УДК 599:504.53.062.4

О. Є. Пахомов, Л. В. Грачова

Дніпропетровський національний університет, м. Дніпропетровськ, Україна

У теперішній час здійснюється інтенсивне вивчення функціональної ролі ссавців в утворенні системи механізмів ґрунтового гомеостазу. Ці дослідження важливі для розробки ефективних мір з охорони та відновлення ґрунтів, загальної оптимізації навколишнього середовища в регіонах із посиленою техногенною трансформацією екосистем.

Функціональна діяльність ссавців виступає могутнім екологічним фактором у формуванні й перетворенні одного з компонентів біогеоценозу – едафотопу, що відіграє величезну роль у всіх процесах біологічного кругообігу. Риюча та екскреторна діяльність ссавців оптимізує фізико-хімічні властивості ґрунту, підвищує його біологічну активність. Це  створює сприятливі умови для існування й виживання ґрунтової біоти, особливо в разі техногенного забруднення середовища, особливо, при забрудненні ґрунту важкими металами.

Ґрунтова мікрофлора відіграє важливу роль як у ґрунтоутворювальному процесі так і у формуванні продуктивності екосистеми. Саме мікробоценоз спрямовує основний характер деструкції органічних сполук, завершення процесу мінералізації, формування біологічної активності ґрунту. Редуцентна функція мікроорганізмів визначає інтенсивність кругообігу речовин і, в значній мірі, рівень біогеоценотичних процесів.

Забруднення ґрунтів важкими металами є одним із розповсюджених наслідків негативного антропогенного впливу на навколишнє середовище, який, безумовно, впливає на всі живі компоненти біогеоценозу, у тому числі і на ґрунтові мікроорганізми.

В умовах техногенного забруднення едафотопу важкими металами риюча та екскреторна діяльність ссавців забезпечує значне відновлення функцій ґрунтоутворювачів та оптимізацію всього біогеоценозу.

Для експериментального вивчення впливу функціональної діяльності ссавців на чисельність і просторову структуру мікробоценозів в умовах забруднення ґрунту кадмієм були закладені експериментальні площадки в природній заплавній липово-ясеневій діброві. Експериментальні площадки включали ділянки, на які були внесені свіжі екскреції лося з розрахунку 90 г/м² та ділянки з пориями мишоподібних гризунів. Аналогічні ділянки були штучно забруднені кадмієм. Для визначення ступеня впливу ссавців на ґрунтову мікрофлору, в умовах забруднення кадмієм, застосовували порівняльний метод: відбір проб проводили одночасно на експериментальних і контрольній ділянці, обраній в ідентичних ґрунтово-рослинних умовах. Підрахунок чисельності й облік окремих груп мікроорганізмів проводили методом поверхневого посіву на тверді живильні середовища. Для одержання якісної характеристики мікрофлори й виявлення мікробних пейзажів експериментальних і контрольних ділянок були використані стекла обростання Холодного в модифікації А. В. Рибалкиної й Е. В. Кононенко.

Забруднення ґрунту кадмієм пригнічує розвиток мікрофлори ґрунту. Через місяць впливу кадмію в умовах експерименту загальна кількість мікрофлори знижується на 35,6 %, а через 3 місяці – на 37,6 %. Кількість сапрофітних бактерій знижується на 16,1 % через 1 місяць і на 13 % через 3 місяці, олігонітрофілів – на 23,8 % і 41,0 %, оліготрофів – на 33,2 % і 30,7 %, актиноміцетів – на 30,2 % і 56,3 % відповідно.

Аналіз мікробних пейзажів ділянок, забруднених кадмієм, показав, що домінуюе положення в даних мікробоценозах займають бактерії. Бактерії, овальної форми й у формі паличок, організовані у великі мікроколонії й скупчення клітин. Ці утворення відрізнялися значними розмірами. Деякі мікроколонії навіть не містилися в полі зору мікроскопа. Бактеріальні обростання на грибних гіфах також складалися з дуже великої кількості кліток. У зв’язку з цим, часто можна було бачити явище лізису грибних гіф бактеріями. Дуже часто зустрічаються бацили, у вигляді довгих ланцюжків, і нитковидні бактерії. Гриби зустрічаються рідко і представлені тонкими гіфами. Зрідка зустрічаються гіфи зі спороношенням.

