Материал: 1010-pochvovedenie-2013-7

уничтожения химического оружия и выявление наиболее информативных экологических показа телей для оценки степени экологического риска.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

В работе использованы образцы почв, ото бранные на площадках системы государственно го экологического мониторинга в санитарно за щитной зоне (СЗЗ) объекта “Марадыковский”. Объект расположен в подзоне южной тайги евро пейского северо востока, административно – в Оричевском р не Кировской обл. В результате производственной деятельности объекта “Мара дыковский” в природную среду возможно по ступление продуктов деструкции фосфор орга нических отравляющих веществ типа Vх, зарина, зомана, а также мышьяк содержащих органиче ских веществ – двойных ипритно люизитных смесей. Площадь СЗЗ объекта составляет 17.2 км2. Почвенный покров района исследова ний неоднороден и представлен комплексом сла бо и среднеподзолистых песчаных почв и дерно во подзолистых почв супесчаного и суглинистого гранулометрического состава [11]. К западу и се веро западу по направлению к р. Вятка под сос новыми лесами распространены слабо и средне подзолистые песчаные почвы на древнеаллюви альных отложениях. В комплексе с ними

встречаются дерново сильноподзолистые почвы, по свойствам близкие к подзолистым. На востоке и юго востоке преобладают дерново подзоли стые почвы, в понижениях встречаются дерновые глеевые почвы суглинистого гранулометрическо го состава. Растительный покров представлен за растающими пашнями, смешанными лесами и суходольными лугами.

Участки отбора образцов в пределах СЗЗ рас положены относительно равномерно на различ ном удалении от объекта “Марадыковский”, пре имущественно в восточном, юго восточном и южном направлении в соответствии с розой вет ров, и приурочены к лесным и луговым фитоце нозам. Выборки для проведения исследований включали по пять образцов лесных и луговых почв каждая (табл. 1). Отбор образцов произведен из верхних горизонтов на глубину 0–20 см, включая толщу подстилки или дернины, летом 2007 г. – спу стя год с момента пуска объекта по уничтожению химического оружия. Численность актиномице тов определяли методом посева на агаризованные среды. Родовую структуру комплексов характери зовали на среде с пропионатом натрия, видовую структуру рода Streptomyces – на казеин глицери новом агаре. Каждый образец характеризовался пятью навесками. Перед посевом образцы почв прогревали при температуре 70°С в течение четы рех часов для ограничения роста немицелиаль

ных бактерий. Чашки с посевами инкубировали при 27°С в течение 10–12 суток. Проводили диф ференцированный подсчет колоний, выделяя по морфологическим признакам четыре морфотипа, соответствующих родам Streptomyces, Micromono spora, Streptosporangium и группе олигоспоровых родов.

К роду Streptomyces предварительно относили представителей, имеющих цепочки спор на воз душном мицелии и нефрагментирующийся ми целий. Культуры, имеющие одиночные споры на субстратном мицелии, отсутствие или слабое раз витие стерильного воздушного мицелия, нефраг ментирующийся мицелий предварительно отно сили к роду Micromonospora. Культуры, принадле жащие к роду Streptosporangium, определяли по наличию ветвящегося, не фрагментированного субстратного мицелия, не несущего споры, и воз душных гиф с цепочками спор и спорангиями. В группу олигоспоровых родов актиномицетов объ единяли представителей, образующих одиночные споры на воздушном мицелии, либо короткие це почки более крупных по размеру спор на ветках воздушного мицелия [14]. Предварительную ви довую идентификацию представителей рода Streptomyces проводили в соответствии с опреде лителем Гаузе с соавт. [3].

Структуру комплекса актиномицетов характе ризовали на основании показателей частоты встречаемости [6] отдельных представителей: до минирующие (≥85%), типичные частые (≥60%), типичные редкие (≥40%) и случайные (<40%). Видовое и родовое разнообразие актиномицетов оценивали с помощью индекса Шеннона [13], ис пользуя соответственно подсчет колоний стреп томицетов, принадлежащих к различным видо вым секциям и сериям на среде КГА, и дифферен цированный подсчет колоний, принадлежащих к четырем разным морфотипам, на среде с пропио натом натрия. Долевое участие родов актиноми

цетов в комплексе рассчитывали как отношение численности рода к общей численности актино мицетов, выраженное в процентах.

