Russian Federation
Russian Federation
UDK 504.75 Экология человека и окружающая среда
The composition and structure of complexes of mycelial microorganisms have been studied to assess violations of the soil microbiota in recreational areas of the Central district of Voronezh. The species composition of micromycetes and actinomycetes typical of the regional background is preserved in suburban forest park areas, and redistribution by degree of dominance was observed. The most disturbed microbial communities are the soils of recreational areas in the city center near highways, intersections and transport interchanges, regardless of their conservation status. Toxigenic and allergenic types of micromycetes appear in the rank of dominants, which poses a sanitary and hygienic danger to the urban population. In the most polluted soils, brightly pigmented sections of actinomycetes accumulate. The types of indicators for urban load have been identified. which can be used for mycological monitoring of recreational areas of the city.
soil bioindication, urban load, actinomycetes, micromycetes, recreational areas
Введение
На протяжении многих лет нами проводились исследования микробного сообщества почвы различных функциональных зон города Воронежа, на основании которых были предложены информативные показатели для проведения биомониторинга загрязнения почв в промышленных, транспортных и селитебных зонах. Наиболее удобными для микробиоиндикации почвы оказались мицелиальные микроорганизмы (микромицеты или плесневые грибы и актиномицеты – ветвящиеся бактерии) [6, 7, 8, 12].
Обычно в качестве фоновых почв в биоиндикационных исследованиях в городах используют почвы рекреаций как испытывающих минимальную антропогенную нагрузку. Ряд городских рекреаций в Воронеже имеют статус ООПТ («памятники природы» городского или регионального значения), кроме того, есть много старых и новых парков и скверов без природоохранного статуса. Однако многие рекреации расположены в центре города, вблизи оживлённых транспортных развязок и перекрёстков. Как известно, именно в условиях городских «пробок» двигатели автотранспорта работают в режиме «форсажа», продукты неполного сгорания топлива, содержащие токсичные поллютанты, оседают на почву.
Цель исследования – сравнительное изучение микробного сообщества разных категорий рекреаций города Центрального района города Воронежа и выбор параметров биоиндикации для оценки городской нагрузки на почвы рекреаций.
Материалы и методы исследования. Образцы почвы отбирали из слоя почвы 0–20 см в проекции кроны деревьев (типичная зональная растительность, преобладают берёза, клён, липа, тополь). Всего проанализировано 15 смешанных образцов почвы, отобранных в середине вегетационного сезона (июнь 2023 г.).
Варианты опыта: контроль – Воронежский биосферный заповедник; слабо нарушенные пригородные лесопарковые рекреационные зоны – Воронежская нагорная дубрава, санаторий им. М. Горького, окрестности ВГЛТУ, ВГАУ; рекреации со статусом ООПТ – дендропарк им. К.Д. Глинки, агробиостанция ВГПУ, Центральный городской парк, Кольцовский сквер; рекреации без природоохранного статуса - сквер у Дома офицеров, Первомайский сад, сквер по ул. Дзержинского, сквер «Надежда», Петровский сквер. Городские рекреации отличались также по месторасположению и удалённости от транспортных зон [1].
Почвы заповедника и пригородной лесной зоны – серые и темно-серые лесные, в черте города – техногенно-преобразованные почвы с нарушенными горизонтами или урбаноземы.
Учет численности микроорганизмов проводили методом посева на питательные среды (актиномицеты на крахмало-аммиачном агаре, микромицеты – на среде Чапека) [10, 12]. Видов состав микромицетов определяли с помощью классических определителей для разных классов грибов, секционный состав актиномицетов – по Гаузе [3]. Структуру комплексов оценивали по критерию частоты встречаемости и плотности вида [6]. Выделяли доминантные, часто встречающиеся и редкие виды. Токсигенные свойства видов описывали по работам [2, 5, 11, 13], аллергенные свойства – по работам [4, 5, 9, 13].
