Ученые оценили влияние городов и заводов на микробное разнообразие почв в Арктике

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Geoderma Regional. Арктические почвы подвергаются значительным изменениям в результате человеческой деятельности, в частности работы горнодобывающих, металлургических и других предприятий, а также под воздействием развития городов. Так, в почвах могут накапливаться тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды и другие вредные вещества, негативно влияющие на почвенные микробные сообщества. Поскольку микроорганизмы участвуют в круговороте питательных веществ — разложении органических соединений и доставке неорганических растениям, — важно отслеживать влияние промышленной деятельности и городской среды на них.

Ученые из Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы (Москва) с коллегами с помощью молекулярно-генетических методов исследовали разнообразие и численность микроорганизмов в природных, промышленно загрязненных и городских почвах Мурманской области. Авторы отобрали образцы почв в Мурманске (крупнейшем городе региона), Апатитах (городе, в пять раз меньшем по численности населения), а также вблизи двух заводов — медно-никелевого в городе Заполярном и алюминиевого в Кандалакше.

При этом в Мурманске и Апатитах исследователи отбирали образцы с учетом большого пространственного разнообразия городских почв: в жилых районах и общественных зонах в разных частях городов. В Кандалакше и Заполярном образцы взяли на разном расстоянии (от 1,5 до 50 километров) от заводов, которые служат основными источниками загрязнения почв. В качестве контроля использовались условно фоновые почвы, которые не подвергаются влиянию человеческой деятельности.

Затем ученые определили химический состав почв. Оказалось, что почвы вблизи медно-никелевого завода содержали почти в 100 раз больше никеля и в 60 раз больше меди, чем природные. В почвах около алюминиевого завода оказалось в 22 раза больше фтора и алюминия, чем в естественных условиях.

Кроме того, исследователи расшифровали последовательности молекул ДНК, содержащихся в образцах, и оценили видовой состав и численность почвенных микроорганизмов.

Анализ показал, что микробные сообщества в почвах Мурманска и Апатитов были схожи: в них преобладали представители крупнейшей бактериальной группы протеобактерий (Proteobacteria), а также микроскопические грибы-аскомицеты (Ascomycota). При этом количество видов микроорганизмов в почвах городских зеленых зон оказалось на 43% выше, чем в природных. Одна из причин состоит в том, что при создании зеленых зон, например, газонов, используют искусственные почвенные смеси, которые содержат больше углерода и питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности бактерий, чем природные почвы. Таким образом, городская среда способствует созданию новых ниш, которые повышают микробное разнообразие.

В промышленных зонах — вблизи медно-никелевого и алюминиевого заводов — состав почвенных микроорганизмов оказался значительно изменен по сравнению с природными территориями и городскими почвами, отдаленными от предприятий. Здесь микробное разнообразие в целом оказалось снижено, и это может указывать на менее эффективный круговорот питательных веществ и медленное разложение органических веществ в почве — процессы, обеспечивающие стабильность всей экосистемы.

При этом в почвах в районе медно-никелевого завода по сравнению с естественными количество актиномицетов — «нитчатых» бактерий — уменьшилось на 31 процент, а фотосинтезирующих бактерий Chloroflexii и микроскопических грибов-аскомицетов возросло в 157 раз и в 1,2 раза соответственно. Это говорит о том, что последние группы микроорганизмов оказались наиболее устойчивы к загрязнению почвы никелем и медью.

Почвенные микробные сообщества вблизи алюминиевого завода имели менее выраженные изменения, а преобладающими группами микроорганизмов в них были Proteobacteria и Basidiomycota — грибы, формирующие плодовые тела в виде ножки и шляпки.

«Поскольку в Арктике активно развиваются города и промышленность, необходимо отслеживать, как подобная деятельность влияет на микробные сообщества почвы. Это влияние важно учитывать при разработке стратегий для смягчения негативных последствий антропогенного влияния и поддержания здоровых и устойчивых экосистем Арктики. В дальнейшем мы планируем подробнее изучить функциональную структуру микробных сообществ городских экосистем и найти ключевые виды в различных нишах.

Эти виды играют решающую роль в поддержании структурной целостности экосистем, влияя на динамику и устойчивость сообществ. Кроме того, мы будем исследовать, как изменяется функциональная и видовая структура микробных сообществ при таких условиях как потепление климата в Арктике и использование противогололедных средств в городах», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Корнейкова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории арктических урбоэкосистем научного центра «Смарт технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» РУДН имени Патриса Лумумбы.

Ранее авторы определили, что микроорганизмы, населяющие почвы арктических городов, осуществляют химические превращения углеродсодержащих молекул быстрее, чем обитатели природных территорий. Из-за этого в городах почвы активнее «дышат», то есть выделяют углекислый газ в атмосферу, и тем самым вносят значительный вклад в изменение климата.

В исследовании также принимали участие сотрудники Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва), Института географии РАН (Москва), Полярно-альпийского ботанического сада-института имени Н.А. Аврорина КНЦ РАН (Апатиты), Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН (Апатиты) и Вагенингенского университета (Нидерланды).

РНФ

148 статей

РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.

Показать больше