Діяльність ґрунториїв на ділянках забруднених кадмієм знижує втрати мікрофлори, а також у значній мірі відновлює її. Через місяць впливу пориїв загальна кількість мікрофлори в забрудненому ґрунті в зрівнянні з контролем (не забрудненні ділянки) відновлюється до 90,9 %. У порівнянні із забрудненим ґрунтом без пориїв, у місцях пориїв загальна кількість мікрофлори складає 141,5 %. В інших групах ступінь відновлення складає 63,9–91,9 %.

Здійснення ссавцями екскреторної діяльності в місцях забруднення ґрунту справляє позитивний вплив на відновлення редуцентного блоку системи. Загальна кількість мікроорганізмів збільшується на 41,8 % на протязі 1 місяця і на 33,2 % на протязі 3 місяців. Кількість сапрофітних бактерій збільшується на 23,6 % і 71,9 %, олігонітрофілів – на 17,6 % і 22,6 %, оліготрофів – на 24,3 % і 13,4 %, актиноміцетів – на 20,7 % і 73,5 % відповідно.

Аналіз мікробних пейзажів ґрунту ділянок забруднених кадмієм, на які були внесені екскреції лося, показав, що основна їхня відмінність від мікробних пейзажів ділянок забруднених кадмієм складається в значному збільшенні кількості грибних гіф. Це відбувається за рахунок появи молодих великих гіф без перегородок. Також збільшується частота гіф із спороношенням. Досить численні актиноміцети. Бактеріальна флора відрізняється появою більшої кількості довгих ланцюжків спороносних бактерій, зменшенням розмірів мікро­колоній і скупчень клітин. Частіше зустрічаються одиничні клітини і неспорові палички.

Функціональна діяльність ссавців на ділянках, забруднених кадмієм, позитивно позначається на чисельності мікроорганізмів. Пряме спостереження мікроорганізмів у їхньому середовищі існування показало, що досліджуваний ґрунт багатий мікроорганізмами. Порівнюючи розглянуті мікробні пейзажі контрольної й експериментальних ділянок, неважко помітити, що вплив на ґрунт шляхом внесення додаткових органічних і неорганічних речовин, викликає зміни мікробного ценозу, що свідчить про його лабільність.

Таким чином, функціональна діяльність ссавців є важливим природним екологічним фактором, що сприяє відновленню й розвитку мікрофлори в умовах забруднення ґрунту кадмієм.

Zoocenosis — 2003
 Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІ Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: ДНУ, 2003. – С. 236-237.

УДК 504.064.36:550.4

Н. М. Цвєткова, М. С. Якуба, Г. В. Симоненко

Дніпропетровський національний університет, м. Дніпропетровськ, Україна

Ключові слова: важкі метали, біла акація, ґрунт, підстилка

HEAVY METALS IN PHYTOCENOSIS – LITTER ‑ SOIL SYSTEM
OF ROBINIA PLANTATIONS

N. M. Tsvetkova, M. S. Yakuba, G. V. Simonenko

DnipropetrovskNationalUniversity, Dnipropetrovsk, Ukraine

key words: heavy metals, robinia, soil, litter

В умовах степового ландшафту, характерною ознакою якого є незначна лісистість, особлива увага приділяється створенню стійких лісових екосистем і підтриманню стану їх існування на високому рівні.

Внаслідок різкого підвищення за останні десятиріччя антропогенного впливу на природні комплекси особливого практичного значення в оцінці біосферних функцій лісу набуває дослідження стійкості лісових екосистем. Незворотні зміни у природних ландшафтах відбуваються внаслідок господарської діяльності людини. Вони зумовлені комплексом факторів, які сприяють дестабілізації існуючих зв’язків у біогеоценозі та ведуть до порушення рівноваги в його структурі.

Для характеристики сучасного стану лісового біогеоценозу та прогнозування майбутнього функціонування лісів у степу необхідне проведення всебічних моніторингових досліджень лісових екосистем, важливою частиною яких є дослідження вмісту та розподілу важких металів у системі фітоценоз – підстилка – ґрунт. Для того, щоб оцінити масштаби антропогенного забруднення навколишнього середовища, необхідно знати закони існування конкретних екосистем у природних умовах.

Мета наших досліджень – вивчення вмісту та розподілу важких металів (Pb, Cd, Ni, Fe, Zn, Cu, Mn) у білоакацієвих штучних насадженнях степової зони України в умовах територій з техногенним навантаженням (на прикладі м. Дніпропетровська, Парк миру та дружби народів СРСР) і фонових територій з аналогічним типом біогеоценозів за умов відсутності господарської діяльності людини та з віддаленням від джерела забруднення на 80 км (Присамарський міжнародний біосферний стаціонар ім. О. Л. Бельгарда, с. Андріївка Новомосковського
р-ну Дніпропетровської обл.). Відбір і обробка проб ґрунту з глибини 0–10, 40–50 та
90–100 см, підстилки та опаду проводилися за загальноприйнятими методиками. Вміст важких металів визначався атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі ААS–30.

