Оценка антропогенного воздействия на почвы северных территорий методами биотестирования и биоиндикации
В работе проведена оценка антропогенного воздействия двух отраслей промышленности – цветной металлургии и добычи углеводородов – на почвенный покров. Для оценки использовались методы биоиндикации и биотестирования. Показана перспективность использования указанных методов для экологического мониторинга северных территорий.
Почва – один из важнейших компонентов ландшафта. Как выразился В.В. Докучаев, почва является зеркалом ландшафта. То есть, способна отражать его состояние и тенденции к изменению, что особенно важно для нас при проведении экологических исследований – заметить негативные изменения окружающей среды раньше, чем наступит катастрофический характер последствий. В связи с этим разрабатывается множество различных методов, которые помогают оценить качество почвы в данный момент. Все эти методы подразделяются на две большие группы: физико-химические методы – способы оценки качества почвы по содержанию тех или иных веществ или фракций – и биологические методы – реакции живых организмов на характеристики исследуемой среды.
Физико-химические методы являются традиционными для полевых экологических исследований. Они входят в государственные программы мониторинга природных сред (собственно, весь мониторинг и базируется практически на физико-химических методах), а также активно развиваются с открытием новых технологий и закономерностей. Аналитические методы позволяют детально изучить химический состав и физические свойства (а также потенциалы рН и Eh) почв, что необходимо в широком спектре исследований.
Биологические методы оценки качества почв пришли в российскую науку сравнительно недавно. В отличие от физико-химических они не могут нам достоверно сказать о химическом составе исследуемых образцов, но ключевая особенность биологических методов заключается в том, что они показывают реакции живых организмов на воздействие среды. Они напрямую связаны с комфортностью для обитания в данной среде живых систем, что является неоспоримым достоинством по сравнению с физико-химическими методами.
Из биологических методов будут рассмотрены в данной работе – биотестирование и биоиндикация. Биотестирование – это анализ, который исследователь проводит в лаборатории, помещая в вытяжку из среды (в нашем случае, почвы) тест-объект. Суть опыта заключается в реакции на состав вытяжки тест-объекта с течением времени. Стандартным показателем является смертность тест-объектов. Биоиндикация – это наблюдения за живыми организмами и сообществами, которые непосредственно жили в контакте с исследуемой средой. В данной работе будет рассмотрена такая группа организмов-индикаторов как сообщество почвенных водорослей (альго-флора).
В качестве территории исследования выбраны несколько крупных источников антропогенного воздействия на севере нашей страны. Это комбинат «Северо-Никель» – один из крупнейших металлургических комбинатов в России, а также Бованенковское и Русское месторождения углеводородов. Северные регионы очень важны для нашей страны в настоящее время, идёт активное освоение северных территорий, поэтому знание о том, подходят ли биологические методы для оценки качества почв в этих регионах, достаточно важно для дальнейшего их развития.
Целью моей магистерской диссертации являлась оценка антропогенного воздействия на почвы северных территорий методами биотестирования и биоиндикации.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. сделать физико-географическую характеристику районов исследований;
2. выявить источники антропогенного воздействия на почвы и охарактеризовать их;
3. отобрать и освоить методики для проведения полевых, лабораторных и камеральных исследований;
4. отобрать пробы почвы на исследуемых территориях;
5. провести лабораторные исследования качества почв методами биотестирования и биоиндикации;
6. оценить возможность использования методов биоиндикации и биотестирования для оценки качества почв северных территорий в условиях антропогенного воздействия.
Данные для диссертации собраны лично автором в полевые сезоны 2017-2018 гг, а также другими студентами кафедры геоэкологии и природопользования Института наук о Земле СПбГУ в составе экспедиций на Кольский полуостров и полуостров Ямал.
Работа проведена при поддержке гранта РФФИ № 18-05-00217 А «Биогеохимические индикаторы техногенной трансформации потоков тяжёлых металлов в ландшафтах».
Исследование почв в районе воздействия Бованенковского НГКМ показало, что данный антропогенный комплекс не оказывает значительного воздействия на прилегающие к нему почвы. В то же время можно наблюдать увеличение подвижных форм тяжёлых металлов в сравнении с условно-фоновой территорией.
Из 10 проб, отобранных в зоне воздействия Русского месторождения, по результатам биотестирования две пробы оказались токсичными. Среднее значение смертности дафний в районе воздействия Русского месторождения составляет 60% (при условно-фоновом показателе – 0%).
