозёмы – к ним относятся почвы, испытывающие сильное химическое загрязнение. В городах они характерны для территорий промышленных зон и могут подразделяться на индустризёмы и нефтезёмы.

экранозёмы – это профили почв, существующие в режимах полного поверхностного покрытия асфальтовыми дорогами, зданиями и строениями.

Блок 3. Техногенные почвоподобные образования.

В случае длительного и выраженного антропогенно-техногенного воздействия в городах возникают технозёмы, представляющие собой искусственно созданные почвы без видимых признаков естественного строения и характера. В свою очередь они могут быть подразделены на:

реплантозёмы – целенаправленно созданные почвы, которые характеризуются залеганием гумусицируемого плодородного слоя на предварительно подготовленной поверхности нарушенных грунтов;

конструктоземы - почвы, формирующиеся на специально отсыпанных грунтах со слоистой вертикальной структурой, задаваемой исходя из гидрогеологических условий, характера формируемых на них зеленых насаждений и положения в рельефе.

1.5 Биотестирование почв

Биотестирование это метод оценки токсичных свойств среды посредством живых объектов, помещённых в тестируемую среду уже в лаборатории.

Методы биотестирования в настоящее время все чаще используются для определения токсических свойств окружающих нас сред: воздуха, воды, почвы, промышленных отходов, материалов и т. д. Это обуславливается рядом обстоятельств: во-первых, указанные объекты обычно содержат большое количество ингредиентов, токсикологические свойства которых не всегда характеризуются простой суммой свойств каждого из них с учетом количественного состава, определяемого аналитическими методами; во-вторых, среда часто загрязнена неустойчивыми продуктами взаимодействия и распада, которые иногда токсичнее исходных веществ; в-третьих, количество присутствующих в окружающей среде загрязнителей значительно превышает число удовлетворительных физико-химических методов анализа, позволяющих контролировать их содержание на уровне ПДК. Помимо этого, биотестирование позволяет получить интегральную токсикологическую характеристику природных сред независимо от состава загрязняющих веществ, поскольку большая часть загрязняющих веществ, в связи с отсутствием оборудования, методик и стандартов, аналитически не определяется, в связи с чем методы биотестирования приобретают все большую популярность и внедряются повсеместно.

Городские почвы являются депонирующей средой практически для всех поллютантов и при геохимическом изучении транспортно-селитебных ландшафтов являются высоко информативными.

Существует два методических подхода для определения токсичности почв. Для экспресс-диагностики используют водные экстракты, содержащие водорастворимые фракции почв. В этом случае биотестирование выполняют на традиционных для водной токсикологии тест-объектах – ракообразных, инфузориях или водорослях. Токсические свойства почв можно выяснить также при помощи населяющих ее организмов, которые используются в качестве тест-объектов. При биотестировании фитотоксических свойств почвы используют семена различных культурных растений. Фитотоксичность почвыв общем это свойство почвы подавлять рост иразвитие высших растений. Одним из наиболее распространенныхтест-объектов является тест с использованием кресс-салата (Lepidium sativum). Помимо него фитотестирование проводится с использованием гороха, овса, лука.

Помимо растений, для определения токсичности почв можно использовать также и животных. Хорошо разработанным является тест, в котором в качестве тест-организма используется компостный (навозный) червь Eisenia foetida[16].

2. Характеристика территории исследования – микрорайона Старый Аэропорт 2.1 Общая характеристика

Микрорайон Старый Аэропорт располагается на юго-восточной окраине Устиновского района и по ул. Союзной граничит с зелёной зоной города, относящейся к Завьяловскому району Удмуртии. Границы микрорайона: с севера – проспект Калашникова, с запада – ул. 40 лет Победы, с юга – ул. Ленина, с востока – ул. Союзная. В геоморфологическом отношении данный жилой район проектируется на выположенную водораздельную территорию, слабо наклонённую к долине р. Позимь. На территории микрорайона и в непосредственной близости к нему располагаются верховья малых рек Чемашурка и Ярушка, являющихся притоками р. Позимь.

