Фитотоксичность почв Арктики



Почвам арктических и приарктических территорий в последнее десятилетие уделяется особое внимание, учитывая крайнюю уязвимость окружающей природной среды, малую устойчивость экосистем, важную экономическую, социальную и экологическую роль.

Для оценки экологического состояния почв часто используется такой показатель, как фитотоксичность — это способность почв оказывать угнетающее действие на растения, приводящее к нарушению физиологических процессов, ухудшению качества растительной продукции и снижению ее выхода [1]. Определение этого показателя необходимо при мониторинге загрязненных почв.

Почвы районов Арктики и субарктики формируются в суровых климатических условиях арктической зоны полярной области и характеризуются слабым развитием почвенного процесса, неразвитостью почвенного профиля. Арктическая зона включает в себя северные острова Ледовитого океана и северную оконечность полуострова Таймыр. Почвы отличаются следующими морфологическими особенностями: наличием торфяной подстилки; четко выраженным глеевым горизонтом; малой мощностью почвенного профиля и слабой его дифференциацией; деформацией почвенного профиля, вызванной перемещением насыщенных влагой почвогрунтов при оттаивании и замерзании. Большое влияние на формирование арктических почв оказывают многолетняя мерзлота, оттаивающая в летний период на небольшую глубину (30–50 см), и связанные с ней мерзлотные процессы [2].

Объекты и методы

Для проверки на фитотоксичность было использовано 15 образцов почв, которые были отобраны согласно стандартной методике по ГОСТ 17.4.4.02–84 [3].

Объектами исследования послужили образцы почв (2012–2015 гг.), привезенные из научно-исследовательских экспедиций «Арктический плавучий университет», организованных Северным (Арктическим) федеральным университетом имени М. В. Ломоносова совместно с ФГБУ «Северное УГМС», «Арктическим Антарктическим научно-исследовательским институтом», «Государственным океанографическим институтом», Институтом экологических проблем Севера УрО РАН при финансовой поддержке Русского географического общества. Экспедиции проходили на НИС «Профессор Молчанов» с целью изучения экологического состояния арктических территорий. Всего за период 2012–2015 гг. прошло шесть научно-исследовательских экспедиций.

На рисунке 1 представлены места отбора почвенных образцов. Названия пробных площадей представлены в таблице 2.

Рис. 1. Места отбора проб

Для эксперимента был выбран метод проростков. Как было сказано выше, он самый удобный и легко выполнимый. Отработка методики и последующие эксперименты проводились в лаборатории биогеохимических исследований САФУ.

В качестве тест-объектов исследования был выбран кресс-салат (двудольное растение). Субстратом для исследования послужили водные вытяжки почв при длительности экстракции 1 час. В чашки Петри помещали по 25 семян тест-культуры между слоями фильтровальной бумаги, которую смачивали почвенной вытяжкой. Чашки Петри помещали в термостат на 3 суток, где поддерживалась температура 25°С. В качестве контроля была взята смесь Кнопа [4]. В ходе опыта фиксировались биометрические показатели: длина корня и длина гипокотиля. Все исследования проводились в трех повторностях.

Уровень фитотоксичности исследуемых почв оценивали по ингибированию определяемых показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контрольных вытяжках. Класс токсичности определялся по шкале токсичности почв (таблица 1).

Таблица 1

Шкала токсичности почв

Класс токсичности	Индекс токсичности тестируемой среды	Пояснения
VI (стимуляция) — значительная — выраженная — заметная — средняя — слабая	> 1,60 1,50–1,60 1,50 1,11 -1,40 1,10	Фактор оказывает стимулирующее действие на тест-объекты. Величина тест-функции в опыте превышает контрольные значения.
V (норма)	0,91–1,00	Фактор не оказывает существенного влияния на развитие тест-объектов. Величина тест-функции находится на уровне контроля.
IV (низкая токсичность)	0,71–0,90	Разная степень снижения величины тест-функции в опыте по сравнению с контролем
III (средняя)	0,50–0,70
II (высокая)	< 0,50
I (сверхвысокая, вызывающая гибель тест-объекта)	Среда не пригодная для жизни тест-объекта	Наблюдается гибель тест-объекта

Полученные результаты исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Индексы и классы токсичности исследуемых почв на основании показателей длины корня и длины гипокотиля проростков кресс-салата относительно смеси Кнопа

Пробные площади		Длина корня		Длина гипокотиля
		Индекс токсичности	Класс токсичности	Индекс токсичности	Класс токсичности
1	Остров Хейса Земля Франца-Иосифа	1,13	стимуляция средняя	0,95	норма
2	Остров Чампа Земля Франца-Иосифа	1,09	норма	0,71	низкая
3	Бухта Тихая	1,45	стимуляция заметная	1,00	норма
4	Остров Гукера	1,29	стимуляция средняя	1,03	норма
5	Поселок Баренцбург	1,23	стимуляция средняя	0,82	низкая
6	Мыс Желания	1,36	стимуляция средняя	0,63	средняя
7	Новая Земля Русская Гавань	1,26	стимуляция средняя	1,03	норма
8	Поселок Малые Кармакулы	1,18	стимуляция средняя	0,75	низкая
9	Новая Земля	1,19	стимуляция средняя	0,98	норма
9	Остров Колгуев	1,24	стимуляция средняя	0,80	низкая
10	Остров Матвеев	1,33	стимуляция средняя	1,04	норма
11	Мыс Белый Нос	1,02	норма	1,12	стимуляция средняя
13	Остров Сосновец	1,10	стимуляция слабая	0,61	средняя
14	Поселок Летняя золотица	1,54	стимуляция выраженная	0,79	низкая
15	Диксон	0,99	норма	0,68	средняя

Результаты

Если рассматривать индексы токсичности, полученные при расчете показателя длины корня, то около 20 % почвенных образцов оказались экологически чистыми, а остальные образцы относятся к классу токсичности «стимуляция» (60 % — «стимуляция средняя», 6,66 % — «стимуляция слабая», 6,66 % — «стимуляция выраженная», 6,66 % «стимуляция заметная»).

Если рассматривать индексы токсичности, полученные на основании показателя длины гипокотиля, то около 40 % почвенных образцов оказались экологически чистыми, а на остальных обнаружена стимуляция разной степени.

Таким образом, по показателю фитотоксичности все исследуемые почвы арктических территорий можно отнести к экологически чистым.

Литература:

1. Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 2. Методы биотестирования / С. М. Чеснокова, Н. В. Чугай; Владим. гос. ун-т. — Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008. — 92 с.
2. Экологический цент «Экосистема» Почвы России и СССР [Электронный ресурс]:.-Электрон. дан. — Экологический центр «Экосистема», А. С. Боголюбов, 2001–2013. — Режим доступа: http://www.ecosystema.ru/08nature/soil/027t.htm, (дата обращения 10.10.2019) — Загл. с экрана. — Яз. рус., англ.
3. ГОСТ 17.4.4.02–84: Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа;
4. А. И. Сальников, И. Л. Маслов — Физиология и биохимия растений//Практикум;