Регистрация / Вход
Прислать материал

Почвенные микромицеты - биоиндикаторы загрязнений на Кольском полуострове

Сведения об участнике
ФИО
Корнейкова Мария Владимировна
ФИО (на английском языке)
Korneykova Maria Vladimirovna
Название организации
Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биоиндикация и химический анализ в экологическом мониторинге
Название доклада
Почвенные микромицеты - биоиндикаторы загрязнений на Кольском полуострове
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Лебедева Елена Валентиновна, Ботанический институт им. В.Л. Комарова, Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
В работе представлены результаты многолетних исследований по изучению влияния выбросов предприятий цветной металлургии (медно- никелевые комбинаты «Североникель» и «Печенганикель» и Кандалакшский алюминиевый завод) на численность, биомассу, видовое разнообразие и структуру комплексов почвенных микроскопических грибов. Выявлено достоверное снижение численности и биомассы комплексов микромицетов в зоне воздействия промышленных предприятий, изменение видового состава и смена доминирующих видов. Выявлены виды биоиндикаторы на загрязнение почв фтором и тяжелами металлами. Отмечено увеличение доли темноокрашенных микромицетов в районе медно-никелевых предприятий и ее снижение вблизи алюминиевого предприятия.
Ключевые слова
микромицеты, загрязнение, фтор, тяжелые металлы, биоиндикаторы
Введение

Микроскопические грибы имеют важное биоиндикационное значение в экологической оценке наземных экосистем. Проявление биоиндикационных признаков микромицетов фиксируется на разных уровнях организации микобиоты – уровнях сообществ, популяций и организмов (Терехова, 2007). Сообщества почвенных микромицетов устойчивы к техногенным воздействиям, поэтому необходимы значительные нагрузки для того, чтобы произошли заметные изменения их состава и структуры. На территории Мурманской области расположены три крупных промышленных предприятия: комбинат «Североникель» (г. Мончегорск, 1935 г.), комбинат «Печенганикель» (г. Заполярный и п. Никель, 1940 г.) и Кандалакшский алюминиевый завод (КАЗ) (г. Кандалакша, 1955г.). Выбросы предприятий, несомненно, оказывают негативное влияние на состояние воздуха, почвы и почвенной микобиоты, влияют на ее численность, видовой состав и структуру.

Методы и материалы

Исследования в зоне воздействия комбината «Североникель» проводили в 70-е годы прошлого столетия, а также в 2007-2009гг., в районе комбината «Печенганикель» - в 2012-2014 гг., в зоне КАЗа – в 2003-2006, 2011-2015гг. На основании состояния почвенного покрова и содержания приоритетных загрязнителей в почве Cu и Ni (для медно-никелевых предприятий) и F (для алюминиевого завода) было проведено зонирование территорий по градиенту загрязнения. В районе комбината «Североникель» выделено 3 зоны: зона сильного загрязнения распространяется на небольшое расстояние от комбината (до 3 км), зона среднего загрязнения - до 25 км, фоновая зона – на расстоянии 50 км от источника выбросов. В районе комбината «Печенганикель» выделено 4 зоны: сильного загрязнения– до 3 км от источника выбросов,среднего загрязнения – до 16 км, слабого загрязнения – до 25 – 30 км в юго-западном направлении и фоновая зона – в 50 км от завода (Евдокимова и др., 2014). В районе КАЗа выделено 3 зоны: до 2 км – зона сильного загрязнения, до 15 км – зона умеренного загрязнения и фоновая зона – в 50 км от завода (Евдокимова и др., 2013).Отбор почвенных образцов (Al-Fe-гумусовые подзолы) проводили на стационарных площадках, расположенных по градиенту загрязнения воздушными выбросами промышленных предприятий.Численность микромицетов определяли методом посева на питательную среду сусло-агар с молочной кислотой. Биомассу грибов - методом флуоресцентного микроскопирования с использованием темноокрашенных поликарбонатных мембранных фильтров Nucleopor Blaсk с диаметром 0.8 мкм. Идентификацию микроскопических грибов проводили на основе культурально-морфологических признаков с использованием стандартных определителей.В лабораторном опыте по определению степени токсичности фтора и меди для микромицетов использовали следующие концентрации фтор-иона, мг/л: 50, 100, 300, 500, 700 и иона меди, мг/л: 10, 50, 100, 300, 500. Сравнивали биомассу культур, инкубированных на среде с различной концентрацией загрязняющих веществ, с контрольным вариантом.