Жилая застройка района состоит из домов средней, много и повышенной этажности с преобладанием многоэтажных зданий. Время основной застройки района – конец 70-х – 80-е года 20 века. Часть застройки на восточной окраине микрорайона производилась в начале 21 века.

По территории микрорайона проходят магистрали общегородского и улицы местного значения. К магистралям общегородского назначения относятся ул. 40 лет Победы, ул. Ленина, ул. Молодёжная и ул. Союзная, проходящая по восточной окраине микрорайона. Наибольшая интенсивность движения характерна для ул. Ленина, Молодёжной и Союзной, соединяющих восточную окраину города с центром и служащих транзитом транспорта за пределы города (ул. Ленина) и в его северную половину (ул. Молодёжная, ул. Союзная).

Улицами микрорайон подразделяется на 9 кварталов, 8 из которых заняты плотной жилой застройкой и организациями жилищно-социальной сферы. На территории микрорайона находятся 8 школ.

2.2 Характеристика почвенного покрова и уровня его загрязнённости на территории микрорайона Старый Аэропорт

Исходя из представленной в работе Рыловой Н. Г. [6] картосхемы современного почвенного покрова г. Ижевска, на территории большей части Устиновского района и в микрорайоне Старый Аэропорт в частности выражен комплекс антропогенных почв с преобладанием турбозёмов и агро-почв.

Подробные исследования загрязнения почв г. Ижевска были проведены в Удмуртском государственном университете под руководством А. И. Стурмана [7]. В частности в ходе них для территории города были разработаны карты степеней суммарного и поэлементного загрязнения. Общие данные по распределению территорий г. Ижевска по уровню загрязнённости почв химическими элементами приведены в таблице 1.

Таблица 1

Распределение территорий г. Ижевска

по уровням загрязнённости почв химическими элементами

Уровни загрязнения

В пределах города и пригородной зоны, %

В пределах застроечной части городской территории, %

Допустимый

61,7

42,3

Умеренно опасный

24,2

33,4

Опасный

13,0

22,6

Чрезвычайно опасный

1,1

1,7

Что касается микрорайона Старый Аэропорт, то исходя из приведённой в вышеуказанной работе карты, уровень суммарной загрязнённости почв на его территории тестируется как допустимый с небольшими участками умеренно опасного уровня.

2.3 Характеристика площадок отбора почвенных проб

1 площадка – 2 м от дороги ул.Ленина

Площадка расположена в 2-х метрах от проезжей части крупной автодороги общегородского назначения – улицы им. Ленина. Представляет собой придорожную озеленённую территорию с живой изгороди из черёмухи виргинской и аллейной посадкой берёз. Почва преимущественно лёгкая, супесчаная, с большим количеством инородных объектов. Проективное покрытие травостоя не более 60 %.

2 площадка – 15м от дороги ул.Ленина

Площадка расположена в 15 метрах от проезжей части крупной автодороги общегородского назначения – улицы им. Ленина. Представляет собой придорожную озеленённую территорию газонного типа с аллейной посадкой берёз. Почва гумусовая, комковатая, с присутствием инородных тел.

3 площадка – 40м от дороги ул.Ленина

Площадка расположена в 40 метрах от проезжей части крупной автодороги общегородского назначения – улицы им. Ленина. Представляет собой придомовую озеленённую территорию газонного типа с посадками тополей и берёз. Почва гумусовая, мелкокомковатая с единичным количеством инородных тел.

4 площадка – газон около МБОУ СОШ №53

Площадка расположена внутри жилого квартала и представляет озеленённую территорию газонного типа вблизи школы № 53. Почва гумусовая, рыхло-комковатая.

