ИССЛЕДОВАНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОГО СОСТАВА И САНИТАРНО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВЕННОЙ ПРОТИСТОФАУНЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ г. МУРМАНСКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОГО СОСТАВА И САНИТАРНО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВЕННОЙ ПРОТИСТОФАУНЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ г. МУРМАНСКА
Аннотация
В статье представлены результаты исследования таксономического состава и санитарно-микробиологических показателей почвенной протистофауны урбанизированных ландшафтов г. Мурманска (лесная зона, пригородная и городская). Показано, что во всех пробах доминирующими видами являются эврибионтные инфузории: кольподиды и окситрихиды, а также круглые черви. Согласно коэффициенту общности биотопов, наибольшее сходство было отмечено в лесной и пригородной зоне, наименьшее сходство — между пригородной и городской. Индекс видового разнообразия принимает наибольшее значение в пригородной зоне, минимальное значение индекса — в лесной. Санитарно-микробиологический анализ почв выявил, что почва лесной зоны является чистой по показателям общего микробного числа (ОМЧ), слабо загрязненной по наличию бактерий группы кишечной палочки. Почва пригородной зоны является чистой по всем показателям. Городская зона является чистой только по ОМЧ, по показателям бактерий группы кишечной палочки почва слабо загрязнена.
1. Введение
В связи с ростом урбанизации повысилось внимание к городским почвам , , , . С участием почв в антропоэкосистемах города протекают биогеохимические циклы различных химических веществ природного и техногенного происхождения. Особую значимость в урбанизированных ландшафтах приобретает протекторная функция почвы. Благодаря специфическим биогеохимическим свойствам и огромной активности поверхности тонкодисперсной части почва превращается в «депо», задерживающее загрязняющие вещества, и одновременно становится одним из важнейших биогеохимических барьеров для многих из них (тяжёлых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и т.д.) на пути их миграции из атмосферы города в грунтовые воды и речную сеть , , , . В почве обитает большое количество разнообразных простейших (Protozoa), которые различаются экологией и численностью, выполняя множество полезных функций: регулируют численность и физиологическую активность микрофлоры, выделяют биологически активные вещества, стимулируют рост микроорганизмов, корней растений, повышают всхожесть семян, подавляют активность вредных для растений грибов, служат пищей другим организмам , , .
Цель — исследовать таксономический состав и санитарно-микробиологические показатели почвенной протистофауны урбанизированных ландшафтов г. Мурманска.
2. Методы и принципы исследования
Материалом для исследования послужили пробы органогенного горизонта почвы, взятые на урбанизированных территориях г.Мурманска летом 2024 года методом конверта с трех площадок:
Первая площадка (проба А) — почва, отобранная в лесной зоне. Древесный ярус лесной зоны представлен в основном березой (Betula sp.) с незначительной примесью ивы (Salix L.). Травянистый ярус имеет пятнистый характер, слабо выражен. Основу мохово-лишайникового покрова составляет кукушкин лен (Polytrichum commune) и другие зеленые мхи. Почвенный профиль состоит из органогенного горизонта 0,5–1 см и песка.
Вторая площадка (проба Б) – почва, отобранная в пригородной зоне. В переходной зоне древесный ярус также представлен в основном березой (Betula sp.) и ивами (Salix L). Растительный покров представлен мощным моховым слоем. Органогенный горизонт маломощный, толщиной примерно 1 см.
Третья площадка (проба В) — почва, взятая в городской зоне. В городской зоне древесная растительность представлена преимущественно ивой (Salix L.) Травянистый покров сплошной и состоит из типичной злаковой растительности. Мощность органогенного горизонта 1,0–1,5 см .
Идентификацию почвенных микроорганизмов проводили спустя 7 суток после закладки опыта. Просмотр и подсчёт проб объёмом 4 мл проводили при увеличении микроскопа об.10х, ок.10х; бинокуляра об.7х, ок.8х в одном поле зрения микроскопа в десятикратной повторности , .
