Detection of toxicity of heavy metal pollution in soils based on their respiratory activity in native soils and simulated substrates (a case-study of the protected area “Yamskaya steppe”)
Автор: Bakunovich N.O., Khokhlova O.S., Myakshina T.N., Rusakov A.V., Shapovalov A.S.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Статья в выпуске: 85, 2016 года.
Бесплатный доступ
The area “Yamskaya Steppe” of “Belogorye” preserve is located in Belgorod Oblast near the concentration of mining factories: Lebedinskiy and Stoylenskiy mining and concentration complex (MCC), complexes of “KMA-ore” and Oskol metallurgical, TPP etc. Taking into account that the “Yamskaya Steppe” is a SPNR and along with that bears a significant technogenic burden, it is necessary to investigate the properties of dominating soils and to provide the assessment of its contamination by heavy metals (HM). The main purpose of the work was to assess the toxicity of contamination of the soils of “Yamskaya Steppe” by HM in correlation to the investigated respiration activity of microorganisms of native soils of monitoring areas (MA) and artificially created mixes of soils with the dust from shops of factories, containing high concentrations of HM. The investigation of the native soils did not show the correlation of the basal respiration and the type of the soil. However weak and single case showed the correlation of basal breath and the type land use. Only in two soils of the whole 21 soils from the investigated MA the signs of disturbance of functioning of microbial community were revealed. The measurement of the bulk forms of HM showed relative increase in concentrations of Сu, Zn, Zr, Sn, Pb, As on these MA. The experiments with artificial mixtures allowed us to conclude that the implementation of the dust with HM, taken from the shops of Lebedinskiy MCC, affect the microbial activity. That causes the intensification of СО2 emission as incase of measuring of basal respiration rate and in case of substrata-induced respiration. However, that impact might be possible only in conditions of equal amount of the soil and dust in artificial mixtures, but this is impossible in natural conditions. It is necessary to find more senstive indicators of HM contamination for the investigated soils.
Heavy metals, contamination, chernozems, respiration activity of microbiocenosis, monitoring areas, nature and imitation experiments, yamskaya steppe
Короткий адрес: https://sciup.org/14313670
IDR: 14313670 | DOI: 10.19047/0136-1694-2016-85-131-149
Текст научной статьи Detection of toxicity of heavy metal pollution in soils based on their respiratory activity in native soils and simulated substrates (a case-study of the protected area “Yamskaya steppe”)
Во многих работах продемонстрировано, что минерализаци-онная или дыхательная активность почвенных микроорганизмов может являться сенситивным индикатором загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) на естественных территориях вокруг промышленных предприятий (Berg et al., 1991; Aceves et al., 1999; Филимонова и др., 2000; Евдокимова, Зенкова, 2003) . Однако отклик микробного сообщества на загрязнение бывает неоднозначным и выражен в разной степени. Во многих случаях обнаружено не угнетение, а стимуляция учитываемых тест-реакций (Кабиров и др., 1997; Яковлев, 2000; Девятова, 2005; Шунелько, Федорова, 2006; Терехова, 2007) , что приводит к необходимости поиска причин этого явления. Поэтому продолжение исследований в данном направлении с привлечением разных подходов весьма актуально.
Участок “Ямская степь” государственного природного заповедника “Белогорье” расположен на северо-востоке Белгородской области, где на относительно небольшой площади сосредоточены предприятия горно-добывающей промышленности: Лебединский ГОК, Стойленский ГОК, комбинат “КМАруда”, Оскольский металлургический комбинат, ТЭЦ и др. Ямская степь граничит непосредственно с Лебединским ГОК, и при сильном ветре, стоя на ее территории, можно наблюдать клубы пыли, поднимающиеся с отвалов предприятия. Роза ветров ближайшего к заповедному участку пункта метеонаблюдений (г. Губкин) представлена на рис. 1, из которого видно, что, хотя преимущественные ветра дуют мимо Ямской степи, вероятность ветров Ю, ЮЗ и ЮВ направления, захватывающих территорию заповедника, составляет около 40%, что тоже немало. Значительные объемы перерабатываемого сырья для выплавки металла, технологические “хвосты” и отходы, недостаточно утилизируемые пылегазовыбросы создают избыточную техногенную
с
—Z Z"-

Ветер ю ■ Штиль
Рис. 1. Роза ветров, г. Губкин (по данным ресурса World Weather).
