Регистрация / Вход
Прислать материал

Альгоиндикация состояния почв г. Москвы

Сведения об участнике
ФИО
Дорохова Марина Феликсовна
ФИО (на английском языке)
Dorokhova Marina Felixovna
Название организации
МГУ им. М.В. Ломоносова
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биоиндикация и химический анализ в экологическом мониторинге
Название доклада
Альгоиндикация состояния почв г. Москвы
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Нет
Аннотация
Изучен состав и структура сообществ микроводорослей в почвах разных функциональных зон двух административных округов г. Москвы. Установлено, что на ценотическом уровне водоросли являются чуткими индикаторами общего уровня антропогенного воздействия на почву в условиях города, при этом их состав отражает интенсивность изменения щелочно-кислотных условий и общего содержания водорастворимых солей.
Ключевые слова
альгоиндикация, микроводоросли, урбаноземы, антропогенная трансформация
Введение

Микроскопические фотосинтезирующие ораганизмы - водоросли - являются постоянным компонентом почвенной микробиоты, представляя ее фототрофный блок. Они обладают высокой чувствительностью к трансформации свойств почвы (щелочно-кислотных условий, содержания водорастворимых солей, уровня содержания потенциально токсичных веществ) и быстро реагируют на изменение среды обитания. В трансформированных почвах происходит перестройка видового состава и структуры сообществ водорослей, направление и глубина которой отражают интегральное действие комплекса антропогенных факторов на почву, что лежит в основе метода альгоиндикации. Данные, полученные этим методом, дополняют сведения о геохимическом состоянии почвы и находят применение при оценке состояния городских почв (Москвич, 1972; Кабиров, 1991; Яковлев, 1997; Домрачева и др., 2012). Для индикации состояния почв г. Москвы почвенные водоросли были впервые использованы А.С. Яковлевым (1997). Его исследования показали, что сообщества почвенных водорослей претерпевают существенные структурные изменения, отражающие степень антропогенной трансформации городских почв в разных функциональных зонах мегаполиса. В этой пионерной работе, однако, не рассматривалось влияние такого важного для г. Москвы фактора воздействия на почвенную микробиоту, как антропогенное засоление городских почв вследствие сезонного внесения противогололедных реагентов.

Несмотря на перспективность метода альгоиндикации для мониторинга городской среды, подобные исследования в г. Москве больше не проводились, что определяет их актуальность в современных условиях.

Цель данной работы заключалась в выявлении особенностей состава и структуры водорослевых сообществ для индикации основных направлений и степени трансформации почв г. Москвы. 

Микроскопические фотосинтезирующие ораганизмы - водоросли - являются постоянным компонентом почвенной микробиоты, представляя ее фототрофный блок. Они обладают высокой чувствительностью к трансформации свойств почвы (щелочно-кислотных условий, содержания водорастворимых солей, уровня содержания потенциально токсичных веществ) и быстро реагируют на изменение среды обитания. В трансформированных почвах происходит перестройка видового состава и структуры сообществ водорослей, направление и глубина которой отражают интегральное действие комплекса антропогенных факторов на почву, что лежит в основе метода альгоиндикации. Данные, полученные этим методом, дополняют сведения о геохимическом состоянии почвы и находят применение при оценке состояния городских почв (Москвич, 1972; Кабиров, 1991; Яковлев, 1997; Домрачева и др., 2012). Для индикации состояния почв г. Москвы почвенные водоросли были впервые использованы А.С. Яковлевым (1997). Его исследования показали, что сообщества почвенных водорослей претерпевают существенные структурные изменения, отражающие степень антропогенной трансформации городских почв в разных функциональных зонах мегаполиса. В этой пионерной работе, однако, не рассматривалось влияние такого важного для г. Москвы фактора воздействия на почвенную микробиоту, как антропогенное засоление городских почв вследствие сезонного внесения противогололедных реагентов.

Несмотря на перспективность метода альгоиндикации для мониторинга городской среды, подобные исследования в г. Москве больше не проводились, что определяет их актуальность в современных условиях.

Цель данной работы заключалась в выявлении особенностей состава и структуры водорослевых сообществ для индикации основных направлений и степени трансформации почв г. Москвы. 

