Методология биодиагностики почв и особенности некоторых методов биоиндикации и биотестирования (обзор)

Аннотация

Методология биодиагностики экологического состояния почв и других объектов окружающей среды пред- полагает использование двух подходов: биоиндикационные наблюдения in situ и биотестирование образцов, реализуемое по стандартным методикам в контролируемых лабораторных условиях ex situ. Интегральная оценка почв на междисциплинарной основе согласно международному стандарту ISO19204-2017 позволяет поставить диагноз «здоровью» почв на основе биотических параметров в ходе натурных экологических наблюдений, показателей экотоксичности, которые дополняются результатами количественного хими- ческого анализа (методология ТРИАД). Для почв первостепенное значение особенно в агроэкосистемах имеют показатели состояния высших растений и микробных сообществ. В статье анализируются досто- инства и ограничения известных приемов фитоиндикации, лабораторного фитотестирования, индикации состояния почв по дыханию, структурным и функциональным показателям разнообразия микробиоты и бактериальным биосенсорам. Реакции живых систем на одинаковое содержание поллютанта в большой степени зависят от содержания углерода органического вещества. Существующая нормативная база для экологической оценки биологического состояния почвенных экосистем практически это не учитывает, как и уровень минерализации и рН анализируемых объектов. Для адекватной оценки экологического качества почв предлагается совершенствовать методики измерений токсичности путем более адресных рекомендаций применения (например, для определенных градаций гумусированности, минерализации, рН).

Литература

1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М., 2003.
2. Вершинин А.А., Петров А.М., Юранец-Лужаева Р.Ч. и др. Коэффициент микробного дыхания различных типов почв в условиях н ефтяного загрязнения // Вестн.технологического ун-та. 2017. Т. 20, № 4.
3. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург, 1994.
4. Глебов В.В., Киричук А.А. Возможности биомониторинга в оценке экологического состояния экосистем столичного мегаполиса // МНКО. 2014. № 5 (48).
5. Горленко М.В., Кожевин П.А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. М., 2005.
6. Горленко М.В., Якименко О.С., Голиченков М.В. и др. Функциональное биоразнообразие почвенных микробных сообществ при внесении органических субстратов различной природы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2012. № 2.
7.Еремченко О.З., Митракова Н.В. Фитотестиро- вание почв и техногенных поверхностных образований в урбанизированных ландшафтах // Вестн. Пермского ун-та. Сер. Биология. 2018. № 1. [Электронный ресурс]: URL: http://press.psu.ru/index.php/bio/article/view/1789
8.Жукова А.Д., Хомяков Д.М. Показатели микроб- ного дыхания в почвенном покрове импактной зоны по производству минеральных удобрений // Почвоведение. 2015. № 8.
9.Иващенко К.В., Ананьева Н.Д., Васенев В.И. и др. Биомасса и дыхательная активность почвенных микро- организмов в антропогенно-измененных экосистемах (Московская область) // Почвоведение. 2014. № 9.
10.Кадулин М.С., Копцик Г.Н. Эмиссия диоксида углерода почвами как критерий эффективности реме- диации техногенных пустошей вблизи медно-никелевых комбинатов в Кольской Субарктике // Экология. 2019. № 6.
11.Ковалева Е.И., Трофимов С.Я., Шоба С.А. Реакция высших растений на уровень нефтезагрязнения почв в вегетационном опыте // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. По- чвоведение. 2022. № 3.
12.Линдиман А.В., Буймова С.А., Шведова Л.В., Ку- прияновская А.П. Уровень антропогенного воздействия на экосистемы как функция свойств растительных со- обществ // Вестн. МИТХТ. 2008. № 6.
13.Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды: био- индикация и биотестирование. М., 2010.
14.Мимиева Е.Б. Ширнина Л.В. Липа мелколистная как биоиндикатор загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами // Вестн. Воронежского гос. аграр- ного ун-та. 2017. № 1 (52).