нагрузку на экосистемы окружающих территорий, прежде всего, на почву, загрязняя ее ТМ, поступающими по воздуху вместе с пылью из цехов и отвалов.
Цель работы – оценка токсичности загрязнения почв и ландшафтов участка “Ямская степь” заповедника “Белогорье” ТМ на основе изучения сети мониторинговых площадок ( МП ). При этом комплексные почвенные исследования проводили с использованием традиционных методов исследования общих свойств почв, с одной стороны, и чувствительных к загрязнению микробиологических тестов, с другой.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Вокруг Ямской степи в Белгородской области в 2013–2015 гг. заложили сеть пунктов комплексных наблюдений (мониторинговых площадок) за воздействием Лебединского ГОК на экосистемы этого заповедного участка. В 2013–2014 гг. исследовали 21-у мониторинговую площадку (табл. 1). Провели морфогенетический анализ полнопрофильных почвенных разрезов, названия почв даны согласно Классификации и диагностики почв России (2004).
Со всех МП отобрали пробы с глубины 0–5 см. В пробах определяли содержание органического углерода (Сорг) по Тюрину, рН водной вытяжки, гранулометрический состав методом пипетки с диспергацией пирофосфатом натрия и содержание валовых форм ТМ. Определение содержания ТМ проводили масс-спектральным методом с индуктивно-связанной плазмой, или атомноэмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой. Содержание Mn, Cd, Fe определяли атомно-абсорбционным методом в ацетатно-аммонийной вытяжке (рН 4.8).
В пробах, отобранных с глубины 0–5 см, в лабораторных условиях измеряли микробиологическую активность почв ( V basal ) по интенсивности выделения СО 2 при увлажнении, соответствующем 65– 70% от ППВ, и температуре 24оС в трехкратной повторности. Скорость субстрат-индуцированного дыхания ( V sir ) измеряли при внесении в почву избытка доступного для микробов субстрата – глюкозы (Anderson, Domsch, 1978) . На основе измеренных V basal и V sir рассчитывали содержание микробного углерода (С mic ) и метаболический коэффициент ( q CO 2 ) (Благодатская и др., 1995) .
Дополнительно провели опыты с пылью, загрязненной ТМ (полученной из цехов Лебединского ГОКа), получали искусственные смеси этой пыли с почвой, методику вырабатывали в ходе эксперимента, поэтому ее описание поместили в следующий раздел.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Общие свойства почв МП и дыхательная активность нативных почв. Содержание С орг в верхнем слое (0–5 см) гумусовоаккумулятивного горизонта на изученных пунктах наблюдений варьирует от 3.69 (6.3% в пересчете на гумус) (МП Галичи, разр. Н4) до 2.06 (3.6% в пересчете на гумус) (МП Ямская степь, Суры, разр. Н11) (рис. 2А).
Поверхностные горизонты почв отличаются слабокислой, близкой к нейтральной, и нейтральной реакцией среды, т.е. условиями, необходимыми для проведения исследования по интенсивности выделения СО 2 микроорганизмами. Показатели кислотности всех точек наблюдения лежат в пределах 5.0–6.4 ед. pH (МП Романово, разр. Н1 и МП Барское, разр. Н7 соответственно) (рис. 2Б).
По гранулометрическому составу почвы МП незначительно различаются, это и средне- и тяжелосуглинистые отложения с содержанием физической глины от 42 до 54%.
Дыхательная активность микроорганизмов изменяется в широком диапазоне: от 0.6 (МП Ямская степь, Суры, разр. Н11, МП Садки, разр. Н33) до 2.2 мкг С/(г ч) (МП Барское, разр. Н7) (рис. 3).