Индекс видового разнообразия Маргалефа определяли по формуле:
где S — количество видов; ln N – натуральный логарифм количества особей. Коэффициент принимает максимальное значение, если все особи принадлежат к разным видам (S – N).
Коэффициент сходства биотопов (индекс Серенсена) рассчитан по формуле:
где a — число видов в первом биотопе, b — число видов во втором биотопе, c — число видов сходных для обоих биотопов.
Поскольку большинство исследуемых проб оказались бедными по видовому разнообразию, решено было поместить в чашки Петри по 30 мл почвенной суспензии, добавить дрожжи (на кончике шпателя) и поставить в термостат (t=25±10C) на три недели. Показания снимали 1–2 раза в неделю.
Оценка санитарного состояния почвы по бактериологическим и микробиологическим показателям производилась с помощью стерильных шприцев объемом 10 мл в трехкратной повторности.
Определение общего микробного числа (ОМЧ) в почве: 1 г почвы добавили в пробирку к 9 мл стерильного физиологического раствора. Полученное таким образом первое разведение (10-1) засевали в количестве 1 мл в предварительно расплавленную среду РПА (рыбопептонный агар). Культивировали в термостате (370С) в течение 24 часов и производили подсчет выросших на питательной среде колонии образующих единиц (КОЕ) .
Определение титра кишечной палочки в почве: для определения титра кишечной палочки в почве использовали навеску в количестве 1 г и разведение почвы от 10-1 до 10-4. По 1 мл. с каждого разведения засевали в 5 мл среды Кесслера. Пробирки помещались в термостат (37ºС) на 24 часа. Далее с каждой пробирки со средой Кесслера делали пересев на плотную среду Эндо. Засеянные чашки культивировались также при 370С до 24 часов. Затем производили подсчет выросших на питательной среде КОЕ.
Определение титра Clostridium perfringens в почве: для определения титра Сl. perfringens использовали разведение почвы 10-1 – 10-5, из которого в количестве 1 мл засевали в пробирки с 5 мл среды, состоящей из пептонной воды и молока. Для освобождения от посторонней не спороносной микрофлоры посевы прогревали в водяной бане при 800С в течение 15 минут, затем выдерживали в термостате при 37◦С 24 часа. После культивирования пробирки осматривались на предмет помутнения и выпадения хлопьевидного осадка (МУ № 1446 – 76).
Достоверность результатов исследования подтверждалось с помощью пакета анализа данных прикладной программы Microsoft Excel (p≤0,01)посредством сравнительного статистического критерия φ* – угловое преобразование Фишера (φ*кр=2,31; p≤0,01).
3. Результаты и обсуждение
3.1. Таксономический состав почвенных проб
Рисунок 1 - Oxytricha sp
Рисунок 2 - Nematoda sp
Рисунок 3 - Philodina sp
Рисунок 4 - Colpoda sp
Рисунок 5 - Vorticella sp
Рисунок 6 - Vorticella sp
Отмечено, что почвенные микроорганизмы, обнаруженные в городской зоне, имеют меньшие размеры, чем протисты лесной зоны, что обусловлено механическими и физико-химическими свойствами почвы, а также антропогенной преобразованностью биоценозов.
3.2. Расчет индекса видового разнообразия Маргалефа и коэффициента Серенсена
При расчёте показателя в ёмкости с землей по коэффициенту сходства биотопов (2), выявлено, что А - Б проба: Ks = 85,7%; А - В проба: Ks = 85,7%; Б - В проба: Ks = 75,0%. Таким образом, число видов в пробах А и Б, пробах А и В характеризуется наибольшим коэффициентом общности (85,7%). В пробах Б и В число общих видов несколько меньше и составляет 75%.
По оценке разнообразия проб (1) проба А: d = 4,2; проба Б: d = 6,2; проба В: d= 10,1. Согласно расчетам, наибольшее видовое разнообразие простейших отмечается в пробе В (городская зона). Наименьшее видовое разнообразие определено в пробе А (лесная зона) (φ*эмп=2,54; p≤0,01).