Данные обработаны стандартными методами статистического анализа [12] c использованием программ STATGRAFIСS и EXCEL 7.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Комплексы актиномицетов в почвах под раз личными типами фитоценозов (лес и луг) харак теризовались значительным количественным и качественным разнообразием. В среднем доля ак тиномицетов от общего количества прокариот в луговых почвах (36.3%), имеющих значения рН солевой вытяжки 5.4–6.8, была выше, чем в более кислых (рН солевой 3.4–4.5) лесных (21.8%) почвах (табл. 1). Общая численность актиномице тов при учете на казеин глицериновом агаре (КГА) в лесных почвах изменялась в пределах десятков ты сяч, а в почвах лугов – в пределах сотен тысяч коло ниеобразующих единиц (КОЕ)/г, вне зависимо сти от направления и удаленности от объекта (табл. 2).

Численность актиномицетов, вырастающих на агаре с пропионатом натрия, в почвах лесных фи тоценозов в среднем на порядок уступала числен ности, регистрируемой в почвах лугов (табл. 3). Кроме кислотности почв, обусловленной в зна чительной степени типом фитоценоза, в числе причин, определяющих количественные разли чия между комплексами почвенных актиномице тов, выступили тип почвы и ее гранулометриче ский состав. Луговые почвы представлены в райо не проведения исследований преимущественно дерново слабоподзолистыми суглинистыми почвами, тогда как леса приурочены к среднеподзо листым и дерново подзолистым почвам более лег кого гранулометрического состава (табл. 1). Сре ди луговых почв наиболее низкие – (4.7 ± 0.54) ×

× 105 и (6.0 ± 0.71) × 105 КОЕ/г – значения общей численности актиномицетов на среде с пропиона том натрия (табл. 3) отмечены в дерново слабопод золистых почвах, характеризующихся по грануло метрическому составу как супесчаные (табл. 1), то гда как в суглинистых дерново подзолистых почвах показатель численности на порядок больше (табл. 3).

Варьирование уровня численности актиноми цетов в ряду прилегающих к объекту почв может быть вызвано, наряду с природными, также тех ногенными причинами, связанными с его произ водственной деятельностью. Влияние типа фито ценоза (фактор А), разновидности почвы (фактор В) и удаленности от объекта (фактор С) на показате ли численности актиномицетных комплексов оценивали с помощью трехфакторного дисперси онного анализа. Наибольшее влияние на общую численность актиномицетов в ряду сопряженных почв лесных и луговых угодий в районе проведе ния исследований оказал тип фитоценоза (F =

=120.86; p ≥ 0.0000). Влияние фактора удаленно сти от объекта хранения и уничтожения химиче ского оружия на общую численность актиноми цетов также оценивалось как достоверное (F =

=24.99; p ≥ 0.0000) и превосходило влияние поч венной разновидности (F = 10.58; p ≥ 0.0014).

Актиномицетные комплексы, выделяемые из почв, расположенных вблизи объекта “Марады ковский”, на среде с пропионатом натрия вклю чали представителей родов Streptomyces, Mi cromonospora, Streptosporangium и олигоспоровые формы. Фактор удаленности от объекта достовер но определял варьирование численности стреп томицетов, микромоноспор и олигоспоровых ак тиномицетов. Если для микромоноспор и олигос поровых актиномицетов вклад этого фактора в общее варьирование численности уступал факто

ру “тип фитоценоза”, то для стрептомицетов, на против, превосходил его (табл. 4). Ни один из рас сматриваемых факторов не оказал существенного влияния на численность стрептоспорангиумов.