15.Низкий С.Е., Сергеева А.А. Флуктуирующая асимметрия листьев березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz) как критерий качества окружающей среды // Вестн. КрасГАУ. 2015. № 7.
16.Николаева О.В., Терехова В.А. Совершенствова- ние лабораторного фитотестирования для экотоксиколо- гической оценки почв // Почвоведение. 2017. № 9. https:// doi.org/: 10.7868/S0032180X17090052
17.Оказова З.П., Катаева М.В. Способ фитоинди- кации почв. Патент РФ. № 2643249 C2; заявл. 02.02.2016; опубл. 31.01.2018; Бюл. № 4.
18.Плеханова И.О., Золотарева О.А., Тарасенко И.Д. и др. Оценка экотоксичности почв в условиях загрязне- ния тяжелыми металлами // Почвоведение. 2019. № 10.
19.Помазкина Л.В. Мониторинг эмиссии СО2 и со- держания микробной биомассы в агроэкосистемах на серой лесной почве Прибайкалья в условиях загрязнения фторидами // Почвоведение. 2015. № 8.
20.Прохорова Н.В. Древесные растения в системе озеленения промышленных городов как фитоиндикаторы полиметаллического загрязнения урбосреды // Сб. науч. трудов Гос-го Никитского ботанического сада. 2018. Т. 147.
21.Пудова Т.М., Шадрина Е.Г. Биотестирование загрязнения почвенного покрова урбанизированных территорий по показателям всхожести и мутагенной ак- тивности лука-батуна Allium fistulosum L. (на примере г. Якутска) // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 2.
22.Рыбаков Д.С. Биогеохимическая оценка эколо- гического риска на примере Pinus sylvestris L. // Прин- ципы экологии. 2016. № 2. https://doi.org/: 10.15393/ j1.art.2016.4783
23.Саксонов М.Н., Балаян А.Э., Бархатова О.А. Определение класса опасности отходов методами био- тестирования // Baikal Research Journal. 2011. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-klassa- opasnosti-othodov-metodami-biotestirovaniya (дата обра- щения: 27.12.2022)
24.Сергеева А.Г., Котельникова И.М., Радомская В.И. Дыхательная активность микрофлоры урбанизирован- ных почв г. Благовещенска // Региональная экология. 2018. № 4 (54).
25.Смагин А.В. Почвенные режимы функциониро- вания и их мониторинг. М., 2020.
26.Сморкалов И.А., Воробейчик Е.Л. Почвенное дыха- ние лесных экосистем в градиентах загрязнения среды вы- бросами медеплавильных заводов // Экология. 2011. № 6.
27.Соколов М.С., Глинушкин А.П., Спиридонов Ю.Я. Перспективы исследований по улучшению качества и оздоровления почв России // Достижения науки и тех- ники АПК. 2016. Т. 30, № 7.
28.Стома Г.В., Манучарова Н.А., Белокопытова Н.А. Биологическая активность микробных сообществ в почвах некоторых городов России // Почвоведение. 2020. № 6.
29.Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подхо- ды к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5.
30.Терехова В.А., Гершкович Д.М., Гладкова М.М. и др. Биотестирование в экологическом контроле. М., 2017.
31.Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кирюшина А.П. и др. Фитотоксичность тяжелых металлов в дерново- подзолистых почвах разной степени окультуренно- сти // Почвоведение. 2021. № 6. https://doi.org/: 10.31857/ s0032180x21060137
32.Тишин А.С. Фитотестирование почв, загряз- ненных нефтепродуктами // МНИЖ. 2020. № 12–2 (102). [Электронный ресурс]: URL: https://cyberleninka. ru/article/n/fitotestirovanie-pochv-zagryaznennyh- nefteproduktami (дата обращения: 04.12.2022)
33.ФГИС «АРШИН» Федерального информацион- ного фонда по обеспечению единства измерений. [Элек- тронный ресурс]: URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/ registry (дата обращения 26.12.2022)
34.Berard A., Capowiez L., Mombo S. et al. Soil microbi- al respiration and PICT responses to an industrial and historic lead pollution: a field study // Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. Vol. 23.
