16.2.5. Биологическая деградация почв

Негативные воздействия на почву, изменяя условия существования почвенных микроорганизмов, могут нарушать нормальное протекание в почвах процессов микробной трансформации, а следовательно, и процессов круговорота веществ в биосфере. Такие изменения — одни из основных негативных последствий антропогенного воздействия на почвенную биоту. Эти нарушения могут отрицательно влиять на человека, изменяя экологические условия его обитания, процессы производства пищи и промышленной продукции. Кроме того, изменение микробной трансформации может приводить к появлению новых загрязнений в биосфере и заболеваний у людей.

Микроорганизмам принадлежит уникальная роль в очистке биосферы от загрязнений, так как именно они, обладая высокой способностью к адаптации, могут быстро трансформировать загрязняющие вещества. Нарушение функционирования почвенной биоты чревато также и утратой ею функций дезинфектора биосферы от загрязняющих веществ и еще большей их аккумуляцией в биосфере.

Почвенные организмы находятся в постоянной взаимосвязи и взаимодействии с другими организмами наземных экосистем, а антропогенные изменения микробных комплексов в почвах могут приводить к изменению этих взаимоотношений и оказывать негативное воздействие на растения, животных и человека.

Нарушение функций микробных сообществ проявляется в изменении интенсивности трансформации органических веществ, соединений азота, ряда минеральных элементов и т.д.

Одним из важнейших последствий антропогенного воздействия на природные экосистемы может быть снижение в них видового разнообразия, что многократно показано для сообществ животных и растений. Антропогенные факторы, вызывающие деградацию почв и изменяющие состав почвенной микробиоты, могут нарушать функционирование зоомикробных комплексов и сложившихся в них связей. Установлено, что антропогенные факторы могут: а) приводить к развитию токсичных и реппелентных для почвенных беспозвоночных животных видов микробов, 6) нарушать трофические цепи беспозвоночных и в) неблагоприятно влиять на развитие популяций этих животных.

Особую опасность для почвенной биоты представляют тяжелые металлы, характеризующиеся сильным токсическим действием, неограниченной устойчивостью во времени и передающиеся по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом.

Картина воздействия тяжелых металлов на комплекс почвенных микроорганизмов представляется следующей. В почвах, где содержание тяжелых металлов превышает фоновое в несколько (до 5-10) раз изменения в запасах биомассы, активности микробиологических процессов и видовой структуре микробных сообществ четко не выражены. Можно обнаружить как некоторое снижение, так и стимуляцию интенсивности биохимических процессов и повышение численности КОЕ микроорганизмов. Диапазон этих изменений, как правило, не превышает их варьирование в почвах под влиянием естественных экологических факторов. Дальнейшее повышение содержания тяжелых металлов приводит к достоверному снижению активности многих микробиологических процессов (азотфиксации, нитрификации, денитрификации, дыхания), разложения различных органических соединений и ферментативной активности почв. Начинает меняться видовая структура активно функционирующих микробных сообществ. Высокую чувствительность к загрязнению почвы тяжелыми металлами проявляют часто актиномицеты, олиготрофные микроорганизмы, азотобактер и липомицеты. Возрастает доля закиси азота, одного из парниковых газов, среди продуктов восстановления нитратов у денитрификаторов.

При контаминации металлами на два порядка выше фонового происходит нарастание негативных изменений в функционировании и структуре микробного комплекса почв. Снижаются запасы микробной биомассы, дыхание почвы, резко сокращается спектр утилизируемых микроорганизмами субстратов, упрощается структура комплексов бактерий, актиномицетов, грибов и микробных сообществ, возрастает количество пигментированных форм, и преимущественное развитие часто получают токсинообразующие виды. Отмечается, усиление фитотоксической активности у микромицетов, изолированных из загрязненных тяжелыми металлами (свинцом) почв в сравнении с штаммами, выделенными из контрольной почвы.

При содержании тяжелых металлов на три порядка выше по сравнению с фоном ингибируется развитие типичных для этой почвы микроорганизмов и активность многих биологических процессов. Функционировать в почвах способно только ограниченное число микроорганизмов, резистентных к данному поллютанту.

Выделяют три типа адаптивных реакций микробного комплекса на загрязнение почвы тяжелыми металлами (Левин и др., 1989). Зона гомеостаза - диапазон концентраций поллютанта, при которых существенно не меняется структура сообществ и функционирование микробиоты; зона стресса, соответствующая тем концентрациям металла, при которых меняется структура сообществ, снижается активность микробиологических процессов и нарушаются цепи первичного и вторичного метаболизма; зона резистентности - диапазон концентраций металла в почве, когда развиваются только устойчивые к данному поллютанту микроорганизмы. Выделяется также зона репрессии, когда содержание металла столь высоко, что ведет к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов в почве и их гибели.

Влияние радионуклидного загрязнения сказывается на уменьшении видового разнообразия групп организмов. Это приводит к нарушению естественного равновесия между основными группами организмов и нарушению проводимых ими процессов. Последействием радиации, например, может быть нарушение процессов деструкции органических веществ и связано это с тем, что более подвижные группы, активно перерабатывающие почву и растительный опад, (в первую очередь это касается дождевых червей), гибнут.

Другое важнейшее отрицательное последствие загрязнения— возможность накопления радионуклидов в пищевых цепях. Это может проявляться для многих животных при потреб­лении ими загрязненной пищи. Имеются и примеры непосредственного накопления радионуклидов в трофических цепях человека через почвенную биоту, аналогично аккумуляция тяжелых металлов. Так, установлено, что основная масса выпадающих радиоактивных осадков концентрируется в подстилке. Мицелий многих грибов активно развивается именно в подстилке и может аккумулировать радионуклиды, которые по системе гиф поступают в плодовые тела грибов, используемые человеком в пищу. Уровень накопления не находится в прямой зависимости от дозы воздействия и определяется многими факторами: зависит от радионуклида, типа почв, характера фитоценоза, видов грибов и т. д.