Результаты исследования и их обсуждение. Все виды, как грибов, так и актиномицетов, мы разделили на три группы по их реакции на городскую нагрузку. Чувствительными считали виды, ранг доминирования которых снижался в почвах городских рекреаций, устойчивыми считали виды, ранг которых не менялся в городе по сравнению с контролем, индикаторными на городскую нагрузку считали виды, ранг которых возрастал в почве городских рекреаций.
В табл. 1 представлены результаты исследования по комплексу почвенных микромицетов. Для того, чтобы понять, почему типичные почвенные грибы проявили разную устойчивость к городской нагрузке, важно оценить эколого-биологические характеристики видов.
В группу чувствительных видов входили характерные для целинной почвы лесостепной зоны вида рода Penicillium и Cephalosporium, которые, как показано другими авторами, исчезают при разнообразных видах антропогенной нагрузки [6]. Кроме того, грибы родов Mucor, Rhizopus, Chaetomium активно минерализуют растительный опад, а виды рода Fusarium являются факультативными фитопатогенами и зимуют на растительных остатках в почве, очевидно, снижение ранга таких видов связано с регулярным удалением растительного опада на территории рекреаций в центре города.
Обращает на себя внимание тот факт, что большинство устойчивых и индикаторных видов почвенных микромицетов способны синтезировать микотоксины, большинство – токсины широкого спектра действия.
Таблица 1. Группы микромицетов по реакции на городскую нагрузку
|
Группы |
Виды микромицетов |
Свойства видов |
|
|
токсигенные |
аллергенные |
||
|
Чувствительные |
Mucor ramosissimus Rhizopus stolonifer Chaetomium piluliferum Cephalosporium acremonium Penicillium simplicissimus P. tardum P. lilacinum Rhizopus grisea Fusarium solani |
- - + - - - - + - |
- - - - - - - - - |
|
Устойчивые |
P. canescens Aspergillus wentii A. niger Trichoderma harzianum T. koningii |
+ + + + + |
+ + + + + |
|
Индикаторные |
P daleae P. notatum P. rubrum P. versicolor P. velutinum P. viridicatum A. fumigatus |
- + + + + + + |
+ + + + + + + |
Вероятно, эта способность обеспечивает таким видам выигрыш в конкурентной борьбе с другими видами грибов в загрязненной, нарушенной и обедненной почве городских рекреаций [2].
Кроме того, многие виды микромицетов, накапливающиеся в городской почве, проявляют аллергенное действие [5, 9, 13], что представляет определённую опасность для городского населения с пониженным иммунным статусом. Поднимаясь вместе с частицами почвы в воздух, споры этих грибов могут вызывать аллергические реакции у людей.
В табл. 2 представлены результаты исследования комплекса актиномицетов почвы рекреационных зон.
Таблица 2. Группы актиномицетов по реакции на городскую нагрузку
|
Группы |
Виды актиномицетов |
Окраска воздушного мицелия |
|
Чувствительные |
Streptomyces albus albus Str. albus albocoloratus Micromonospora |
белый белый серый |
|
Устойчивые |
Str. azureus Str. cinereus chromogenes Str. cinereus achromogenes Str. cinereus chrysomallus Str. cinereus violaceus Nocardia |
голубой серый серый зеленый фиолетовый коричневый |
|
Индикаторные |
Str. roseus ruber Str. roseus fuscus |
красный коричневый |
Во всех почвенных пробах преобладал стрептомицеты, другие роды были минорными. Чувствительными к городской нагрузке были род Micromonospora и представители секции albus рода Streptomyces.
Выявлены устойчивые и индикаторные группы актиномицетов: не снижал ранга род Nocardia, представители секции cinereus и azureus из стрептомицетов, появлялись нетипичные в почве контроля и пригородных лесопарков стрептомицеты секции roseus.
Преобладание ярко окрашенных колоний актиномицетов в почвах городских рекреаций, расположенных вблизи транспортных развязок, может отражать их устойчивость к загрязнению: считают, что нафтохиноновые и каротиноидные пигменты способствуют разрушению перекисей, накапливающихся в клетках в стрессовых условиях, например, в присутствии тяжёлых металлов [3, 13].