Методы и материалы

Исследования проведены в Северо-Западном (СЗАО) и Западном (ЗАО) административных округах г. Москвы. СЗАО характеризуется давним промышленным освоением, наличием двух междугородних автостанций и железнодорожного транспорта; в его пределах были изучены промышленная, транспортная и селитебная функциональные зоны. Особенностью функциональной структуры в СЗАО является вклинивание промышленной зоны в жилые кварталы. ЗАО относится к районам с незначительным развитием промышленных производств, основным агентом антропогенного воздействия является автомобильный транспорт; были изучены транспортная и селитебная функциональные зоны. Зимой дополнительным источником антропогенного воздействия на почвы во всех районах города становятся противогололедные реагенты. Противогололедные смеси в настоящее время используют на автомагистралях, тротуарах в жилых кварталах, в промышленных и даже в рекреационных зонах г. Москвы. Во всех функциональных зонах почвы представлены урбаноземами, которые развиваются под сеяными сорнотравно-злаковыми группировками на газонах.

Фоновые освоенные дерново-подзолистые почвы изучены в Одинцовском районе Московской области. В настоящее время они развиваются под сеяными луговыми сообществами с преобладанием тимофеевки луговой.

Объектом исследования послужили поверхностные (0-5 см) горизонты почв, испытывающие наиболее сильное антропогенное воздействие. Пробы почв с соблюдением стерильности были отобраны весной, после схода снежного покрова, в разных функциональных зонах города и на фоновом участке.

Почвенные водоросли изучены общепринятыми в почвенной альгологии методами (Голлербах, Штина, 1969). Экологические характеристики диатомовых водорослей-индикаторов щелочно-кислотных условий и содержания водорастворимых солей взяты из монографии С.С. Бариновой с соавторами (2006).

Полученные результаты

В фоновых освоенных дерново-подзолистых почвах под луговыми сообществами наиболее разнообразны зеленые и синезеленые водоросли (рис. 1), что свойственно незагрязненным дерново-подзолистым почвам под травянистыми фитоценозами. Развитию синезеленых и диатомовых водорослей способствует отсутствие опада на поверхности почвы весной, поэтому они постоянно входят в комплекс доминирующих видов наряду с нитчатыми зелеными водорослями (Голлербах, Штина, 1969). 

Рис. 1. Число видов водорослей в фоновых дерново-подзолистых почвах (луг) и в почвах г. Москвы на газонах: Т – транспортная, С – селитебная, П – промышленная функциональные зоны

В городских почвах газонов отсутствие подстилки на поверхности так же, как и в фоновых дерново-подзолистых почвах под луговой растительностью, благоприятствует развитию синезеленых и диатомовых водорослей. В то же время антропогенная трансформация почв в городе (подщелачивание, загрязнение тяжелыми металлами и сезонное засоление) во всех группах водорослей (включая синезеленые и диатомовые) «отбирает» виды, способные расти в условиях городской среды. В урбаноземах появляются виды водорослей, устойчивые к высокому содержанию водорастворимых солей, тяжелым металлам и предпочитающие нейтральную и щелочную среду. При этом чувствительные к антропогенному воздействию виды исчезают, видовой состав водорослей в городских почвах по сравнению с фоновыми освоенными дерново-подзолистыми почвами под луговыми сообществами существенно изменяется. Глубина этих  изменений отражается в первую очередь на соотношении основных отделов водорослей в сообществах и их общем видовом разнообразии. Структура водорослевых сообществ, аналогичная таковой в фоновых почвах, сохраняется только в урбаноземах транспортной зоны ЗАО, как и высокий уровень видового разнообразия водорослей (рис. 1), что соответствует наименьшему интегральному антропогенному изменению свойств почв. Нарастание антропогенной нагрузки в изученном ряду городских почв приводит к увеличению разнообразия и роли диатомовых в водорослевых сообществах, что проявляется уже в урбаноземах селитебной зоны ЗАО, но наиболее ярко выражено в урбаноземах СЗАО. В  промышленной функциональной зоне СЗАО также в наибольшей степени проявляется уменьшение видового разнообразия водорослевых сообществ. Это свидетельствует о высоком уровне антропогенной нагрузки на почвы, что подтверждают полученные нами данные о химическом составе почв (Дорохова и др., 2015).