5 площадка – внутриквартальная несанкционированная автостоянка

Площадка расположена в глубине жилого квартала и представляет собой газонную озеленённую территорию с посадками тополей. На месте отбора пробы располагается долговременная несанкционированная автостоянка, травянистый покров разрежен. Почва гумусовая.

6 площадка – внутриквартальный газон около автостоянки

Площадка расположена в глубине жилого квартала и представляет собой озеленённую территорию с посадками тополей. В 3-х метрах от площадки расположена несанкционированная автостоянка на газоне. Почва относительно лёгкая, гумусовая.

7 площадка – лес Ярушкинского дендропарка

Площадка расположена в пределах рекреационного склонового мелкотравного ельника в пределах Ярушкинского дендропарка. Почва гумусовая, суглинистая, рыхло-комковатая.

8 площадка – луг Ярушкинского дендропарка

Площадка расположена на зарастающей сухотравной залежи в пределах Ярушкинского дендропарка. Почва слабогумусовая, песчано-суглинистая.

Карта точек отбора проб приведена в Приложении 1.

Принципы, используемые при выборе площадок отбора почвенных проб.

В связи с поставленной в работе целью были выбраны и оценивались следующие градиенты антропогенного воздействия:

- воздействие со стороны крупной автодороги: площадки: площадки №№ 1, 2, 3

- предполагаемая фоновая для данного воздействия лощадка, расположенная внутри квартала при отсутствии воздействия со стороны автодороги: площадка № 4

- площадка, испытывающая прямое механическое воздействие со стороны автотранспорта (несанкционированная автостоянка на газоне): № 5

- предполагаемая фоновая для прямого автотранспортного воздействия площадка, расположенная в 3-х метрах на газоне от площадки № 5: площадка № 6

- площадки, расположенные в рекреационных антропогенных растительных сообществах двух различных типов: лесном – площадка № 7 и залежно-луговом – площадка № 8

3. Методика работы

При выполнении поставленных в работе задач были использованы следующие методики оценки степени преобразованности почв:

3.1 Методика использования кресс-салата как тест-объекта для оценки загрязнения почвы

Прежде чем ставить эксперимент по биоиндикации загрязнений с помощью кресс-салата, партия семян, предназначенных для опытов, проверяется на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивают в чашках Петри, в которые насыпают промытый речной песок слоем в 1 см. Сверху его накрывают фильтровальной бумагой и на нее раскладывают определенное количество семян. Перед раскладкой семян песок и бумагу увлажняют до полного насыщения водой. Сверху семена закрывают фильтровальной бумагой и неплотно накрывают стеклом. Проращивание ведут в лаборатории при температуре 20-25˚С в течение 4 суток. Нормой считается прорастание 90-95% семян. Затем известное количество семян, обычно 50 шт. Помещают в исследуемые почвенные образцы и по прошествии 4-5 суток оценивают количество проросших семян, по которому судят о степени загрязнённости тех или иных почвенных образцов [1].

Для оценки уровня фитотоксичности почвы была принята градация степени прорастания семян салата, предложенная в работе Федоровой А.И. и Никольской А.Н. [12].

100% - нет токсичности;

80-90% - очень слабая токсичность;

60-80% - слабая,

40-60% - средняя;

20-40% - высокая токсичность;

0-20% - очень высокая токсичность

3.2 Методика определения биологической активности почв

Одним из наиболее доступных способов оценки биологической активности почв является установление их целлюлозолитической активности. Данная методика подходит как для полевых, так и для лабораторных экспериментов. В ходе постановки данного эксперимента оценивается интенсивность степени разложения образцов льняной или хлопчатобумажной ткани в почвенном горизонте при различных условиях функционирования почв. При проведении эксперимента образцы ткани с заранее известным весом пришиваются к кусочкам полиэтиленовой плёнки или закрепляются на предметных стёклах. Подготовленные образцы помещаются в анализируемые почвы в лабораторных условиях или размещаются в верхние почвенные горизонты на пробных площадках. Затем, по прошествии заданного времени (один – два месяца; лето) образцы извлекаются, просушиваются, очищаются от почвенных частиц и взвешиваются. На основании изменения веса образца (ткани) делается заключение об уровне активности микробной составляющей гумусового горизонта, как показателе степени преобразованности (нарушенности, загрязнённости) почвенного образца. Применяется следующая шкала интенсивности разрушения целлюлозы (см. табл. 2) [18].

