Численность бактерий как индикатор здоровья почв при загрязнении свинцом

Аннотация

Численность почвенных бактерий является индикатором состояния и здоровья почв при химическом загрязнении. Однако нативная численность почвенных бактерий в почвах разных климатических зон значительно различается. В зависимости от почвообразующих факторов численность бактерий в почвах разных климатических зон будет различаться. Для оценки изменения численности почвенных бактерий было смоделировано загрязнение почв разных климатических зон (полупустыни, степи и леса) свинцом (Pb) в следующих концентрациях: 100, 1000 и 10000 мг Pb×кг^–1 почвы. Установлено, что при максимальной концентрации в 10000 мг Pb×кг^–1 почвы происходило ингибирование численности почвенных бактерий в разных типах почв на 46–92% по сравнению с контролем. При увеличении концентрации Pb численность почвенных бактерий снизилась в почвах полупустыни: от 1,61 (солончак типичный) до 0,89 млрд×г^–1 (каштановая и бурая полупустынная почвы); в почвах степи: от 4,50 (чернозем оподзоленный) до 0,80 млрд×г^–1 (чернозем обыкновенный); в почвах леса: от 8,00 (темно-серая лесная почва) до 1,90 млрд×г^–1 (дерново-подзолистая почва). Наиболее устойчивыми к загрязнению Pb оказались почвы лесной климатической зоны, а наименее — почвы степной климатической зоны. Среди полупустынных почв наиболее чувствительные солончаки типичные, среди степных — черноземы оподзоленные, лесных почв — дерново-подзолистые иллювиально-железистые почвы. Проведено сравнение численности бактерий почв трёх климатических зон России при загрязнении свинцом. Результаты исследования возможно использовать при индикации экологического состояния и здоровья почв при загрязнении тяжелыми металлами.

Литература

1.               Байбеков Р.Ф., Писарева А.В., Савич В.И. и др. Микробиологическая оценка загрязнения почв парков тяжелыми металлами // Плодородие. 2017. № 2(95). С. 51–53.

2.               Водяницкий Ю.Н. Свойства тяжелых металлов и металлоидов в почвах // Агрохимия. 2009. № 8. С. 85–94.

3.               Жаркова М.Г., Колесников С.И. Определение экологически безопасной концентрации свинца в черноземе обыкновенном // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2008. № 5. С. 9–92.

4.               Иванищев В.В., Сиголаева Т.Е. Источники свинца в среде и проблемы снижения его содержания в почве // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2024. № 3. С.147–165.

5.               Круглов Ю.В. Микробное сообщество почвы: физиологическое разнообразие и методы исследования // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51, № 1. С. 46–59. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.1.46rus

6.               Кудеяров В.Н. Почвы в биосфере и жизни человека // Почвоведение. 2013. № 7. https://doi.org/10.7868/S0032180X13050080

7.               Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В. и др. Подходы к разработке экологических региональных нормативов содержания свинца в почвах Черноморского побережья Кавказа на основе интегрального показателя биологического состояния почвы // Гигиена и санитария. 2022. Т. 101, № 3. С. 262–269. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-3-262-269

8.               Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов, 2017. 178 с.

9.               Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под. ред. Д.Г. Звягинцева. М., 1991. 304 с.

10.            Минникова Т.В., Русева А.С., Колесников С.И. и др. Численность бактерий в нефтезагрязненном черноземе обыкновенном после ремедиации // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2023. Т. 78, № 3. С. 65–75. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-3-65-75

11.            Мосина Л.В., Довлетярова Э.А., Ефремова С.Ю. и др. Экологическая опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами (на примере свинца) // Известия Пензенского гос-го педагогического ун-та им. В.Г. Белинского. 2012. Т. 29. С. 383–386.

12.            Никитин Д.А., Семенов М.В., Чернов Т.И. и др. Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. 2022. Т. 2. С. 228–243. https://doi.org/10.31857/s0032180x22020095

13.            Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Егорова Г.С. Экологическое почвоведение и законы экологии: Уч. пособие. Волгоград, 2017. 216 с.

14.            Плеханова И.О., Куликов В.О., Шабаев В.П. Влияние ризосферных бактерий на фракционный состав соединений тяжелых металлов в системе почва–растение // Почвоведение. 2022. № 9. С. 1179–1186. https://doi.org/10.31857/S0032180X22090143

15.            Полякова Г.А., Меланхолин П.Н., Лысиков А.Б. Динамика состава и структуры сложных боров Подмосковья // Лесоведение. 2011. № 2. С. 42–50.

16.            Понизовский А.А., Мироненко Е.В. Механизмы поглощения свинца(II) почвами // Почвоведение. 2001. № 4. С. 418–429.

17.            Санжарова Н.И., Цыгвинцев П.Н., Анисимов В.С. и др. Тяжелые металлы в агроценозах: миграция, действие, нормирование / Под ред Н.И. Санжаровой, П.Н. Цыгвинцева. Обнинск, 2019. 398 с.

18.            Семенов А.М., Соколов М.С. Концепция здоровья почвы: фундаментально-прикладные аспекты обоснования критериев оценки // Агрохимия. 2016. № 1. С. 3–16.