При расчёте аналогичных показателей в чашке Петри с дрожжами после термостатирования сравнили исследуемые пробы по коэффициенту сходства биотопов Ks (2): А - Б проба - Ks = 25%; А - В проба — Ks = 25%; Б - В проба — Ks = 33,3%. Подкормка почвенной суспензии дрожжами привела к изменению таксономического состава проб за счет перехода простейших из покоящейся стадии (цисты) в активную фазу развития. После подкормки в пробах были дополнительно обнаружены стилонихии и сувойки и увеличенная численность окситрих. По-прежнему коэффициент Серенсена одинаковый в пробах А и Б, А и В (25%). Наименьшее значение коэффициента — в пробах Б и В.
По оценке видового разнообразия выявлено, что (1): проба А - d = 9,8; проба Б - d = 6,6; проба В: d= 16,8. После подкормки и термостатирования значение индекса видового разнообразия Маргалефа увеличилось в пробах А (d=9,8) и В (d=16,8) (φ*эмп=2,70; p≤0,01). В пробе Б индекс остался без изменений.
Оценка санитарного состояния почвы по бактериологическим и микробиологическим показателям проводилась по трем показателям (Табл. 1):
- ОМЧ (общее микробное число на чашке Петри со средой РПА).
- БГКП (бактерии группы кишечная палочка).
- Спорообразующие бактерии Clostridium perfringens.
Таблица 1 - Схема санитарной оценки почвы по бактериологическим показателям
Оценка почвы | Общее число бактерий в 1г почвы | Титр в 1 г | Титр в мл |
Чистая | 10 000 | Выше 1 | Выше 0,1 |
Слабо загрязненная | Не более 10 00 | 1 – 0,01 | 0,1 – 0,001 |
Умеренно загрязненная | 100 000 – 900 000 | 0,01 – 0,001 | 0,001 – 0,0001 |
Сильно загрязненная | 1 000 000 и выше | До 0,001 | До 0,0001 |
Примечание: МУ № 1446 – 76
3.3. Определение общего микробного числа (ОМЧ) в почве
Проба А (лесная зона). На чашке Петри из разведения 10-1 выросло 50 КОЕ, что в перерасчете на 1 г почвы составляет 50 10-1 КОЕ/г или 500 КОЕ/г. Пользуясь схемой санитарной оценки почвы по бактериологическим показателям, почва чистая, что соответствует ОМЧ 10 000 КОЕ/г.
Проба Б (пригородная зона). На чашке Петри из разведения 10-1 рост отсутствует. По бактериологическим показателям почва частая.
Проба В (Городская зона). На чашке Петри из разведения 10-1 выросла 1 КОЕ, что в перерасчете на 1 г почвы составляет 1 ∙10-1 КОЕ/Г или 10 КОЕ/г. По бактериологическим показателям почва чистая.
Таким образом, все исследуемые пробы почвы по показателю ОМЧ характеризуются как чистые.
Данные настоящего исследования согласовываются с результатами М. А. Водяновой по определению биологических показателей в системе мониторинга урбанизированных почв Московской области и данными исследований Katansky А.А. по Мурманской области .
3.4. Определение титра кишечной палочки в почве
Проба А (лесная зона). При предварительном учете результатов посевов в среду Кесслера в пробирке с 1 г почвы и с разведением 10-1 зафиксирован рост (помутнение среды, образование пузырьков). Из разведения был сделан пересев на плотную среду Эндо. В разведениях 10-2 – 10-4 признаки роста отсутствовали и в пересеве на среду Эндо не нуждались. При окончательном учете результатов посевов на среде Эндо с посевом 1 г выросли колонии, которые при микроскопировании показали наличие Гр-палочек, характерных для бактерий группы кишечная палочка (БГКП). Количество колоний, выросших на среде Эндо, составляет 50 КОЕ/г, что указывает на слабую загрязненность почвы. Наличие кишечной палочки в почве показывает фекальное загрязнение, что, возможно, связано с жизнедеятельностью лесных животных и выгулом собак, так как лес находится в непосредственной близости от поселка.
