Введение к работе
Актуальность темы
Одной из основных задач современной экологии является разработка стратегии реабилитации почв, загрязненных различными токсическими веществами. Тяжелые металлы (ТМ) являются одним из приоритетных загрязнителей. Наиболее изучены химические и физические способы детоксикации. Менее изучен вопрос применения биологических методов с использованием микроорганизмов различных систематических групп и микробных комплексов в целом для ремедиации загрязненных почв.
Необходимость изучения воздействия ТМ на почвенные микроорганизмы определяется тем, что именно в почве сосредоточена большая часть всех процессов минерализации органического вещества, обеспечивающих сопряжение биологических и геологических круговоротов (Добровольский, Никитин, 1984). Загрязнение почв ТМ вызывает определенные изменения в видовом и групповом составе комплекса почвенных микроорганизмов (Левин и др., 1989; Артамонова, 2002; Терехова, 2007; Домрачева и др., 2008; Евдокимова и др., 2010). Поэтому все более возрастает роль комплексного мониторинга техногенно нарушенных территорий, составной частью которого является биомониторинг с применением методов биоиндикации и биотестирования.
Цель работы: выявить возможность использования микробных комплексов, включающих водоросли, цианобактерий и микромицеты, для оценки состояния и ремедиации техногенно загрязненных территорий.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
-
Провести химический анализ почв в зоне действия Кирово-Чепецкого химического комбината (КЧХК).
-
Провести микробиологический анализ исследуемых почв по следующим показателям: видовой состав и количественные характеристики аль-го-цианобактериальных комплексов и количественные характеристики микоце-нозов.
-
Изучить возможность использования организмов различной систематической принадлежности для биоиндикации и биотестирования загрязненных почв.
-
Определить уровень биосорбции тяжелых металлов различными группами фототрофных и гетеротрофных микроорганизмов.
Научная новизна работы. Впервые с использованием методов прямого микроскопирования изучена численность и биомасса альго-циано-бактери-альных группировок в почвах в зоне действия КЧХК. Выявлены достоверные различия в количественных показателях фототрофных микробных комплексов на различных площадках мониторинга, связанные с типом почв и уровнем их химического загрязнения. Установлено, что колебания численности фототрофных микроорганизмов в почвах составляют от 1,16 до 8,46 млн кл/г, а биомассы от 164,6 до 528,0 кг/га. Анализ видового состава альгофлоры выявил 42 вида водорослей и цианобактерий (ЦБ). Флористический анализ показал нарушение структуры популяций альгоценозов, связанное с ее упрощением при хрониче-
ском воздействии большого спектра поллютантов. Показана специфика сезонной динамики почвенных альго-микологических группировок на исследуемой территории, связанная с неполночленностью альго-цианобактериального комплекса, а также значительным развитием темноокрашенных форм микромицетов. Исследование микроскопических грибных сообществ показало, что длина грибного мицелия измеряется от 20,4 до 264,8 м/г почвы. Грибная биомасса на отдельных участках достигает почти 500 кг/га. При этом было отмечено преобладание в структуре популяции микромицетов темноокрашенных форм, что позволяет выявить загрязненные участки. Доказана возможность применения методики с использованием ЦБ для тестирования почвенных вытяжек при определении токсичности почвы. Выявлены сорбционные возможности микромицетов рода Fusarium, ЦБ Nostoc linkia и природных биопленок с доминированием Nostoc commune по отношению к ТМ.
Практическая значимость. Предложен метод сравнительного анализа результатов химических и микробиологических показателей для оценки состояния почвы. Результаты исследования могут быть применены для разработки и оптимизации программ комплексного экологического мониторинга как района КЧХК, так и других территорий. Обнаруженная способность ЦБ рода Nostoc и малопатогенных штаммов микромицетов рода Fusarium к биосорбции ТМ может быть использована как основа для разработки на базе данных микроорганизмов биопрепаратов, эффективных в очистке техногенно загрязненных почв, а также промышленных стоков.
Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс на химических факультетах Вятского государственного гуманитарного университета и Вятского государственного университета, а также на агрономическом факультете Вятской государственной сельскохозяйственной академии.
Личное участие автора. Автором проведен комплекс полевых и лабораторных исследований, включающий отбор и обработку более 150 почвенных образцов, планирование экспериментов, разработка отдельных опытов, выполнение химических, альгологических, микробиологических анализов и обработку полученных результатов в период с 2009 по 2012 гг.
Оценка достоверности результатов исследования выявила, что экспериментальные данные получены диссертантом на сертифицированном оборудовании, прошедшем плановую поверку, с использованием тестированных методик в экоаналитической лаборатории ВятГГУ, имеющей аттестат государственной аккредитации аналитических лабораторий на техническую компетентность.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 97 страницах, включает 11 рисунков и 24 таблицы. Список литературы включает 246 наименований, в том числе 57 зарубежных источников.