Таблица 1. Сеть пунктов комплексных наблюдений за воздействием Лебединского ГОК на экосистемы Ямской степи
№ |
Пункт, |
Почва |
Ближай- |
Бас- |
Расстоя- |
Азимут |
раз- |
координаты, |
ший пункт, |
сейн |
ние от |
к центру |
|
реза |
положение в рельефе |
администр ативный район |
реки |
центра/ границы промзоны ЛебГОК, км |
ЛебГОК |
|
Н11 |
Ямская степь, Суры, 51°11'59.085"N 37°38'32.407"E, наветренное |
Стратозем темногумусовый сверхмощный тяжелосуглинистый профильно оглеен-ный на овражнобалочных наносах |
Загорный, Губкинский |
Чуфи-чка |
6.9 1.0 |
9° |
Н13 |
Ямская степь, плакор, 51°11'23.8"N 37°38'46.403"E, некосимый участок, наветренное |
Чернозем миграционно-мицелярный среднемощный тяжелосуглинистый средне карбонатный на карбонатных лёссовидных суглинках |
Загорный, Губкинский |
Чуфи-чка-Дубе-нка |
7.9 2.0 |
6° |
Н12 |
Ямская степь, плакор, 51°11'23.8"N 37°38'46.403"E, косимый участок, наветренное |
Чернозем миграционно-мицелярный мощный среднесуглинистый глубоко карбонатный на карбонатных лёссовидных суглинках |
Загорный, Губкинский |
Чуфи-чка-Дубе-нка |
7.9 2.0 |
6° |
Н21 |
Ямская степь, Еремкин Лог, 51°10'38.4"N 37°39'02.9"E, подветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный среднемощный тяжелосуглинистый на бурых глинах |
Загорный, Губкинский |
Дубе-нка |
9.1 3.0 |
4° |
Н6 |
Должик, 51°9'8.594"N 37°33'15.987"E, наветренное |
Темно-серая тяжелосуглинистая среднемощная на бескарбонатных лёссовидных суглинках |
Дубравка, Губкинский |
Дубе-нка |
14.0 6.0 |
31° |
Н9 |
Хмелеватое, 51°6'42.64"N 37°26'37.207"E, наветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный тяжелосуглинистый среднемощный на бескарбонатных лёссовидных суглинках |
Мелавое, Губкинский |
Орлик |
22.4 12.7 |
43° |
№ |
Пункт, |
Почва |
Ближай- |
Бас- |
Расстоя- |
Азимут |
раз- |
координаты, |
ший пункт, |
сейн |
ние от |
к центру |
|
реза |
положение в рельефе |
администр ативный район |
реки |
центра/ границы промзоны ЛебГОК, км |
ЛебГОК |
|
Н8 |
Водяное, 51°4'57.059"N 37°31'17.585"E, наветренное |
Темногумусовая мощная тяжелосуглинистая на карбонатных лёссовидных суглинках, подстилаемых элювием меловых отложений |
Дальняя Ливенка, Губкинский |
Орлик |
21.9 13.8 |
26° |
Н19 |
Вислое, 51°2'11.772"N 37°24'34.846"E, наветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный тяжелосуглинистый мощный на бескарбо-натных лёссовидных суглинках |
Конь-шино, Губкинский |
Ольшанка |
30.3 21.2 |
36° |
Н3 |
Сенное, 51°12'28.663"N 37°30'30.343"E, наветренное |
Стратозем темногумусовый сверхмощный тяжелосуглинистый на овражно-балочных наносах |
Сергиев-ка, Губкинский |
Оско-лец |
11.9 2.5 |
61° |
Н18 |
Воробьево, 51°02'0.057"N 37°28'30.003"E, наветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный мощный тяжелосуглинистый на бескарбонатных лёссовидных суглинках |
Коньши-но, Губкинский |
Ольшанка |
28.3 19.9 |
28° |
Н1 |
Романово, 51°13'48.398"N 37°28'55.447E, наветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный оподзоленный среднемощный тяжелосуглинистый глубокооглеенный на пролювиальноделювиальных переотложенных бурых глинах |
Сергие-вка, Губкинский |
Оско-лец |
12.6 4.6 |
75° |
Н5 |
Кленовенькое, 51°11'2.679"N 37°28'20.497"E, подветренное |
Стратозем темногумусовый сверхмощный тяжелосуглинистый |