Заключение
В результате биоиндикации почвы разных категорий рекреаций Воронежа нами установлено, что комплексы мицелиальных микроорганизмов могут использоваться как информационные параметры для оценки степени городской нагрузки. Почвы пригородных лесопарковых зон сохраняли видовой состав, близкий к региональному фону, наблюдали некоторое перераспределение видов по степени доминирования. Наиболее нарушены микробные сообщества почвы рекреационных зон в центре города, независимо от их природоохранного статуса. В ранге доминантов появляются токсигенные и аллергенные виды микромицетов и ярко пигментированные секции актиномицетов. Выявлены индикаторные на городскую нагрузку виды. которые могут использоваться для микологического мониторинга.
1. Astanin, S.S. Sostav i struktura kompleksa mikromicetov pochvy razlichnyh tipov rekreaciy Voronezha / S. S. Astanin, N. N. Nazarenko, I. D. Svistova // Nauchnye chteniya pamyati professora B.M. Kozo-Polyanskogo - 2024 (LXVI): Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, Voronezh, 23-24 yanvarya 2024 goda. – Voronezh: OOO "Izdatel'stvo "Nauchnaya kniga", 2024. S. 10-15.
2. Bilay, V.I. Opredelitel' toksinoobrazuyuschih mikromicetov / V.I. Bilay, Z.A. Kurbackaya. – Kiev: Naukova dumka, 1990. 233 s.
3. Gauze, G.F. Opredelitel' aktinomicetov / G.F. Gauze, T.P. Preobrazhenskaya, M.A. Sveshnikova. – Moskva: Nauka, 1983. 247 s.
4. Zvyagincev, D.G. Pochvennye mikroorganizmy i zdorov'e cheloveka / D.G. Zvyagincev // Perspektivy razvitiya pochvennoy biologii. – Moskva: MAKS Press, 2001. S. 163-170.
5. Kashkin, P.N. Opredelitel' patogennyh, toksigennyh i vrednyh dlya cheloveka gribov / P.N. Kashkin – Moskva: Medicina, 1979. 137 s.
6. Mirchink, T.G. Pochvennaya mikologiya / T.G. Mirchink. – Moskva: MGU, 1988. 220 s.
7. Nazarenko, N.N. Rol' mikromicetov v formirovanii agressivnoy sredy goroda (na primere pochvy razlichnyh funkcional'nyh zon Voronezha) / N.N .Nazarenko, I.D. Svistova // Problemy medicinskoy mikologii. 2016. T. 18. № 1. S. 32-35.
8. Nazarenko, N.N. Aktinomicety kak bioindikacionnyy pokazatel' avtotransportnogo zagryazneniya pochvy / N.N. Nazarenko, I.D. Svistova, I.I. Koreckaya // Utilizaciya othodov proizvodstva i potrebleniya: innovacionnye podhody i tehnologii : materialy II Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii. – Kirov: VyatGU, 2020. S. 139-144.
9. Svistova, I.D. Sanitarno opasnye micelial'nye mikroorganizmy v pochvah Voronezha / I.D. Svistova, N.N. Nazarenko, I.I. Koreckaya // Gigiena i sanitariya. 2016. T. 95. № 3. S. 247-250.
10. Tepper, E.Z. Praktikum po mikrobiologii / E.Z. Tepper, V.K. Shil'nikova, G.I. Pereverzeva. – Moskva: Drofa, 2004. 216 s.
11. Tutel'yan, V.A. Mikotoksiny (medicinskie i biologicheskie aspekty) / V.A. Tutel'yan, L.V. Kravchenko. – Moskva: Medicina,1985. 320 s.
12. Terehova, V.A. Mikromicety v ekologicheskoy ocenke vodnyh ob'ektov i nazemnyh ekosistem / V.A. Terehova. – Moskva: Nauka, 2007. 215 s.
13. Habirova, S.R. Metody issledovaniya pochvennyh mikromicetov pri ocenke biologicheskih effektov zagryazneniya sredy / S.R. Habirova, E.A. Shuralev, M.N. Mukminov. – Kazan': Kazanskiy universitet, 2022. 128 s.
