Оценка уровня ферментативной активности почв побережья пруда-испарителя в условиях техногенного прессинга на аквальные и прибрежные экосистемы большого лимана (Волгоградская обл.)

DOI:

Формирование индустриального каркаса современного города невозможно без использования экологических ресурсов территорий, на которых расположен город, и прилегающих ландшафтов. Техногенный прессинг, оказываемый промышленностью, транспортном и хозяйственными процессами города на элементы антропоэкосистемы, закономерно отразится не только на каждом элементе экосистемы, но и на человеческом обществе во всем его разнообразии и сложности социальноэкономических связей [3; 5; 7; 11]. Оценка степени воздействия на элементы ландшафта – насущная потребность системы управления природопользованием и охраны природы. Важным элементом ландшафтов левобережья Волгоградской области, влияющим на городские объекты, бассейн реки Волги и бессточную заволжскую равнину, является крупный техногенный водный объект – пруд-испаритель промышленного кластера г. Волжского, получивший название Большой Лиман [1].

Город Волжский является вторым промышленный центром Волгоградской области. Его основа – это такие индустриальные направления, как гидроэнергетика, строительная, химическая и металлургическая промышленности. Сточные воды города и предприятий сбрасываются в пруд-испаритель Большой Лиман из-за того, что даже прошедшие очистку сточные воды не подлежат сбросу в естественные водоемы ввиду повышенного со- 16

держания органических солей и различных загрязнений.

Неудовлетворительное экологическое состояние Большого Лимана вызывает серьезные опасения, так как сам он практически утратил способность самоочищаться, а продолжение сброса токсичных вод грозит экологической катастрофой не только для Большого Лимана, но и для всего региона.

Актуальность выбранной темы обусловлена неудовлетворительным состоянием пруда-испарителя Большой Лиман (далее – Б. Лиман), а также негативными последствиями, которые отрицательно влияют на различные компоненты среды, в том числе почвенные.

Цель работы – исследовать уязвимые почвы пруда-испарителя Большой Лиман усовершенствованным методом определения протеазной активности по Мишустину [6].

Задачи исследования:

– выполнить теоретический обзор;

– заложить исследуемые площадки и осуществить отбор проб почвы с пруда-испарителя Большой Лиман;

– провести работу по определению показателя протеазной активности в почвенных образцах пруда-испарителя Большой Лиман.

Объектом исследования является экологическая система Большого Лимана.

Предмет данной статьи – это процесс загрязнения Большого Лимана как изолированной водно-экологической системы.

В административном отношении исследуемая территория расположена в пределах

Ленинского и Средне-Ахтубинского районов Волгоградской области.

Введен в эксплуатацию как пруд-испаритель в 1 962 году. Главное назначение Б. Лимана – это накопление и испарение очищенных химзагрязненных стоков в смеси с очищенными хозфекальными стоками [8]. C 1979 года произошел рост промышленности, что, как следствие, привело к превышению количеств стоков, что в скором времени сказалось на Большом Лимане: произошло его переполнение. Это создало серьезную опасность, так как была угроза прорыва дамб.

В 1983 году обнаружилась вторая проблема. Произошло загрязнение стоками предприятий «Волжский оргсинтез» и «Волжский каучук» подземного хазарского водоносного горизонта. Сточные воды данных предприятий через суглинки протекали по кровле шоколадных глин и через «окна» фильтровались вниз в хазарский горизонт. Таким образом, заявление авторов проекта, что утечка стоков полностью исключена, можно считать неверным [9]. В качестве исследования большой интерес вызвали уязвимые прибрежные ландшафты пруда-испарителя Большой Лиман.

Биологическое воспроизводство и поддержание почвенного состояния невозможно без учета микробиологической и, соответственно, ферментативной составляющей [2; 4]. Протеазная активность является одним из интегральных показателей общей биологической активности почвы и отражает ее потенциальную способность редуцировать белки и пептиды. Общеизвестна ключевая роль протеазы в мобилизации и круговороте азота. Обусловленное активностью протеолитических эдафоэнзимов увеличение содержания подвижного азота и других питательных элементов в почве способствует активизации процесса окисления целлюлозы. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы осуществляют расщепление клетчатки, одновременно синтезируя и частично выделяя аминокислоты в окружающую среду [10].

Существующие методики подсчета активности этого фермента отличаются трудоемкостью и применением достаточно большого количества реактивов и приборов. Кроме того, погрешности при таком анализе весьма существенны [10]. В работе А.С. Холодной и К.А. Десяткина [10] был представлен усовершенствованный метод определения протеазной активности по Мишустину и разработан точный экспресс-метод, позволяющий быстро и просто оценивать количественный показатель протеазной активности в почве. Это нововведение значительно упрощает и ускоряет существующие методики, давая объективные данные о качестве почвы. Также важно отметить, что данный метод легко воспроизводим на практике при минимуме необходимых материалов. Поэтому предложенный метод имеет значительные преимущества по сравнению с уже существующими.

Материалы и методы исследования

Определение ферментативной активности по показателям активности протеазы выполнено в аккредитованной лаборатории АО «Волжский трубный завод» ECOHOUSETMK. В основу способа положен метод определения протеазной активности по Мишустину [6; 10].

Для проведения определения были задействованы следующие материалы:

• 1)    почвенные образцы (50 г – масса одного образца);

• 2)    пластиковые контейнеры;

• 3)    неэкспонированная фотопленка Kodak Vision;

• 4)    дистиллированная вода;

• 5)    лабораторные весы;

• 6)    МФУ LaserJetProMFPM428fdw (сканер);

• 7)    Графический редактор Adobe Photoshop СС 2018.