Пугачи, Губкинский |
Орлик |
15.4 5.7 |
57° |
Н4 |
Галичи, 51°10'28.892"N 37°28'1.038"E, |
Темногумусовая мощная тяжелосуглинистая на |
Пугачи, Губкинский |
Орлик |
16.3 6.6 |
55° |
№ разреза |
Пункт, координаты, положение в рельефе |
Почва |
Ближайший пункт, администр ативный район |
Бассейн реки |
Расстояние от центра/ границы промзоны ЛебГОК, км |
Азимут к центру ЛебГОК |
Н7 |
наветренное Барское, |
бескарбонатных лёссовидных суглинках, подстилаемых меловыми отложениями Темногумусовая |
Копцево, |
Орлик |
17.2 |
14° |
Н14 |
51°6'38.209"N 37°35'55.922"E, подветренное Осинник, |
маломощная тяжелосуглинистая на красно-бурых глинах Темногумусовая |
Губкинский Старох- |
Орлик |
10.4 23.9 |
1° |
Н16 |
51°3'1.629"N 37°39'14.739"E, наветренное Косино, |
глинисто-иллювииро-ванная среднемощная тяжело суглинистая на бурых глинах, подстилаемых меловыми отложениями Темногумусовая |
мелевое, Чернян-ский Кочегуры, |
Оль- |
17.1 26.8 |
10° |
Н15 |
51°1'21.529"N 37°35'52.563"E, подветренное Резников Яр, |
слитизированная мощная тяжелосуглинистая на бурых глинах Темно-серая |
Чернян-ский Ольша- |
шанка Оль- |
20.2 27.1 |
0° |
Н32 |
51°1'0.736"N 37°39'41.024"E, подветренное Обручное, |
стратифицированная маломощная тяжелосуглинистая на бурых глинах Темногумусовая |
нка, Черня-нский Ковыли- |
шанка Ха- |
20.9 33.9 |
359° |
Н33 |
50.95613°N 37.67445°E, подветренное Садки, |
глинисто-иллювииро-ванная остаточно карбонатная среднемощная тяжелосуглинистая на бурых глинах, подстилаемых переотложенными меловыми отложениями Темногумусовая |
но, Чер-нянский Верхнее |
лань Ха- |
– 40.1 |
7° |
50.90226°N 37.59580°E, наветренное |
метаморфизованная глинисто-иллювииро-ванная среднемощная тяжелосуглинистая на бурых глинах |
Кузькино, Чернян-ский |
лань |
– |
№ |
Пункт, |
Почва |
Ближай- |
Бас- |
Расстоя- |
Азимут |
раз- |
координаты, |
ший пункт, |
сейн |
ние от |
к центру |
|
реза |
положение в рельефе |
администр ативный район |
реки |
центра/ границы промзоны ЛебГОК, км |
ЛебГОК |
|
Н35 |
Репное, 50.98851°N 37.41460°E, наветренное |
Чернозем глинистоиллювиальный среднемощный легкоглинистый на бурых глинах |
Жилин Колодезь, Губкинский |
Ольшанка |
34.7 – |
30° |
Н36 |
Перелесок 2, координаты не определили |
Чернозем глинистоиллювиальный мощный тяжелосуглинистый на бурых глинах |
Кочегуры, Чернян-ский |
Ольшанка |
30.1 23.5 |
10° |
Самые низкие значения зафиксированы в стратоземе темногумусовом, расположенном в днище балки (МП Ямская степь, Суры, разр. Н11); черноземе глинисто-иллювиальном (МП Воробье-во, разр. Н18) и темногумусовой метаморфизированной почве (МП Садки, разр. Н33). Наибольшие показатели базального дыхания обнаружены в темногумусовой маломощной почве (МП Барское, разр. Н7), темно-серой (МП Должик, разрез Н6), черноземе миграцион-но-мицелярном (МП Ямская степь, плакор, разр. Н12) и черноземе глинисто-иллювиальном (МП Ямская степь, Еремкин лог, разр. Н21). Таким образом, зависимость базального дыхания от типа почвы не прослеживается. Однако отмечена некоторая связь с режимом землепользования: на плакоре косимого участка Ямской степи (чернозем миграционно-мицелярный, разр. Н12) уровень V basal выше, чем на некосимом участке (та же почва, участки расположены в нескольких метрах друг от друга, разр. Н13).