Среди выделяемых из почв стрептомицетов встречались виды, принадлежащие к секции Ci nereus сериям Achromogenes, Chromogenes, Au reus, Violaceus, секции Albus сериям Albus и Alb ocoloratus, секциям Imperfectus, Roseus и Helvolo Flavus. Индекс Шеннона, отражающий видовое разнообразие стрептомицетов, внутри выборки луговых почв изменялся от 0.53 ± 0.16 в дерново слабоподзолистой грунтово глеевой легкосугли нистой до 2.02 ± 0.05 бит/г в дерново слабоподзо листой супесчаной почве. В ряду лесных почв этот показатель изменялся от 0.8 ± 0.47 в средне подзолистой песчаной до 2.330 ± 0.183 бит/г в дер ново подзолистой суглинистой почве (табл. 2). Ва рьирование видового разнообразия стрептомице тов в почвах существенно не зависело ни от типа фитоценоза или разновидности почвы, ни от рас стояния до объекта. Несмотря на численное раз личие показателей индексов Шеннона по разно видностям почв и расстоянию от источника за грязнения, состав доминантов в почвах лесных и луговых биомов был сходен и включал представи телей видовых секций и серий Cinereus Achromo genes, Albus Albus и cекции Imperfectus.

По частоте встречаемости в почвенных ком плексах всех исследованных лесных фитоценозов доминировали микромоноспоры (табл. 3). Стреп томицеты входили в число доминантов трех, представители рода Streptosporangium – двух, а олигоспоровые актиномицеты – одного ком плекса в выборке лесных почв.

Под лугами по частоте встречаемости во всех почвах доминировали представители родов Strep tomyces и Micromonospora, стрептоспорангиумы

входили в число доминантов двух, а олигоспоро вые актиномицеты – трех из пяти рассматривае мых комплексов луговых почв. В долевом отно шении в комплексах почвенных актиномицетов района расположения объекта лидировали мик ромоноспоры, составляя в среднем 48.2 и 56.9% от общего количества мицелиальных прокариот, соответственно в лесных и в луговых фитоцено зах. Относительное обилие стрептомицетов изме нялось в широких пределах как в лесных почвах (от 9.1 до 68.9%), так и в почвах под лугами (от 6.3 до 80.7%). Долевое участие рода Streptosporangium в среднем (11.2% в лесных и 1.3% в луговых поч вах) значительно уступало стрептомицетам и микромоноспорам и было сопоставимо с доле вым участием олигоспоровых актиномицетов (0.6–13.3%) в комплексе.

Среди исследованных почв района расположе ния объекта хранения и уничтожения химическо го оружия необычной структурой чаще отлича лись актиномицетные комплексы лесных, чем лу говых фитоценозов, возможно в силу того, что леса примыкают непосредственно к объекту, а лу говые фитоценозы находятся, преимущественно, на некотором удалении от него. Известно, что в актиномицетных комплексах зональных типов почв количественно преобладают стрептомице

ты. По результатам наших исследований в акти номицетном комплексе среднеподзолистой пес чаной почвы, отобранной под березняком вейни ковым на расстоянии 3.12 км к северо востоку от объекта, доминировали представители родов Mi cromonospora и Streptosporangium как по частоте встречаемости (100%), так и по относительному обилию (46.1 и 44.2% соответственно). Согласно данным литературы, из почв лесных биомов представители рода Micromonospora выделяются непостоянно и с низкой частотой встречаемости, а представители рода Streptosporangium обычно от носятся к минорным компонентам актиномицет ных комплексов [6]. Представители рода Strepto myces, хотя и встречались в исследуемой почве с высокой частотой (80%), но характеризовались низким долевым участием (9.1%) в комплексе.

Комплекс актиномицетов дерново подзоли стой супесчаной почвы под березняком чернич ным на удалении 3.78 км к югу от объекта харак теризовался доминированием в нем микромоно спор как по частоте встречаемости (100%), так и по долевому участию в комплексе (91%). Стреп томицеты в комплексе этой почвы занимали по зицию типичных редких (частота встречаемости 40%) представителей. Кроме того, структура от личалась редуцированным родовым спектром (от

4 до 2 таксонов), а индекс Шеннона, характеризу ющий родовое разнообразие актиномицетов со ставил в этой почвенной разности всего 0.301 бит/г. Эти данные также свидетельствуют о существенной перестройке структуры комплекса, отличающей его от комплексов мицелиальных прокариот других лесных фитоценозов гумидной зоны [6, 9].