Полученные результаты

Еще в конце прошлого столетия была выявлена устойчивость грибов к высоким концентрациям тяжелых металлов (Cu, Ni, Co) в почвах. В эпицентре загрязнения выбросами комбината «Североникель» (грунты промышленной площадки) микромицеты были абсолютными доминантами в микробном комплексе на фоне ингибированного прокариотного компонента (Евдокимова, 1995). Однако их численность достоверно снижалась вблизи медно-никелевых предприятий. В зоне воздействия комбината «Североникель» численность почвенных микромицетов начинает повышаться на расстоянии 10-15 км от комбината, достигая 100-125 тыс. КОЕ в 1 г против 0.1-3.0 тыс. КОЕ/г вблизи источника выбросов.В районе комбината «Печенганикель» численность грибов существенно увеличивалась с 16 по 30 км, достигая 400 тыс. КОЕ/г, что в 40 раз больше, чем вблизи завода.

Данные по биомассе грибов, рассчитанные на основании прямого микроскопирования, свидетельствуют о глубокой деградации почв в зоне воздействия комбината. Биомасса почвенной микобиоты в зоне сильного загрязнения в районе комбината «Североникель» (0.8±0.2 мг/г) была в 2 – 6 раз,  а в зоне воздействия комбината «Печенганикель» (0.6±0.1 мг/г) почти в 14 раз меньше, чем в фоновой почве.

Выбросы алюминиевого завода также оказывают ингибирующее действие на развитие почвенных микромицетов. Численность грибов в почве сильнозагрязненного участка (65±13 тыс. КОЕ/г) была в 2 раза меньше количества грибов в почве умереннозагрязненного участка (128±29 тыс. КОЕ/г) и в 4 раза меньше, чем на фоновом участке (253±32 тыс. КОЕ/г). Причем эти различия четче выявляются при определении численности грибов методом посева на питательную среду, чем при определении  биомассы грибов прямым микроскопическим методом.

В районе комбината «Североникель» из почвы зоны сильного загрязнения было выделено 39 видов микромицетов, зоны среднего загрязнения - 49 видов и фонового участка 54 вида. На всех участках по видовому разнообразию доминировали грибы рода Реnicillium. Особый интерес представляет увеличение доли представителей рода Aspergillus от 7 % в фоновой почве до 13 % в сильнозагрязненной. Грибы данного рода доминируют в южных почвах, тенденция к увеличению их разнообразия в антропогенно-загрязненных почвах отмечалась ранее рядом исследователей (Лебедева, 1993; Зачиняева, Лебедева, 2005;Марфенина, 2005). Доля представителей порядка Mucorales, как известно, чувствительных к разного рода антропогенным загрязнениям, снижается с 11% в фоновой почве до 5 % в сильнозагрязненной. В зоне сильного загрязнения доминируют виды Penicillium spinulosum, P. glabrum, Trichoderma viride,в фоновой -P. implicatum, Umbeloposis isabellina, Mortierella longicollis. В тоже время в почве данной зоны не выявлены виды грибов, выделяемые из фоновой почвы: Acremonium kiliense,Aureobasidium pullulans, Gliocladium fimbriatum, Mortierella ramanniana, M. longicollis , Mucor griseo-cyanus, M. racemosus, Penicillium adametzii, P. brevicompactum, P. citrinum, P. commune, P. cyaneum, P. janczewskii, P. lanoso-coeruleum, P. lividum, P. notatum, P. steckii, P. variabile, P. viridicatum, P. verrucosum, Torula herbarum, Trichoderma hamatum, T. lignorum, Umbelopsis isabellina. Однако в зоне сильного загрязнения отмечалось появление таких грибов, как Aphanocladium aranearum, Aspergillus fumigatus, A. terreus, A. ustus, Penicillium aurantiogriseum, P. funiculosum, P. lilacinum, P. luteum, P. ochrochloron, P. jensenii, Philophora melinii.