В нашем эксперименте взвешенные на электронных весах (точность весов до сотых грамма) образцы ткани, прикреплённые к кусочкам полиэтилена помещались в баночки со смоченной почвой, плотно закупоривались и размещались при температуре 22-25 ° С в условиях школьной лаборатории. Время эксперимента составляло 2 месяца – с 16 октября по 18 декабря. Затем образцы изымались из почвы, просушивались, очищались кисточкой от частиц почв и взвешивались.

Таблица 2

Шкала интенсивности разрушении целлюлозы

и уровня биологической активности почв

Выраженность процесса разрушения целлюлозы (в процентах от изменения массы образца ткани)

Оценки степени целлюлазной (биологической) активности почв

< 10

очень слабая

10-30

слабая

30-50

средняя

50-80

сильная

> 80

очень сильная

3.3 Методика изучения альго-цианобактериальных комплексов почв

Данная методика оценки преобразованности (нарушености, загрязнённости) почв основана на использовании в качестве тест-объектов различных групп водорослей, постоянно присутствующих в почве. К ним относятся эукариотные одноклеточные и нитчатые зелёные и жёлто-зелёные водоросли, диатомеи и прокариотные сине-зелёные водоросли (цианобактерии). Установлено, что состав и соотношение групп почвенных водорослей меняется в зависимости от уровня антропогенного воздействия на почвы, степени её загрязнённости, токсичности. В частности, с возрастанием техногенной нагрузки происходит снижение роли эукариотных водорослей и увеличение доли сине-зелёных.

Для выращивания водорослей, как правило, используются чашечные культуры со стёклами обрастания. Образцы почв помещаются в чашки Петри и увлажняются. На поверхность почвы помещаются дезинфицированные покровные стёкла, на которых в условиях естественного или искусственного освещения происходит образование колоний большинства находящихся в образце почвы групп водорослей. Затем покровные стёкла изучаются под микроскопом и водоросли идентифицируются.

В нашем эксперименте, продолжавшемся более месяца, несмотря на соблюдение условий, активного появления колоний водорослей на покровных стёклах не произошло. Водорослевые плёнки формировались на почве, в связи с этим проводился лишь визуальный анализ сформированных сообществ низших и высших растений в пробах.

4. Результаты исследований

4.1 Результаты биотестирования почв с помощью кресс-салата

В ходе изучения всхожести семян кресс-салата получены результаты, представленные в таблице 3.

Оценка всхожести семян кресс-салата

в различных почвенных образцах

Таблица 3

Почвенные площадки

Количество проростков, %

1 площадка – 2 метра от автодороги ул. Ленина

51

2 площадка – 15 метров от автодороги ул. Ленина

53

3 площадка – 40 метров от автодороги ул. Ленина

68

4 площадка – газон у школы (условный фон)

38

5 площадка – автостоянка на газоне

62

6 площадка – газон у автостоянки (условный фон)

52

7 площадка – рекреационный еловый лес

65

8 площадка – рекреационная олуговелая залежь

32

Норма

90

По результатам эксперимента по прорастанию семян кресс-салата можно сделать следующие выводы:

- процент прорастания семян в градиенте влияния крупной автодороги закономерно убывает по мере приближения к ней: площадки 3, 2, 1.

- условно выбранная фоновая площадка № 4 характеризовалась низким уровнем прорастания и не может считаться фоновой при оценке данного воздействия.