Наибольшие значения содержания С mic обнаружены в тех же МП, что и в случае с V basal (МП 6, 7, 12, 21). Максимальные величины С mic достигают 168 мг C/100 г почвы (МП Барское, разр. Н7) в темногумусовой маломощной почве. Минимальные же значения зафиксированы в темно-серой стратифицированной почве (МП Резников Яр, разр. Н15) и черноземе глинисто-иллювиальном (МП Воробьево, разр. Н18), 30.1 и 20.6 мг C/100 г почвы соответственно. При этом уровень V basal на этих МП не был самым низким.

Hl H4 Нб Н8 НИ Н13 Н15 Н18 Н21 НЗЗ НЗб
Рис. 2. Содержание органического углерода (А) и рН (Б) в почвенных пробах с глубины 0–5 см на МП.
Следует отметить, что в почвах разр. Н15 (МП Резников Яр) и Н18 (МП Воробьево) наблюдаются самые высокие показатели метаболического коэффициента q CO 2 : 0.369 и 0.375 соответственно (рис. 4). Все остальные МП укладываются в диапазон значений от 0.052 до 0.143. На участках косимой (разр. Н12) и некосимой (разр. Н13) Ямской степи с черноземом миграционно-мицелярным

Рис. 3 . Содержание углерода микробной биомассы (А) и уровень базального дыхания (Б) в почвенных пробах с глубины 0–5 см на МП.

зафиксированы практически одинаковые значения q CO 2 . С точки зрения антропогенного загрязнения величины q CO 2 , превышающие 0.1–0.2, отражают угнетение и нарушение микробного сообщества (Благодатская и др., 1995) . Анализ удельной скорости базального дыхания ( V basal /С орг , мкг С/(г ч)) – величины, которая может служить косвенной характеристикой устойчивости

Рис. 4. Метаболический коэффициент qCO2 (А), отношение базального дыхания к содержанию органического углерода (Б) в почвенных пробах с глубины 0–5 см на МП.
органического вещества к разложению, показал, что наименьшие значения зафиксированы в МП Воробьево (разр. Н18) – 0.266 мкг С/(г ч) и Садки (разр. Н33) – 0.270 мкг С/(г ч). Чем ниже значения Vbasal/Сорг, тем менее подвержено органическое вещество почв минерализации и соответственно более стабильно (Мостовая и др., 2015). Наибольшие значения отмечены в Барском (разр. Н7) – 0.727 мкг С/(г ч) и на участках косимой и некосимой степи в заповеднике (разр. Н12 и Н13), 0.684 и 0.651 мкг С/(г ч) соответственно.
Для целей нашего исследования важно, что низкие значения удельной скорости базального дыхания означают уменьшение содержания легкодоступного субстрата в органическом веществе, которое может быстро разлагаться микроорганизмами, такие значения косвенно свидетельствуют об угнетенном состоянии микробного сообщества (в данном случае считали, что качество органического вещества одинаковое, так как почвы одного биоклима-тического ряда).