Видовое разнообразие комплексов почвенных микроскопических грибов в районе комбината «Печенганикель» представлено в зоне сильного загрязнения 8 видами, среднего загрязнения - 10, в зоне слабого - 14, на фоновом участке  18 видами. Одной из причин низкого видового разнообразия комплексов микромицетов  в зоне комбината «Печенганикель» является более короткий период исследований в этом районе (2012 -2014гг.)и расположение завода в более суровых климатических условиях. Грибы р. Penicillium составляли почти 50% от общего количества выделенных видов. Вид Torula lucifuga встречался только в почве сильнозагрязненного участка, а виды Gliomastix murorum var. murorum, Memnoniella echinata, Mortierella longicollis, Myxotrichum deflexum, Penicillium canescens, P. chermesinum, P. implicatum, P. lividum, Phoma eupyrenaтолько в фоновой.В зоне сильного загрязнения по обилию доминировал гриб Trichoderma viride,на участке со слабым загрязнением - P. trzebinskii; в зоне среднего загрязнения и на фоновом участке - P. raistrickii.

Видовое разнообразие комплексов микроскопических грибов в зоне воздействия КАЗа представлено 31 видом, на фоновом участке – 35 видами. Виды Aspergillus repens, Exophiala jeanselmei, Penicillium aurantiogriseum, P. commune, P. lividum, P. nalgiovense, P. ochrochloron, Talaromyces variabilis, Torula herbarum, Trichoderma koningii встречались только в 2 км зоне, виды P. corylophilum, P. godlewskii, Sclerotinia sclerotiorum, T. polysporum, Wardomyces anomalusна фоновым участке. В почве вблизи алюминиевого завода (2 км от завода) доминировали виды P. spinulosum, P. implicatum и Trichoderma viride; на фоновом участке -Cladosporium resinae, P. trzebinskii, Umbelopsis isabellina.

Важным показателем влияния выбросов промышленных предприятий на состав грибных комплексов в почве является изменение количества светло- и темноокрашенных грибов. В наших исследованиях показано, что  промышленные предприятия по-разному влияли на этот показатель. Выбросы медно-никелевых предприятий стимулировали развитие темнопигментированных грибов. Их доля возрастала в 2 раза по сравнению с фоном. Выбросы алюминиевого предприятия, напротив, угнетали развитие темноокрашенных грибов. Однако лабораторные опыты по определению степени токсичности фтора для микромицетов, выделенных из почв, загрязненных выбросами алюминиевого завода показали, что виды, способные развиваться при высоких концентрациях фтора относились к группе темноокрашенных.Самым устойчивым к фтору оказался темноокрашенный гриб Cladosporium cladosporioides, менее устойчивым - вид Alternaria alternata, умеренно-толерантными - Amorphoteca resinae, Wardomyces anomalus.

В ходе исследований был выявлен вид-биоиндикатор Aspergillus niger. Несмотря на то, что тяжелые металлы оказывают более сильное воздействие на живые организмы, чем фтор, гриб Aspergillus niger оказался более чувствителен к фтору, чем к меди. Даже при низких концентрациях фтора в среде (50 мг/л) отмечалось снижение биомассы культуры, ингибирование процесса спорообразования и пигментации спор.