Отличительной особенностью комплекса ак тиномицетов слабоподзолистой песчаной почвы под березняком вейниково черничным, располо женным в 6.26 км к юго западу от объекта, явля лись высокая частота встречаемости (100%) и до ля участия (13.3%) в комплексе олигоспоровых форм, обычно играющих роль редких и случай ных, а не доминантных представителей комплек са. По другим параметрам структуры и родовому разнообразию (Н = 1.202 ± 0.062 бит/г) актиноми цетного комплекса эта почва, наиболее удаленная от объекта среди лесных почв, была близка к поч вам, расположенным за пределами восьми кило метровой зоны.

Большинство из исследованных луговых почв находятся на более значительном удалении от объекта, чем почвы лесных биомов. Среди выбор ки луговых почв необычной структурой актино мицетного комплекса выделялась дерново под золистая легкосуглинистая почва, отобранная в непосредственной близости от объекта (в 2.78 км в восточном направлении). Ее отличительная особенность заключалась в том, что представите ли всех выявленных родов актиномицетов харак теризовались высокой частотой встречаемости (100%), то есть являлись доминантами. По отно сительному обилию, как и в большинстве лесных почв, в комплексе лидировали микромоноспоры (90.1%). Индекс Шеннона, учитывающий не только количество родов, но и соотношение до лей участия каждого рода в комплексе, не превы шал 0.576 ± 0.076 бит/г.

Структурой актиномицетного комплекса, до статочно близкой к описанным ранее для почв та ежной зоны [9], характеризовались дерново под золистые среднесуглинистые почвы лугов, уда ленных на 8.7 км к востоку и на 17.1 км к юго востоку от объекта “Марадыковский”. Посколь ку все выявленные отклонения в структуре ком плексов актиномицетов как лесных, так и луго вых биомов, приурочены к почвам внутри зоны радиусом 8 км от объекта хранения и уничтоже ния химического оружия, можно полагать, что они обусловлены совокупностью техногенных факторов строительства и эксплуатации объекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования актиномицетных комплексов лесных и луговых почв в зоне воз

можного влияния объекта “Марадыковский” позволяют сделать заключение об имеющихся различиях в их численности и структуре, обуслов ленных не только естественными условиями фор мирования микробных сообществ: типом фито ценоза, кислотностью и гранулометрическим со ставом почвы, но и удаленностью участков от объекта хранения и уничтожения химического оружия.

В частности, фактор удаленности от объекта оказал существенное влияние на варьирование численности стрептомицетов, микромоноспор, олигоспоровых форм и общей численности акти номицетов. Численность представителей рода Streptosporangium в исследованных почвах от рас смотренных факторов достоверно не зависела.

Комплексы актиномицетов в почвах, находя щихся за пределами восьмикилометровой зоны, характеризовались структурой, характерной для зональных подзолистых и дерново подзолистых почв, в которой по частоте встречаемости и отно сительному обилию доминировали стрептомице ты и микромоноспоры (по частоте встречаемо сти). В структуре актиномицетных комплексов почв, непосредственно примыкающих к объекту, уже через год после его эксплуатации в режиме уничтожения химического оружия, выявлены пе рестройки, заключающиеся в изменении относи тельного обилия и частоты встречаемости стреп томицетов и микромоноспор, сокращении или напротив, расширении видового и родового раз нообразия, формировании состава доминантов, отличного от комплексов мицелиальных прока риот в других лесных биомах таежной зоны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ашихмина Т.Я. Комплексный экологический мо ниторинг объектов хранения и уничтожения хи мического оружия. Киров: Вятка, 2002. 544 с.

2.Биологический мониторинг природно техноген ных систем / Под общ. ред. Т.Я. Ашихминой, Н.М. Алалыкиной. Сыктывкар: Коми научный центр УрО РАН, 2011. 388 с.

3.Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель акти номицетов. Роды Sreptomyces, Streptoverticillium,

Chainia. М.: Наука, 1983. 248 с.

4.Гришко В.Н., Сыщикова О.В. Сообщества актино мицетов рода Streptomyces в почвах, загрязненных тяжелыми металлами // Почвоведение. 2009. № 2. С. 235–243.

5.Гришко В.Н., Сыщикова О.В. Структурно функцио нальные особенности сообщества актиномицетов в некоторых черноземах и засоленных почвах Украины // Почвоведение. 2010. № 2. С. 221–228.

6.Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномице тов. М.: ГЕОС, 2001. 257 с.