В работе изучали содержание валовых форм ТМ (табл. 2). Повышенными концентрациями Сu выделяется МП Еремкин лог (разр. Н21); Zn – Резников Яр (разр. Н15); Zr – Барское (разр. Н7), Резников Яр (разр. Н15) и Косино (разр. Н15); Sn и Pb – Должик (разр. Н6) и Резников Яр (разр. Н15); As – Воробьево (разр. Н18). Лишь для одной из опробованных МП получена связь превышения ПДК с ингибированием микробного сообщества – это Резников Яр (разр. Н15), который характеризуется наибольшим содержанием Sr, Zn, Zr, Sn и Pb, коэффициент q CO 2 здесь составляет 0.369. В МП Воробьево (разр. 18), для которого получен высокий q CO 2 и наименьшая удельная скорость V basal – 0.375, отмечается повышенное относительно других опробованных МП содержание As, но не превышающее ПДК. Коэффициенты корреляции содержания валовых форм ТМ для изученных МП с q CO 2 представлены в табл. 2. Выявлена средняя корреляция (более 0.5) между Sr и q CO 2 , близкая к средней (0.44) для Co и слабые корреляции для остальных ТМ. Для других показателей корреляционный анализ показал слабые и очень слабые связи с содержанием ТМ, поэтому эти данные не приводятся.
Эксперименты с искусственными субстратами. Полученные результаты измерения дыхательной активности почв в нативных образцах не cмогли в полной мере ответить на поставленные задачи. Несмотря на локальные превышения концентраций ТМ и некоторое угнетение микробного сообщества почв, о котором судили по интегральным показателям дыхательной активности, было не ясно, является ли перенос с воздушными массами пыли из
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов валовых форм, мкг/г
цехов и отвалов ГОК причиной ингибирования микробов в почвах МП. Поэтому, помимо исследований дыхательной активности нативных почв МП, провели два эксперимента с искусственными субстратами, которые основывались на определении скорости выделения СО 2 в специально полученной смеси почвы и пыли с высоким содержанием ТМ. Пыль брали из цехов Лебединского ГОКа; почву – с участка косимой степи (разр. Н12). В пыли, взятой для опытов, зафиксированы следующие концентрации ТМ (мкг/г): 28–52 V, 47–110 Cr, 15–59 Ni, 7–20 Cu, 12–35 Zn, 5.2–16 As, 11–110 Sr, 16–110 Zr, 5.1–12 Pb. Вариабельность содержания связана с тем, что в разных цехах пыль включала неодинаковые количества ТМ. В первом этапе эксперимента использовали пыль с условным названием РУ, во втором – ГО ФОК, содержание ТМ в них приведено в табл. 2.
Первый эксперимент включал в себя определение V basal и V sir в трех вариантах смесей: 90% почвы и 10% пыли, 50% почвы и 50% пыли, 10% почвы и 90% пыли при одинаковой навеске. Контролем к каждому варианту служили смеси прокаленной почвообразующей породы и той же почвы в тех же соотношениях: 90% почвы и 10% породы, 50% почвы и 50% породы, 10% почвы и 90% породы.
Второй эксперимент включал определение V basal и V sir в смесях, где к фиксированной навеске 5 г почвы добавляли по 1, 2, 3, 4, 5 г пыли. Контролем также служили смеси почвы и породы в тех же соотношениях. Дополнительным контролем для второго опыта являлись нативная почва, прокаленная порода и пыль. Во всех опытах повторность трехкратная.
В первом опыте стремились получить качественную реакцию, которая бы показала, каким образом загрязненная пыль влияет на дыхательную активность микробных сообществ. Выяснилось, что смесь прокаленной породы и почвы продемонстрировала ожидаемый результат: с повышением содержания породы, уменьшалась дыхательная активность вплоть до нулевых значений, когда в смеси 10% почвы и 90% породы V basal составило 0.01, а V sir – 0.08 мкг С/(г ч) (рис. 5). Это ожидаемый результат, поскольку при внесении в почву пустой или чистой (не загрязненной ТМ) породы происходит разбавление субстрата (в данном случае – нативной почвы), а, следовательно, нарушение среды обитания микрооргани-
А
Б

Содержание пыли/породы, %
Содержание пыли/породы, %
Рис. 5. Уровень базального (А) и субстрат-индуцированного (Б) дыхания в первом опыте с пылью, загрязненной ТМ, и чистой прокаленной породой: 1 – варианты с пылью, 2 – варианты с породой.