Заключение

Выбросы промышленных предприятий медно-никелевого и алюминиевого производства, расположенных на территории Кольского полуострова, подавляют развитие почвенных микроскопических грибов, снижая их численность, биомассу, приводят к изменению видового состава и структуры их комплексов. К выбросам медно-никелевых предприятий наиболее чувствительны представители пор. Mucorales (грибы рр.Mortierella, Umbelopsis, Mucor) и некоторые виды рр.Acremonium, Gliocladium, Gliomastix, Memnoniella, Myxotrichum, Penicillium, Phoma, Torula, Trichoderma. Вблизи комбинатов в составе грибных комплексов появляются виды рр. Aspergillus, Aphanocladium, Phialophora, Penicillium и Torula, которые не встречаются в фоновой почве. Чувствительными к выбросам алюминиевого предприятия являются представители рр. Penicillium, Sclerotinia, Trichoderma и Wardomyces, устойчивымиAlternaria, Aspergillus, Cladosporium, Exophiala, Penicillium, Talaromyces,Torula, Trichoderma. Вблизи медно-никелевых предприятий доля темноокрашенных микромицетов в почве возрастает, а в районе алюминиевого завода, напротив, снижается, по сравнению с незагрязненной почвой. Однако виды микромицетов, наиболее устойчивые к высоким концентрациям фтора (Alternaria alternata,Amorphoteca resinae,Cladosporium cladosporioides, Wardomyces anomalus), относятся к группе темноокрашенных. Вид-биоиндикатор Aspergillus niger более чувствителен к фтору, чем к меди. При низкой концентрации фтора в среде (50 мг/л) отмечалось снижение биомассы культуры, ингибирование процесса спорообразования и пигментации спор.

Цитируемая литература
Евдокимова Г.А., Корнейкова М.В., Мозгова Н.П. Изменения свойств почв и почвенной биоты в зоне воздействия аэротехногенных выбросов Кандалакшского алюминиевого завода // Почвоведение. № 10. 2013. С. 1274-1280.
Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П. Микрофлора почв тундровой зоны Кольского полуострова // Почвоведение. 1995. № 12. С.1487–1497.
Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П., Корнейкова М.В.Cодержание и токсичность тяжелых металлов в почвах зоны воздействия газовоздушных выбросов комбината “Печенганикель”// Почвоведение. № 5. 2014.С. 625–631.
Зачиняева А.В., Лебедева Е.В. Микромицеты загрязненных почв Северо-западного региона России и их роль в патогенезе аллергических форм микозов // Микология и фитопатология. 2005. Том 37, вып. 5. С. 69–73.
Лебедева Е.В. Микромицеты почв в окрестностях комбината цветной металлургии на Кольском полуострове // Микология и фитопатология. 1993. Т.27, вып.1. С. 12–17.
Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М.: Медицина для всех, 2005. 196 с.
Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. – М.: Наука, 2007. – 215 с.
Благодарности
Авторы выражают благодарность д.б.н., профессору Евдокимовой Г.А. за ценные советы и рекомендации в ходе проведения исследований, а также с.н.с. лаборатории экологии микроорганизмов ИППЭС КНЦ РАН Мозговой Н.П. за помощь в проведении работы.
Название, авторы, резюме (на английском языке)

SOIL MICROMCETES - BIOINDICATORS OF POLLUTION ON THE KOLA PENINSULA

Korneykova M.V.1, Lebedeva E.V.2

1Institute of the Industrial Ecology Problems of the North Kola Science Centre RAS, Apatity

2Botanical Institute by V.L. Komarov RAS, Saint Petersburg

 

The results of years researches of the effect of non-ferrous metallurgy plants emissions (copper-nickel plants "Severonikel" and "Pechenganikel" and Kandalaksha aluminum plant) on the number, biomass, species diversity and structure of soil microscopic fungic omplexes are presented. A significant decrease in the number and biomass micromycete complexes in the area affected plants, changes in species composition and structure are revealed. Species-bioindicators of fungi of soil pollution by heavy metals and fluorine are note. An increasing proportion of dark-colored micromcetes in the area of copper-nickel plants and its decline near the aluminum plant are presented.