О глубине перестройки видового состава сообществ водорослей, обитающих в городских почвах, можно судить по соотношению экологических групп диатомовых  водорослей-индикаторов факторов внешней среды. Особенно информативными при этом являются данные о соотношении видов-индикаторов уровня содержания солей и щелочно-кислотных условий, позволяющие выявить многолетнюю интенсивность засоления и изменения рН в городских почвах. Среди видов-индикаторов наибольшее количество данных имеется для диатомовых водорослей (Баринова и др., 2006), поэтому соотношение экологических групп было изучено для комплекса диатомовых водорослей.

В освоенных дерново-подзолистых почвах фонового участка в составе диатомовых водорослей галофильные виды отсутствуют, что свидетельствует о низком содержании в почвах водорастворимых солей. Доля алкалифильных видов диатомовых (предпочитающих щелочную среду) составляет в них 40%, что указывает на периодическое известкование почв.

Во всех изученных урбаноземах галофильные виды диатомовых водорослей являются характерным компонентом водорослевых сообществ: в селитебной и транспортной зонах ЗАО и СЗАО они составляют 18-33% от общего числа видов диатомовых, а в промышленной зоне СЗАО – 40%. Это свидетельствует о хроническом сезонном засолении почв, подтвержденном данными их химических исследований.  Выявлены виды-индикаторы засоления почв - Luticola ventricosa (Kütz.) Mann, Luticola nivalis (Ehr.) Mann.

В урбаноземах всех функциональных зон ЗАО и СЗАО антропогенное подщелачивание почв вызывает локальное увеличение доли алкалифильных видов выше фоновых значений. Максимальная доля алкалифильных видов диатомовых водорослей  (60%) обнаружена вблизи МКАД, в некоторых дворах и в промышленной зоне СЗАО. 

Заключение
  1. Антропогенное воздействие на почвы в г. Москве приводит к формированию специфических сообществ почвенных микроводорослей, основу которых составляют виды, устойчивые к засолению почв и подщелачиванию, загрязнению их тяжелыми металлами и другими поллютантами и сильной инсоляции. Интенсивность интегрального воздействия этих факторов проявляется в таких показателях водорослевых сообществ, как структура и общее видовое разнообразие.
  2. Соотношение индикаторных видов диатомовых в сообществах городских почв отражает интенсивность их подщелачивания и сезонного засоления.
  3. Совокупность параметров водорослевых сообществ свидетельствует в целом о более интенсивной антропогенной нагрузке на почвы в СЗАО (по сравнению с ЗАО), что соответствует данным о химическом составе изученных городских почв.
  4.  Полученные результаты показывают перспективность использования почвенных водорослей в качестве биоиндикаторов состояния городских почв.
Цитируемая литература
Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды.Тель-Авив: Pilies Studio, 2006. 498 c.
Голлербах М.М., Штина Э.А. Почвенные водоросли. Л.: Наука, 1969. 228 с.
Домрачева Л.И., Кондакова Л.В., Зыкова Ю.Н., Ефремова В.А. Альго-цианомикологические комплексы в городских почвах // Особенности урбоэкосистем подзоны южной тайги Европейского Северо-Востока / Под ред. Т.Я. Ашихминой, Л.И. Домрачевой. Киров: Изд-во ВятГГУ, 2012. С. 120-168.
Дорохова М.Ф., Кошелева Н.Е., Терская Е.В. Экологическое состояние городских почв в условиях антропогенного засоления и загрязнения (на примере Северо-Западного округа Москвы) // Теоретическая и прикладная экология. 2015, №4. С. 11-20.
Кабиров Р.Р. Почвенные водоросли техногенных ландшафтов: Дисс…. д.б.н. / Санкт-Петербургский гос. университет, биологический факультет. С.-П., 1991. 345 с.
Москвич Н.П. Альгологическая характеристика и санитарное состояние городских почв: Дис….к.б.н. Ворошиловград, 1972. 255 с.
Яковлев А.С. Биологическая диагностика целинных и антропогенно измененных почв: Дисс…. д.б.н. / МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения. М., 1997. 335 с.
Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке Русского географического общества (договор № 07/2014-П1).
Название, авторы, резюме (на английском языке)

Algae indication of soil condition in Moscow

Dorokhova M.F.

Composition and structure of microalgae communities in soils of different functional zones of two administrative districts in Moscow were studied. It was found that algae are sensible indicators of anthropogenic impact on soil in urban environment, the composition of algae communities correlate with the intensity of changes in pH conditions and total amount of water soluble salts.