19.            Соколов М.С., Семенов А.М., Спиридонов Ю.Я. и др. Здоровая почва – условие устойчивости и развития агро- и социосфер (проблемно-аналитический обзор) // Известия РАН. Серия биологическая. 2020. № 1. С. 12–21. https://doi.org/10.31857/S0002332920010142

20.            Степанов А.Л., Манучарова Н.А., Никитин Д.А. и др. Достижения и перспективы развития почвенной микробиологии в Московском университете // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2023. Т. 78, № 4. С. 63–69. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-4-63-69

21.            Титов А.Ф., Казнина Н.М., Карапетян Т.А. и др. Влияние свинца на живые организмы // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81, № 2. С. 147–160. https://doi.org/10.31857/S0044459620020086

22.            Холопов Ю.А. Изучение реакции микроорганизмов почв лесных ценозов на внесение солей свинца и кадмия в условиях модельного опыта // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, № 3. С. 260–267.

23.            Черненькова Т.В., Пузаченко М.Ю., Беляева Н.Г. и др. Характеристика и перспективы сохранения сосновых лесов Московской области // Лесоведение. 2019. № 5. С. 449–464. https://doi.org/10.1134/S0024114819050024

24.            Чернов Т.И., Железова А.Д. Динамика микробных сообществ почвы в различных диапазонах времени (обзор) // Почвоведение 2020. № 5. С. 590–600. https://doi.org/10.31857/S0032180X20050044

25.            Abba M., Shafiu S., Ibrahim B. et al. Understanding the impact of lead contamination on microbial diversity: A Comprehensive Review // International Journal of Research Publication and Reviews. 2024. Vol. 5, № 7. P. 1119–1130. https://doi.org/10.55248/gengpi.5.0724.1721

26.            Amin H., Ahsan M., Niaz A. et al. Climate change impacts on soil properties and agricultural productivity // Biological and Clinical Sciences Research Journal. 2023(1). P. 618. https://doi.org/10.54112/bcsrj.v2023i1.618

27.            Dahnoun K., Djadouni F. Effects of heavy-metal pollution on soil microbial community, plants, and human health // Jordan Journal of Earth and Environmental Sciences. 2020. Vol. 11(3). P. 234–240.

28.            Das K., Das S.C., Aminuzzaman F.M. Environmental and ecological impact of soil microorganisms in plant sciences // Journal of Ecology and Natural Resources. 2022. Vol. 6, Iss. 2. https://doi.org/10.23880/jenr-16000273

29.            Gadd G.M. Mechanisms of Lead Toxicity in Microorganisms. Microorganisms_in_Toxic_Metal-Polluted_Soils. 2005. P. 325–356. https://doi.org/10.1007/3-540-26609-7_16

30.            Inobeme A. Effect of Heavy Metals on Activities of Soil Microorganism / In: C.O. Adetunji, D.G. Panpatte, Y.K. Jhala (eds.). Microbial Rejuvenation of Polluted Environment. Microorganisms for Sustainability, vol. 27. Springer, Singapore, 2021. https://doi.org/10.1007/978-981-15-7459-7_6

31.            Khan A., Khan S., Khan M.A. et al. The uptake and bioaccumulation of heavy metals by food plants, their effects on plants nutrients, and associated health risk: a review // Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22. Р. 13772–13799. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4881-0

32.            Li Y., Dick W.A., Tuovinen O.H. Fluorescence microscopy for visualization of soil microorganisms // Biology and Fertility of Soils. 2004. Vol. 39, № 5. P. 301–311. https://doi.org/10.1007/s00374-004–0722-x

33.            Matinian N.N., Gusareva A.L., Bakhmatova K.A. et al. Microbiological indicators and heavy metal concentration in ecological assessment of urban soils of Saint Petersburg // Russia. geography, environment, sustainability. 2020. Vol. 13(1). P. 214–223. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2019-63

34.            Minnikova T., Kolesnikov S., Khoroshaev D., Tsepina N., Evstegneeva N., Timoshenko A. Assessment of the health of soils contaminated with Ag, Bi, Tl and Te by the intensity of microbiological activity // Life. 2023. Vol. 13. P. 1592. https://doi.org/10.3390/life13071592

35.            Mishra S. Editorial: heavy metal carcinogens versus human health // International Journal of Biochemistry & Physiology. 2018. Vol. 3(3). P. 000128. https://doi.org/10.23880/IJBP-16000128

36.            Pankova E.I., Konyushkova M.V. Climate and soil salinity in the deserts of Central Asia // Genesis and Geography of Soils. 2013. № 7. P. 771–777.

37.            Prescott C.E. Decomposition and mineralization of nutrients from litter and humus // Ecological Studies. 2005. Vol. 181. P. 15–41.

38.            Régo A.P.J., Tornisielo V.L. Impacts of heavy metals on soil microbial activity // Journal of Environment and Ecology. 2020. Vol. 11(1). P. 19. https://doi.org/10.5296/jee.v11i1.16444

39.            Sazykin I., Khmelevtsova L., Azhogina T. et al. Heavy metals influence on the bacterial community of soils: A Review // Agriculture. 2023. Vol. 13(3). P. 653. https://doi.org/10.3390/agriculture13030653

40.            Séré G., Le Guern C., Bispo A. et al. Selection of soil health indicators for modelling soil functions to promote smart urban planning // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 924. P. 171347. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171347

41.            World Reference Base for Soil Resources. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps 2022. 4th Ed. (International Union of Soil Sciences)

42.            Zhang H., Jiang N., Zhang S. et al. Soil bacterial community composition is altered more by soil nutrient availability than pH following long-term nutrient addition in a temperate steppe // Front. Microbiol. 2024. Vol. 15. P. 1455891. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1455891