В зоне воздействия комбината «Североникель» самыми токсичными оказались почвы расположенные на расстоянии 6-12 км от комбината, а территория Лапландского заповедника рекомендуется в будущем как наилучшая условно-фоновая территория, показавшая минимальные значения смертности дафний в водных вытяжках почв. Среднее значение смертности дафний в зоне влияния комбината составляет 70% (при условно-фоновом показателе – 40%). Рекомендуется в дальнейших исследованиях данной территории методами биотестирования использовать не среднее значение показателя, а моду смертности дафний, поскольку она показывает более заметную разницу между профилями. Были найдены статистически достоверные различия между выборками с условно-фоновых профилей и выборками с опытных профилей, а также проведено деление исследуемой территории на три пояса токсичности для дафний по удалённости от комбината «Североникель»: пояс токсичности (0 – 17 км), пояс возможной токсичности (17 – 36 км) и пояс нетоксичности (36 км и дальше).
Наблюдается уменьшение количества родов почвенных водорослей при приближении к комбинату «Североникель». Изменение структуры сообщества почвенных водорослей необходимо ещё изучать, но первичные результаты говорят о перспективности данного подхода к оценке качества почв.
Вероятно, именно высокое содержание подвижных форм свинца и меди губительно влияет на состояние тест-объектов (Daphnia magna), а также к гибели тест-объектов приводит высокое валовое содержание меди, ванадия, никеля и кобальта Цветная металлургия оказывает бо’льшее влияние на состояние тест-объектов, чем добыча нефти и газа, поэтому рекомендуется использовать указанную методику биотестирования применительно именно к оценке воздействия на почвы металлургических комбинатов. Не было найдено значимой корреляции между результатами биотестирования и результатами биоиндикации. Скорее всего, почвенная альгофлора меняется из-за избытка подвижных форм меди и никеля.
Chapman P.A. Decision making framework for sediment assessment developed for the Great Lakes // Human and Ecological Risk Assessment. 2002. V. 8. № 7. P. 1641–1655.
Аллювиальные равнины // А — Ангоб. — М. : Советская энциклопедия, 1969.
Антропов П.Я. Геология СССР. Том 27. Геологическое описание. Мурманская область. Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, Москва, 1958 г.
Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа. — Омск: ФГУП «Омская картографическая фабрика», 2004.
Боруцкий Б. Е. Современные представления о природе и геологической истории формирования пород Хибинского щелочного массива (Критическое сопоставление предлагавшихся гипотез и комментарии к ним) // Уникальные геологические объекты Кольского полуострова: Хибины. — Апатиты: К & М, 2010. — С. 7—30.
Втюрина Е. А. Бугры пучения. — Гляциологический словарь / Ред. В. М. Котляков. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
Голлербах М.М., Штина Э.А. Почвенные водоросли. Л.: Наука, 1969. — 196 с.
ГОСТ 17.4.4.02-84. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.
Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200000. Издание второе. Кольская серия. Лист Q-36-III,IV. 2006.
Гросвальд М. Г.. Ледниково-озёрные отложения. — Гляциологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
Добровольский В. В. География почв с основами почвоведения – М.:ВЛАДОС,2001.-384с.
Долорс Росс. Керамика: техника. Приёмы. Изделия./Пер. с нем. Ю. О. Бем. — М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003.
Елсукова Е.Ю. Сера в почвах в зоне воздействия комбината “Североникель” // материалы VII международной научно-практической конференции «Экологическое равновесие: структура географического пространства», 2016. С. 88-92.
Елсукова Е.Ю., Недбаев И.С. Геохимические особенности почв Северо-Западного Приладожья // Материалы международной научной конференции «XX юбилейные царскосельские чтения». 2016. С. 274-277.
Иванова М.М., Гутман И.С., Титунин Е.П. Промыслово-геологические особенности Русского газонефтяного месторождения // Геология нефти и газа. Вып. 8, 1989.
Кабиров Р.Р. Использование альгологических критериев при экологическом прогнозировании антропогенной нагрузки на наземные экосистемы // Успехи современного естествознания. №3, 2007.
Кабиров Р.Р. Роль почвенных водорослей в антропогенных экосистемах // Успехи современного естествознания. № 5, 2004.
Ковригина Е.К., Галеркина С.Г., Лебедева О.А., Штейн Л.Ф. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000. Издание второе. Карта дочетвертичных образований. Лист Q-44,45. 1996.