35.Blaise C., Forghani R., Legault R. et al. A bacterial toxicity assay performed with microplates, microluminome- try and Microtox reagent // Biotechniques. 1994. Vol. 16, № 5.
36.Doran J.W., Zeiss M.R. Soil health and sustainabili- ty: managing the biotic component of soil quality// Applied Soil Ecology. 2000. Vol. 15. https://doi.org/: 10.1016/S0929- 1393(00)00067-6
37.Hastings J.W., Johnson C.H. Bioluminescence and Chemiluminescence. In: Methods Enzymology. 2003. Vol. 360. https://doi.org/: 10.1016/s0076-6879(03)60107-2
38.ISO Soil quality – Guidance on the choice and evalu- ation of bioassays for ecotoxicological characterization of soils and soil materials. ISO 17616. International Standardization Organization, Geneva. 2008.
39.Jiang X., Chen H., Liao Y. et al. Ecotoxicity and geno- toxicity of polystyrene microplastics on higher plant Vicia faba // Environ. Pollut. 2019. Vol. 250.
40.Klimek B., Sitarz A., Choczyński M. et al. The Effects of Heavy Metals and Total Petroleum Hydrocarbons on Soil Bacterial Activity and Functional Diversity in the Upper Sile- sia Industrial Region (Poland) // Water Air Soil Pollut. 2016. Vol. 227.
41.Kalbassi M.R., Salari-joo H., Johari A. Toxicity of Silver Nanoparticles in Aquatic Ecosystems: Salinity as the Main Cause in Reducing Toxicity // Iranian Journal of Toxi- cology. 2011. Vol. 5, № 12.
42.Kudryasheva N., Vetrova E., Kuznetsov A. et al. Bio- luminescence Assays: Effects of Quinones and Phenols // Eco- toxicology and Environmental Safety. 2002. Vol. 53, № 3.
43.Labud V., Garcia C., Hernandez T. Effect of hydro- carbon pollution on the microbial properties of a sandy and a clay soil // Chemosphere. 2007 Vol. 66, № 10. https://doi.org/: 10.1016/j.chemosphere.2006.08.021
44.Liu Y.R., Delgado-Baquerizo M., Wang J.T. et al. New insights into the role of microbial community composition in driving soil respiration rates // Soil Biology and Biochemistry. 2018. Vol. 118.
45.OCSPP 850.4230: Early Seedling Growth Toxicity Test, EPA 712-C-010. US Environmental Protection Agency, Washington, 2012.
46.OECD, Test No. 208: Terrestrial Plant Test: Seedling Emergence and Seedling Growth Test. OECD Guidelines for the Testing of Chemicals: Section 2. OECD, Paris, 2006.
47.Phytotoxkit. Seed germination and early growth microbiotest with higher plants. Standard Operational Pro- cedure. Nazareth, Belgium: MicroBioTests Inc., 2004.
48.Roda A., Guardigli M., Pasini P. et al. Biolumines- cence and chemiluminescence in drug screening // Anal Bio- anal Chem. 2003.Vol. 377, № 5.
49.Shao C.Y., Howe C.J., Porter A.J. et al. Novel cyano- bacterial biosensor for detection of herbicides // Appl. Envi- ron. Microbiol. 2002. Vol. 68, № 10.
50.Xu Y., Seshadri B., Bolan N. et al. Microbial func- tional diversity and carbon use feedback in soils as affected by heavy metals // Environment International. 2019. Vol. 125.
51.Yakimenko O., Ziganshina A., Terekhova V. et al. Ec- otoxicity of polyelectrolyte formulations in water and soil matrices // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29.
52.Yang C.C., Huang C.L., Cheng T.C. et al. Inhibitory effect of salinity on the photocatalytic degradation of three sulfonamide antibiotics // International Biodeterioration & Biodegradation. 2015. Vol. 102. https://doi.org/: 10.1016/j. ibiod.2015.01.015