В феврале 2025 года был произведен отбор проб почвы с пруда-испарителя Большой Лиман. Температура в данный день была +8 градусов. Снежный покров отсутствовал. Точки отбора почвенных образцов представлены на рисунке 1. Для сравнения в тот же день была отобрана проба почвы с природного парка «Волго-Ахтубинская пойма».

На дно пластикового контейнера был выложен отрезок пленки размером 10 x 3,5 см желатиновым слоем вверх. На пленку выложили исследуемую почву навеской равной 50 г. Далее почвенные образцы увлажнялись дистиллированной водой (до 80 % от полной вла-гоемкости почвы).

Рис. 1. Точки отбора проб почвы с пруда-испарителя Большой Лиман (составлено А.Н. Шкут на основании QGIS [12])

На 4-й день пленки извлекли для дальнейшего определения количественной величины активности протеазы. Осторожно промыли дистиллированной водой и высушили в лаборатории.

Полученные пленки просканировали на Lazer Jet Pro MFP M428fdw и перевели в электронный вид. Контрольным образцом являлась пленка с неразложившимся желатином.

Отсканированное изображение открыли в графическом редакторе Adobe Photoshop и создали новый графический документ размером 3,5x10 см с прозрачным фоном и разрешением 78,74 пикселей на сантиметр. Из отсканированной области скопировали выделенный участок с фотопленкой и вставили его в созданный файл, масштабируя по размеру. Затем с помощью функции «Выделение ^ Цветовой диапазон» выбрали цвет фона, используя пипетку для выбора желатинового слоя; установили значение «разброса» на 200 для максимальной точности. Далее открыли инструмент «Гистограмма», где можно увидеть площади всего изображения и фона, соответствующего участкам ферментативно разрушенного желатина. На основе соотношения площадей участка с разрушенным желатиновым слоем и контрольного образца вычислили общую биологическую активность почвы в процентах [10]. Оцифрованные пленки 1 серии представлены на рисунке 2.

Ниже приведен алгоритм пересчета для изображений с разрешением 78,74 пкс/см и пленок размером 3,5 x 10 см. Площадь одного квадратного сантиметра в пересчете на пиксели: S = 78,74 x 78,74 = 6 200 пкс.

• 1)    площадь пленки в пикселях: S пл = = 116 427 пкс.

Проверка:

• а)    Sпл = 3,5 x 10 = 35 см²

• б)    Sпл = 217 212 / 6 200 = 35 см²

• 2)    Площадь разложившегося желатинового слоя (см²):

S ж = S ж (пкс) / 6 200

• 3)    Активность протеазы (%):

ПА = S ж / S пл x 100

За результат проделанной работы принимали среднее арифметическое значение двух параллельных определений [10].

Рис. 2. Оцифрованные пленки с отпечатками, выявляющими активность протеазы в почве (фото А.Н. Шкут)

Результаты и обсуждение

Предложенный алгоритм определения функциональной устойчивости почв, включающий ряд несложных, нетрудоемких, дешевых этапов, благодаря которым получены данные по исследуемым почвам, позволил выявить, что высокая протеазная активность наблюдается в пробе 1-1 (у берега), 4-1 (у берега), в контрольной пробе, отобранной в природном парке «Волго-Ахтубинская пойма» (см. таблицу).

Высокую протеазную активность можно обосновать наличием содержания гумуса. Это касается контрольной пробы, отобранной в зоне ООПТ. Если же говорить о высоких показателях в пробах 1-1 и 4-1, то можно предположить, что фактором являет- ся ежегодное затопление данных территорий сточной водой. Так, проба 1-1 расположена возле сливной трубы, принадлежащей ООО «Волжские стоки». Точка 4-1 расположена в пруду «Почтарик», где происходит очищение хоз-фекальной и бытовой воды. Также стоит отметить тот факт, что данные территории испытывают большую техногенную и антропогенную нагрузку.

Низкий показатель отмечен в точках 2 и 3-1 (у берега). Главным фактором является отмеченное высокое солесодержание в данных пробах. Так, в ноябре 2024 года был проведен отбор проб почвы с данных точек, по результатам чего было выявлено, что в точке 2 солесодержание составило 3 480 мг/дм3, а в точке 3-1 – 2 490 мг/дм3.

Протеазная активность почв с пруда-испарителя Большой Лиман при увлажнении образцов до 80 % от полной влагоемкости

Точка отбора почвы	ПА 1, %	ПА 2, %	ПА ср , %
1-1	98,9	97,1	98,0
1-2	77,1	79,6	78,4
2	18,6	17,4	18,0
3-1	20	21,7	20,9
3-2	27,1	27,9	27,5
4-1	94,3	96,5	95,4
4-2	72,9	70,6	71,8
Контроль Б.Лиман	62,3	63,4	62,9
Контроль ВАП	80,0	82,1	81,1

Заключение

Результаты исследования наглядно свидетельствуют о широком диапазоне показателей протеазной активности почв прибрежных ландшафтов Большого Лимана, связанном с разнообразием качественных факторов и уровня техногенной нагрузки на аквальные экосистемы объекта. В то же время исследование подтвердило применимость данной методики в системе экологического мониторинга природно-ландшафтных и антропогенных комплексов.