- неоднозначными оказались результаты сравнения экспериментов проведённых на площадках 5 и 6. Процент прорастания семян оказался выше на территории с почвой, нарушенной несанкционированной автостоянкой

- сравнение результатов эксперимента в рекреационных лесной и луговом сообществах показало высокую степень прорастания семян салата в лесной почве и низкую в луговой, что по-видимому определяется различием в механическом составе и богатстве почв данных участков

4.2 Результаты оценки биологической активности почв целлюлозолитическим методом В ходе проведения эксперимента по целлюлозолитической активности почв получены результаты, приведённые в таблице 4. Результаты изучения целлюлозолитической активности почв

Таблица 4

Площадки отбора проб

Масса ткани до эксперимента, мг

Масса ткани после эксперимента, мг / % изменения массы образца ткани

1 площадка – 2 метра от автодороги ул. Ленина

0,76

0,74 / 2,6

2 площадка – 15 метров от автодороги ул. Ленина

0,81

0,62 / 24,5

3 площадка – 40 метров от автодороги ул. Ленина

0,8

0,5 / 37,5

4 площадка – газон у школы (условный фон)

0,79

0,63 / 20,3

5 площадка – автостоянка на газоне

0,76

0,56 / 26,3

6 площадка – газон у автостоянки (условный фон)

0,78

0,69 / 11,5

7 площадка – рекреационный еловый лес

0,83

0,83 / 0

8 площадка – рекреационная олуговелая залежь

0,77

0,77 / 0

По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы о биологической активности (БА) почв на различных площадках:

- по мере приближения к автодороге происходит закономерное уменьшение БА почв от среднего уровня (40 метров от дороги) до очень слабого (2 метра от дороги)

- полученное значение БА почвы на условно выделенной фоновой площадке, по- видимому, не зависит от влияния автодороги и определяется иными причинами

- неоднозначные результаты получены и при сравнении БА почв на газонной автостоянке и за её пределами

- к этой же группе неоднозначных результатов можно отнести и крайне низкие значения БА почв в лесном и луговом сообществах Ярушкинского парка.

Фотографии образцов ткани приведены в Приложении 2.

4.3 Результаты альгологических исследований

Площадка № 1 – газон в 2-х метрах от дороги. Преобладают колонии зелёных мхов и плёнки почвенных водорослей (до 70% площади образца). Проростков высших растений нет.

Площадка № 2 – газон в 15 метрах от дороги. Имеются колонии почвенных водорослей (до 30 % площади образца) и проростки высших растений.

Площадка № 3 – газон в 40 метрах от дороги. Присутствуют единичные колонии водорослей (до 5 % площади образца) и проростки высших растений.

Площадка № 4 – газон внутри жилого квартала у школы № 53. Присутствуют проростки зелёных мхов, колонии почвенных водорослей и проростки высших растений.

Площадка № 5 – несанкционированная автостоянка на газоне. Преобладают колонии почвенных водорослей, единичные проростки зелёных мхов, проростки высших растений и имеется колония плесневых грибов.

Площадка № 6 – газон во внутриквартальном насаждении в 3-х метрах от автостоянки. Преобладают колонии почвенных водорослей, единичные проростки зелёных мхов и проростки высших растений.

Площадка № 7 – рекреационный ельник. Имеются единичные колонии почвенных водорослей и проростки высших растений.

Площадка № 8 – олуговелая залежь. Преобладают колонии почвенных водорослей, имеются проростки высших растений и единичные проростки зелёных мхов.

Фотографии почвенных образцов расположены в Приложении 3.

Таким образом, наибольшая степень покрытия образца почвы мхами и плёнками водорослей (по-видимому, сине-зелёных рода Nostoc) характерно для площадки расположенной в 2-х метрах от дороги и олуговелой залежи. На данных площадках почва наиболее лёгкая и бедная, что, по-видимому, и определяет доминирование мхов и устойчивых к загрязнению колоний сине-зелёных водорослей. На прочих площадках с более богатыми гумусовыми почвами в эксперименте преобладание плёнок сине-зелёных водорослей и присутствие мхов существенно меньше, появляются проростки высших растений. Можно предположить, что в данных условиях складываются более разнообразные полидоминантные сообщества низших фототрофов.