Проба Б (пригородная зона). При предварительном учете результатов посевов в среду Кесслера во всех пробирках отсутствовали признаки роста колоний кишечной палочки. При пересеве на плотную среду Эндо из среды Кесслера, содержащего 1 г почвы и 1 мл из разведения 10-1, также зафиксировано отсутствие кишечной палочки, что может подтверждать чистоту почвы или наоборот — подтверждать сильное антропогенное загрязнение.
Проба В (городская зона). При учете результатов посевов в среду Кесслера в пробирке с 1 г почвы зафиксирован рост (образование пузырьков). Был сделан пересев на плотную среду Эндо. В разведениях 10-1 – 10-4 признаки роста отсутствовали и в пересеве на среду Эндо не нуждались. При окончательном учете результатов посевов на среде Эндо и микроскопировании выявлены Гр-палочки, характерные для бактерий группы кишечная палочка (БГКП), что, возможно, объясняется выгулом собак на данной территории. Количество колоний составило 100 КОЕ/г, что выявляет слабое загрязнение почвы.
3.5. Определение титра Clostridium perfringens в почве
Проба А (лесная зона). В каждой пробирке с соответствующим посеянным разведением молоко не свернулось при культивировании, следовательно, в пробе отсутствуют клостридиальные палочки, и почва является чистой.
Проба Б (пригородная зона). Молоко свернулось в сгусток в пробирках со средой, засеянных разведениями 10-1 и 10-2 соответственно. Микроскопирование показало отсутствие Cl. perfringens, значит, почва чистая.
Проба В (городская зона). Молоко свернулось в сгусток в пробирках со средой засеянными разведениями 10-1 до 10-4. Микроскопирование показало наличие клостридий. Титр Cl. perfringens составил 0,0001, значит, почва является загрязненной. Загрязнение почвы клостридиями характерно для населенных пунктов, указывая на антропогенную нагрузку (Табл. 2).
Таблица 2 - Санитарно-микробиологические и бактериологические показатели
№ п/п | ОМЧ, КОЕ/1г | БГКП, КОЕ/1г | Cl. perfringens | |||
Фактическое значение | Норма | Фактическое значение | Норма | Фактическое значение | Норма | |
Проба А | 500 | 10 000 | 50 | 10 000 | Отсутствие роста | Выше 1 |
Проба Б | Отсутствие роста КОЕ на среде | 10 000 | БГКП отсутствуют | 10 000 | Отсутствие роста | Выше 1 |
Проба В | 10 | 10 000 | 100 | 10 000 | 0,0001 титр/г | Выше 1 |
Результаты санитарного состояния почвы по бактериологическим и микробиологическим показателям согласовываются с выводами Минченко Л. А. по санитарно-микробиологическим исследованиям почвы Волгоградской области с учётом антропогенной нагрузки .
4. Заключение
1. Таксономический состав проб характеризуется бедностью, достоверных различий видового состава между пробами не обнаружено. Во всех пробах доминирующими видами являются инфузории (Ciliata): Colpodidae, Oxytrichidae, Aspidiscidae и круглые черви Nematoda и Philodina.
2. Согласно коэффициенту общности Серенсена наибольшее сходство было отмечено в пробах А и Б, А и В — 85%. Наименьшее сходство проб отмечается между Б и В — 75%. После подкормки коэффициент Серенсена снизился и составил для проб А и Б, А и В — 25%, а для проб Б и В — 33%. Индекс видового разнообразия Маргалефа принимает наибольшее значение в пробе В (d=10), минимальное значение индекса отмечено в пробе А (d=4). Значение индекса видового разнообразия Маргалефа увеличилось в пробах А (d=10) и В (d=17). В пробе Б индекс остался без изменений.
3. Санитарно-микробиологический анализ почв показал: почва лесной зоны является чистой по показателям ОМЧ и клостридии, слабо загрязненной по БГКП. Почва пригородной зоны является чистой по всем показателям. Городская зона является чистой только по ОМЧ, по показателям БГКП почва является слабо загрязненной. По показателю Сl. perfringens является загрязненной, что указывает на антропогенную нагрузку.
В дальнейшем планируется исследование влияния абиотических, биотических и антропогенных факторов на изучаемые показатели почв.