Відомо, що вміст важких металів у ґрунті визначається хімічним складом ґрунтоутворюючої породи та вмістом важких металів у тому числі. У зв’язку з цим використання фонових значень (визначених за складом ґрунту фонової ділянки) з дещо іншим, ніж забруднена територія, хімічним складом ґрунтоутворюючої породи може призвести до помилки в оцінці забруднення ґрунту. Оскільки у досліджених нами насадженнях білої акації на фонових територіях і в умовах техногенного тиску у ґрунтопідстилаючих породах спостерігалася значна розбіжність вмісту важких металів (у ґрунтопідстилаючий породі дослідженого біогеоценозу Присамарського стаціонару вміст усіх важких металів, які визначалися, був вищий у 1,4–7,1 раз, ніж у породі м. Дніпропетровська), ми вважали за доцільне використовувати для порівняння вмісту важких металів не абсолютні значення, а коефіцієнти співвідношення ґрунт–порода (К_сґп). З’ясовано, що за величинами К_сґп вміст Ni, Zn, Cu та Mn у шарах ґрунту 0–10 та 40–50 см вищий у білоакацієвому насадженні парку м. Дніпропетровська; свинцю у ґрунті фонового насадження білої акації більше у шарі
0–10 см і менше у шарі 40–50 см, ніж у забрудненому насадженні м. Дніпропетровська; Cd у верхньому шарі ґрунту 0–10 см більше накопичується у дослідженому біогеоценозі м. Дніпропетровська, К_сґп = 4,3, у той час як для фонового біогеоценозу Присамар’я цей показник дорівнює 1,0. Водночас, у горизонті ґрунту 40–50 см спостерігається зворотна залежність: К_сґп тут дорівнює для фонової території 5,0, а для забрудненої – 2,8. Залізо у обох досліджених горизонтах у більшій кількості міститься у ґрунті фонової екосистеми Присамар’я Дніпровського.

Доведено, що акумуляція важких металів у верхніх шарах ґрунту пов’язана зі здатністю рослинного покриву концентрувати у фітомасі значні кількості хімічних елементів. З рослини основна маса важких металів із опадом або відпадом надходить у підстилку. Нами досліджено вміст важких металів у опаді та з’ясовано, що кількість досліджених елементів у білоакацієвому насадженні Присамар’я Дніпровського вища, ніж у опаді білоакацієвого насадження м. Дніпропетровська, що пояснюється більшим вмістом важких металів у ґрунті, який являє собою основне джерело надходження важких металів у рослину.

Відомий факт, що в умовах інтенсивного локального забруднення надходження деяких важких металів у підстилку може перевищувати природне надходження з рослинності. Це явище часто має місце в районах із розвиненою промисловістю. Отримані нами дані підтверджують ці відомості. Порівнюючи вміст важких металів у підстилці, ми з’ясували, що більша кількість Cd, Ni, Zn, Cu та Mn накопичується у підстилці білоакацієвого насадження Парку миру та дружби народів СРСР м. Дніпропетровська, вміст свинцю в обох досліджених біогеоценозах становить 0,9±0,3 мг/кг сухої речовини, а вміст заліза дорівнює у біогеоценозі з техногенним навантаженням 12,4±1,4 мг/кг сухої речовини, що на 2,3 мг/кг менше, ніж у підстилці фонової екосистеми.

З’ясовано, що вміст досліджених важких металів у підстилці білоакацієвого насадження з техногенним навантаженням вищий, ніж у опаді, що пояснюється багаторічним накопиченням елементів у підстилці та гальмуванням їх кругообігу, виняток складають цинк і мідь. У білоакацієвому насадженні Присамарського стаціонару більший вміст важких металів (крім заліза) зафіксовано в опаді, що, вірогідно, є наслідком вимивання важких металів з підстилки у верхні шари ґрунту та більш інтенсивним кругообігом досліджених елементів, ніж у техногенно трансформованому біогеоценозі.

Отримані дані дають можливість виявити фундаментальні зміни у стані штучних лісових насаджень, дослідити їх перебіг, розкрити причини змін і вдосконалити прийоми упередження негативних явищ у екосистемах.

Zoocenosis — 2005
 Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІІ Міжнародної наукової конференції. – Д.: Вид-во ДНУ, 2005. – С. 170-171.