змов, интенсивность дыхания должна снижаться, что и наблюдали. В случае со смесью пыли, содержащей ТМ, и почвы наблюдалась такая же картина: чем больше становились пропорции пыли в почве, тем меньше выделение СО 2 как в нативной, так и в субстрат-индуцированной почве. Но здесь во всех трех вариантах выделение СО 2 происходило гораздо интенсивнее, чем в аналогичных в количественном отношении смесях почвы и породы. То есть в смесях с пылью, обогащенной ТМ, микроорганизмы не угнетались, а наоборот, показывали большую интенсивность дыхания, как базального, так и субстрат-индуцированного по сравнению с вариантами смесей с прокаленной породой, лишенной ТМ.
Второй этап эксперимента имитировал процесс постепенного накопления пыли в почве. Пошаговое повышение концентрации пыли в почве не проявлялось заметно в скорости базального дыхания и было практически одинаковым с чистой почвой (рис. 6А, сравниваем с вариантом 7) до тех пор, пока соотношение почва– пыль не достигло 1/1 (5 г почвы + 5 г пыли). Лишь в этом случае скорость выделения СО 2 заметно снизилась по сравнению с чистой почвой. При измерении скорости V sir видно постепенное уменьшение этого показателя от 1 к 5 г добавленной в почву пыли (рис. 6Б), скорость V sir начинает достоверно отличаться от дыхания чистой почвы уже начиная с варианта 3 г пыли на 5 г почвы. При этом варианты с чистой (без ТМ) породой показали постепен-

Образец
Рис. 6. Уровень базального (А) и субстрат-индуцированного (Б) дыхания во втором опыте с пылью, загрязненной ТМ, и чистой породой; образцы: 1, 2, 3, 4 и 5 – количество грамм пыли/породы, добавленное к 5 г почвы, 6 – контроль с прокаленной породой, 7 – контроль с почвой, 8 – контроль с пылью; а – варианты с пылью, б – варианты с прокаленной породой.
ное уменьшение скорости как базального, так и субстрат-индуцированного дыхания, и во всех вариантах уровень дыхания в смесях с породой был ниже, чем с пылью.
По сути, получили ту же картину, как и в опыте 1: в вариантах смесей с пылью, загрязненной ТМ, скорость дыхания была выше по сравнению с вариантами смесей с породой при том, что
“чистая” пыль и “чистая” порода в контролях (образцы 6 и 8 на рис. 6 соответственно) давали одинаковые и близкие к нулевым значения измеряемых показателей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучение нативных почв, отобранных на МП, не выявило зависимости базального дыхания от типа почвы, лишь слабо и единично – от типа землепользования. Вместе с тем, в некоторых случаях складываются стрессовые условия для микробного сообщества. Для них характерен максимум активности микробного сообщества и увеличение скорости минерализации органического углерода. Измерения валовых форм ТМ показали относительное (но не достигающее ПДК) превышение концентраций Сu, Zn, Zr, Sn, Pb, As.
Опыты с искусственными смесями подтвердили предположение о том, что добавление пыли, обогащенной ТМ, заметно сказывается на микробиологической активности, вызывая интенсификацию выделения СО 2 , как в случае измерения скорости базального, так и субстрат-индуцированного дыхания.
В результате опытов с искусственными субстратами установлено, что однозначный и статистически достоверный вывод о превышении скорости дыхания микроорганизмов по сравнению с обычной незагрязненной почвой для изучаемого региона может быть получен при значительной концентрации пыли в почве, доходящей до уровня 3 г пыли на 5 г почвы, а лучше 5 г пыли к 5 г почвы (1 к 1), что трудно представить в натурных условиях. Поэтому необходимо продолжить поиск более чувствительных индикаторов загрязнения изучаемых почв.
Institutskaya, 2