РОЛЬ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ ВО ВТОРИЧНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Роль почвенных грибных сообществ в процессах трансформации загрязняющих веществ в биосфере до сих пор очень мало исследована. При процессах трансформации может происходить как очищение почв в результате биодеградации, сорбции загрязняющих веществ, так и вторичное загрязнение среды.

Выбросы тяжелых металлов являются одним из важнейших современных факторов загрязнения окружающей среды. Особенно чувствительны к загрязнению северные экосистемы, что обусловлено их низкой биологической активностью и замедленностью массо- и энергообмена. Попадая в почву, большая часть металлов задерживается в подстилочных горизонтах, которые служат геохимическим барьером на пути их миграции в ландшафте. Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах происходит под действием как биотических, так и абиотических факторов, конкретный вклад которых в этот процесс практически не исследован. Известно, что важнейшим биотическим фактором, влияющим на подвижность металлов в почве, является растительность.

В России, как указывалось выше (Глава 2), длительное полиметаллическое загрязнение в сочетании с экстремальными климатическими условиями Севера Европейской части привело к частичной или полной деградации растительного покрова на обширных территориях Кольского полуострова. В этих условиях ведущая роль в биологической трансформации соединений металлов переходит к почвенным организмам.

Проблема же взаимодействия микроорганизмов с соединениями металлов непосредственно в почве практически не изучена. До сих пор неясно, какими путями и насколько интенсивно такие процессы могут протекать в природных условиях. Трудности решения этих вопросов связаны с множественностью факторов, влияющих на подвижность металлов в почве и сложностью корректного вычленения роли микроорганизмов в проведении этих процессов.

В выполненных нами исследованиях мы попытались начать решение этих проблем и определить возможное влияние жизнедеятельности некоторых микроскопических грибов на подвижность Си, Ni и Zn непосредственно в почве.

В качестве объектов исследования были взяты образцы верхнего горизонта (А0) альфегумусовых подзолов в окрестностях медно-никелевого комбината «Североникель». Для проведения экспериментов загрязненную почву отбирали в 10 км от комбината, где в результате длительного аэротехногенного загрязнения растительный покров сильно деградирован и представляет собой «техногенное редколесье». Отбор образцов незагрязненных почв проводили в 100 км от комбината в типичном для этих территорий биоценозе - сосняке зеленомошно-лишайниковом.

Для того чтобы определить возможность микроскопических грибов участвовать в процессах трансформации соединений тяжелых металлов в

Рис. 48. Динамика содержания подвижных соединений меди, извлекаемых 1 н. раствором CH3COONHр в стерильном образце альфегумусовых подзолов и в образцах с внесением микроскопических грибов Mucor hiemalis и Trichoderma viride

почве, почвы стерилизовали, а затем в них вносили споровую суспензию грибов Mucor hiemalis и Trichoderma viride, выделенных из органогенного горизонта исследуемых почв. Эти грибы обладают высокими скоростями роста и являются активными деструкторами органического вещества. Доза внесения составляла 106 спор на грамм воздушно-сухой почвы.

Для исследования был выбран способ стерилизации почв, минимально нарушающий структуру почвенного органического вещества. Образцы подстилки гомогенизировали и стерилизовали у-облучением. Доза облучения составляла 2,5 Мрад. В качестве контроля использовали увлажненный стерильный образец горизонта АО той же почвы, но без внесения грибов.

Наиболее интенсивное нарастание мицелия у Т viride происходило в период до 10 суток, а у М hiemalis - до 17 суток эксперимента. После указанных сроков наблюдается снижение содержания мицелия в обоих вариантах эксперимента, что может быть связано с его автолизом.