Выводы
  1. Проведенные эксперименты по биотестированию в различной степени нарушенных почв с использование различных биоиндикаторов показали чувствительность использованных тест-объектов к степени нарушенности почв и их богатству.
  2. Наиболее закономерные и сопоставимые результаты продемонстрированы при тестировании почвенных образцов, взятых на различном удалении от выраженного источника загрязнения – крупной автодороги.

  3. В тоже время использованные методы оказались малочувствительными к локальному и кратковременному воздействию на растительный покров и почвы (несанкционированная автостоянка).

  4. Наиболее сложным для обработки и качественно-количественного анализа оказался альгологический метод.

  5. С учётом допущенных методических ошибок (отсутствие выборки проб с площадок, подбор самих площадок в отношении установления фактора и силы его воздействия) анализируемые методы могут быть рекомендованы и использованы при оценке различного рода условий и характеристик естественных и антропогенных почв.

Литература
  1. Экологический мониторинг: учеб. пособие для вузов / под ред. Т. Я. Ашихминой. Киров: Константа, 2006. 412 с.

  2. Экологическое почвоведение: лабораторные занятия для студентов – экологов. Метод. указания. Ярославль: Яросл. гос. ун-т, 2002. 35 с.

  3. Ижевск – столица Удмуртской республики: http://www.izh.ru.

  1. Устиновский район (Ижевск): http://ru.wikipedia.org

  1. Илларионов А. Г. Рельеф // Природа Ижевска и его окрестностей: Сб. статей / составитель В. М. Подсизерцев. Ижевск: Удмуртия, 1998. С. 49-65.

  1. Рылова Н. Г. Трансформация почвенного покрова в условиях промышленного города и ее воздействие на растительность (на примере г. Ижевска). Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Ижевск. 2003. 20 с.

  1. Стурман В. И. Загрязнение почв г. Ижевска // Геоэкологические проблемы Удмуртии: учеб. пособие. Ижевск: УдГУ, 1997. С. 80-90.

  1. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение. М.: МарТ, 2004. 496 с.

  1. Добровольский Г. В. Экология почв. М.: МГУ, 2012. 412 с.

  1. Звягинцев Д. Г. Биология почв: М.: МГУ, 2005. 445 с.

  1. Берестецкий О. А. Биологические основы плодородия почвы. М.: Колос, 1984. 287 с.

  1. Федорова, А. И., Никольская А. Н.. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учебное пособие для студ. высш. уч. Заведений. М.: Владос, 2001. 288 с.

  1. Вальков В. Ф., Казеев К. Ш, Колесников С. И. Экология почв. Часть 2. Загрязнение почв. Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2004. 54 с.

  1. Орлов Д.С., Васильевская В.Д. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв. М.: Изд-во МГУ, 1994. 272 с.

  1. Строганова М. Н., Мягкова А. Д., Прокофьева Т. В. Городские почвы: генезис, классификация, функции // Почва, город, экология. М.: Фонд «За экологическую грамотность», 1997. С. 15−88.

  1. Фомин Г. С., Фомин А. Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник. М.: Протектор, 2001. 304 с.

  1. Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.

Приложения.

1. Карта точек отбора почвенных проб.

Приложение 2.

Результаты альгологических исследований почв.

Рис.1 Альгологическая проба 1

Рис.2 Альгологическая проба 2

Рис.3 Альгологическая проба 3

Рис.4 Альгологическая проба 4

Рис.5 Альгологическая проба 5

Рис.6 Альгологическая проба 6

Рис.7 Альгологическая проба 7

Рис.8 Альгологическая проба 8

Рис.9 эксперимент по целлюлозоразрушающей способности почв

Просмотров работы: 161