Кукушкин С.Ю., Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Арестова И.Ю. Тяжелые металлы в почвах Надым-Пур-Тазовского региона // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию кафедры почвоведения БГУ и 80-летию со дня рождения В.С. Аношко «Почвы и земельные ресурсы: современное состояние, проблемы рационального использования, геоинформационное картографирование», 2018. С. 258-262.
Ландшафтная карта Мурманской области масштаба 1:2000000. 1971.
Матюшков А.Д., Файнер Ю.Б. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000. Издание второе. Карта четвертичных образований. Лист Q-44,45. 1996.
М-МВИ-80-2008. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии. Санкт-Петербург, 2008.
Назаров Д.В., Костин Д.А., Шишкин М.А., Файбусович Я.Э. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000. Издание третье. Карта плиоцен-четвертичных образований. Лист R-42. 2014.
Назаров Д.В., Костин Д.А., Шишкин М.А., Файбусович Я.Э. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:2500000. Издание третье. Геоморфологическая схема. Лист R-42. 2014.
Недбаев И.С. К вопросу о разработке нормативов содержания нефтепродуктов в почве // Материалы межрегиональной молодежной научно-исследовательской конференции «Геоэкологические проблемы Европейского Севера и Арктики». 2018. С. 75-78.
Недбаев И.С., Третьяков В.Ю., Елсукова Е.Ю. Использование инструментов интерполяции для обработки данных экологического мониторинга Бованенковского НГКМ // Метеорологический вестник. 2017. Т. 9. № 1. С. 32-39.
Неделин Н.А. Экологический мониториг почв, загрязненных нефтепродуктами, методом биоиндикации // Материалы Международной научно–практической конференции «Химия и экология – 2015». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015. – 363 с.
Опекунова М.Г., Арестова И.Ю., Елсукова Е.Ю., Шейнерман Н.А. Методы физико-химического анализа почв и растений. Санкт-Петербург, 2015.
Опекунова М.Г., Арестова И.Ю., Кукушкин С.Ю., Никитина М.А., Опекунов А.Ю., Спасский В.В. Эффективность биоиндикационных методов для оценки трансформации природной среды при добыче углеводородов // Материалы XIII Международной ландшафтной конференции, посвященной столетию со дня рождения Ф.Н. Милькова «Современное ландшафтно-экологическое состояние и проблемы оптимизации природной среды регионов», 2018. С. 226-228.
Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Арестова И.Ю., Кукушкин С.Ю., Спасский В.В., Никитина М.А., Елсукова Е.Ю., Шейнерман Н.А., Недбаев И.С. Использование методов биоиндикации и биотестирования в оценке экологического состояния территории газоконденсатных месторождений севера Западной Сибири // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2018. Т. 63. № 3. С. 326-344.
Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Ганул А.Г. Фоновое содержание химических элементов в почвах и донных осадках севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 4. С. 422-439.
Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 1. Общая часть. М., 1951
Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Синезеленые водоросли. М., 1953
Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 4. Диатомовые водоросли. М., 1951
Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 5. Желтозеленые водоросли. М.-Л., 1962
Природа Ямала // Колл. авторов. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1995.
Русинова Т.А., Елсукова Е.Ю., Евтюгина З.А. Загрязнение почв тяжелыми металлами на примере Кольского полуострова // Сборник материалов VII Всероссийской научной конференции по лесному почвоведению с международным участием «Теоретические и прикладные аспекты лесного почвоведения», 2017. С. 310-313.
Словарь современных географических названий. — Екатеринбург: У-Фактория. 2006.
ФР.1.39.2007.03222. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. Москва «АКВАРОС», 2007.
Царенко П.М. Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР. Наук думка, 1990.
Шишкин М.А., Воронин А.С., Файбусович Я.Э., Василенко Е.П. Государственная карта Российской Федерации масштаба 1:1000000. Издание третье. Геологическая карта доплиоценовых образований. Лист R-42. 2014.
Электронные ресурсы:
Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2017 году. Министерство природных ресурсов и экологии Мурманской области, 2018. URL:
Климатические данные городов по всему миру. URL:(дата обращения: 12.05.2019)
Погода Meteoblue. URL: (дата обращения: 13.05.2019).
Природа Мира. URL: (дата обращения: 13.05.2019)
Прогноз погоды в мире. URL:(дата обращения: 12.05.2019)
Физическая карта Мурманской области. URL: (дата обращения: 12.05.2019)
Яндекс-Карты. URL: (дата обращения: 13.05.2019).
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (9 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
5 (14 отзывов)
5 (21 отзыв)
4 (15 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