В образцах без внесения микроскопических грибов содержание резерва подвижных соединений меди в загрязненной полиметаллическими выбросами почве характеризовалась небольшими колебаниями, возможно вызванными некоторым изменением влажности. В образцах же с внесением грибов наблюдается значительное изменение этого показателя (Рис. 48). В обоих вариантах происходило более интенсивное возрастание подвижности меди по сравнению с контролем. Причем, в образцах с внесением М hiemalis увеличение фактора емкости для меди наблюдается преимущественно на первом этапе эксперимента (0-10 сутки), тогда как для образцов с внесением I viride активное увеличение содержания резерва подвижной меди происходит позже (10-24 сутки).

Рис. 49. Динамика содержания подвижных соединений никеля, извлекаемых /я. раствором CH3COONH^ в стерильном образце альфегумусовых подзолов и в образцах с внесением микроскопических грибов Mucor hiemalis и Trichoderma viride

отличия в подвижности между стерильными и инокулированными грибами почвами наблюдаются для М hiemalis в 10-24 сутки, а для Т viride - в 24-50 сутки эксперимента.

Те же закономерности характеризуют динамику фактора емкости для никеля: наибольшие отличия от контроля отмечаются для М. hiemalis до 24 суток, а для Т. viride - после 24 суток эксперимента (Рис. 49). Для содержания актуально подвижных соединений меди и никеля наблюдается аналогичная картина. Для цинка, находящегося в почве в концентрациях на порядок меньших, чем медь и никель, характерна такая же динамика подвижности.

Таким образом, на примере двух видов (М hiemalis и Т viride) нами была показана возможность участия микроскопических грибов в изменении подвижности меди, никеля и цинка в почвах. Развитие этих грибов в почве приводило к мобилизации всех изученных металлов. Возрастание подвижности меди, никеля и цинка в результате жизнедеятельности микроскопических грибов, на наш взгляд, в первую очередь, могло быть связано с активным разложением почвенного органического вещества и высвобождением закрепленных в нем металлов.

Для подтверждения этой гипотезы мы определяли количество меди и цинка в составе соединений органического вещества в почвах инокули- рованных грибами и в стерильных почвах. В образцах без внесения микроскопических грибов этот показатель практически не изменялся. В образцах же с внесением М. hiemalis и Т viride наблюдается значительное снижение содержания меди, связанной с органическим веществом. Таким

образом, можно сказать, что увеличение подвижности меди в эксперименте происходит преимущественно за счет ее высвобождения из состава почвенного органического вещества в результате жизнедеятельности микроскопических грибов.

Причем увеличение подвижности тяжелых металлов в результате жизнедеятельности культур М hiemalis и Т. viride происходит в разные промежутки времени, что соответствует местоположению этих организмов в микробной сукцессии при разложении растительного опада. В почвах с внесением Мисог снижение происходит более активно в начале исследуемого срока, а для образцов с внесением Trichoderma - в середине и в конце. Мисог hiemalis является сахаролитическим грибом, активно развивающимся на начальных стадиях микробной сукцессии. Trichoderma viride известна как активный деструктор целлюлозы, процесс разложения которой идет медленнее и на более поздних этапах сукцессии [Domsh et al., 1993].

Таким образом, на основании этих экспериментов, нами впервые установлено конкретное участие двух широко распространенных почвенных микроскопических грибов в изменении подвижности меди, никеля и цинка непосредственно в загрязненных металлами почвах. Показано, что жизнедеятельность этих грибов способствует повышению подвижности всех трех исследованных металлов. Увеличение подвижности происходит в разные промежутки времени, что, вероятно, определяется различными механизмами мобилизации металлов, а также соответствует местоположению исследованных видов в микробной сукцессии при разложении растительного опада. Наиболее важным представляется то, что в природной обстановке жизнедеятельность микроскопических грибов может вести к интенсификации выхода металлов в подвижную форму и, следовательно, приводить к вторичному загрязнению среды. В частности, в условиях промывного водного режима альфегумусовых подзолов Кольского полуострова это может приводить к миграции соединений меди и никеля, загрязняющих почву, вниз по профилю и их попаданию в сопредельные среды.