АНАЛИЗ  ТРАНСФОРМАЦИИ  АЗОТОСОДЕРЖАЩИХ  СОЕДИНЕНИЙ  В  КОМПОНЕНТАХ  БИОСФЕРЫ

Серёгина  Дарья  Сергеевна

студент  Национального  Исследовательского  Университета

«МЭИ»,  РФ,  г.  Москва

E-mail:  impossible _d@mail.ru

Коваленко  Людмила  Андреевна

д-р  биол.  наук,  профессор  Национального  Исследовательского  Университета  «МЭИ»,  РФ,  г.  Москва

E-mail: 

ANALYSIS  OF  THE  TRANSORMATION  OF  NITROGEN  CONTAINING  COMPOUNDS  IN  THE  COMPONENTS  OF  THE  BIOSPHERE

Darya  Seregina

student  of  National  Research  University  “Moscow  Power  Engineering  Institute”,  Russia,  Moscow

Ludmila  Kovalenko

doctor  of  Biological  Sciences,  Professor  of  National  Research  University  “Moscow  Power  Engineering  Institute”,  Russia,  Moscow

АННОТАЦИЯ

Проведена  оценка  качества  почв  и  водоисточников  Измайловского  парка  г.  Москвы  посредством  методики  анализа  нитратредуцирующей  активности  данных  экосистем,  определена  степень  воздействия  электромагнитных  полей  на  почву.  Впервые  проведена  апробация  метода  определения  ферментативной  активности  почвенного  покрова  потенциометрическим  методом.  Была  изучена  биологическая  активность  почвы  на  разном  расстоянии  от  источника  электромагнитного  воздействия.  На  основании  полученных  данных  были  выявлены  зависимости  почвенных  и  водных  характеристик  от  степени  воздействия  на  экосистемы  антропогенного  фактора.

ABSTRACT

The  quality  assessment  of  soil  and  water  sources  in  Izmaylovskiy  Park  in  Moscow  through  techniques  analysis  of  nitrate-reducing  activity  of  these  ecosystems  is  made;  the  impact  of  electromagnetic  fields  on  the  ground  is  determined.  For  the  first  time  approbation  test  method  of  fermentation  activity  of  soil  continuum  is  carried  out  by  potentiometer  method.  Biological  activity  of  the  soil  at  different  distances  from  the  source  of  electromagnetic  exposure  is  studied.  Based  on  the  received  data  dependences  of  soil  and  water  characteristics  on  the  impact  on  the  ecosystem  of  the  anthropogenic  factor  are  identified.

Ключевые  слова:   почва;  водоисточник;  ферментативная  активность;  нитратредуктаза;  электромагнитное  воздействие.

Keywords:   ground;  water  source;  fermentation  activity;  nitrate  reductase;  electromagnetic  action.

В  настоящее  время  актуальна  проблема  загрязнения  основных  компонентов  экосистем  —  природных  водоёмов  и  почв.  В  результате  деятельности  человека  в  них  поступает  большое  количество  загрязняющих  веществ,  таких  как  соединения  меди,  свинца,  железа,  фосфора,  азота  и  других.  Регулирующим  фактором  служит  способность  экосистем  к  самоочищению  от  различных  загрязнений,  которая  определяется  по  уровню  активности  ферментов.  Ферменты  присутствуют  во  всех  живых  клетках  и  способствуют  превращению  одних  веществ  (субстратов)  в  другие  (продукты).  В  почвенные  и  водные  экосистемы  ферменты  поступают  в  результате  жизнедеятельности  биоты,  функционирующей  в  них. 

Целью  работы  была  апробация  метода  определения  ферментативной  активности  почвенного  покрова  потенциометрическим  методом,  посредством  которого  проведен  анализ  трансформации  азотосодержащих  соединений  в  почвенных  и  водных  экосистемах;  определение  их  состояния  при  различном  уровне  электромагнитного  воздействия  на  основании  исследований  нитратредуцирующей  активности  в  пробах  воды  и  почвы.

Азот  —  незаменимый  биогенный  элемент,  так  как  он  входит  в  состав  белков  и  нуклеиновых  кислот.  Круговорот  азота  один  из  самых  сложных,  поскольку  включает  как  газовую,  так  и  минеральную  фазу,  и,  одновременно,  самых  идеальных  круговоротов.  Переводить  атмосферный  азот  в  доступную  для  организмов  форму  (нитриты  и  нитраты)  способны  лишь  некоторые  бактерии.  Этот  процесс  называется  азотфиксацией  и  представляет  собой  основной  путь  поступления  азота  в  биотический  компонент  экосистемы.  Неферментативная  азотфиксация  требует  гораздо  больше  энергии,  получаемой  в  атмосфере  в  результате  действия  ионизирующих  факторов,  например  молний  и  космического  излучения.  В  некотором  смысле  процессом,  обратным  нитрификации,  является  денитрификация,  также  осуществляемая  бактериями,  которые  в  результате  понижают  плодородие  почвы.  Денитрификация  происходит  в  анаэробных  условиях,  когда  нитраты  используются  при  дыхании  вместо  кислорода  в  качестве  окислителя  органических  соединений.

В  качестве  объекта  для  проведения  исследований  был  выбран  природно-исторический  парк  «Измайлово»  г.  Москвы.  Отбор  проб  воды  производился  из  Красного  и  Лебедянского  пруда  и  истока  реки  Серебрянки.  Пробные  площадки  для  взятия  образцов  почвы  находятся  на  расстоянии  10  и  50  метров  от  линий  электропередач  (ЛЭП)  110  кВ,  пересекающей  Измайловский  лесопарк,  в  200  м  от  Главной  аллеи.  На  данном  расстоянии  от  ЛЭП  на  биологическую  активность  почв  оказывают  влияние  электромагнитные  поля.

Определение  нитратов  в  воде  водоисточников  проводилось  при  помощи  нитратомера  ИТ-1201.  Полученные  данные  (табл.  1)  свидетельствуют  о  незначительном  загрязнении  нитратами  вод  Лебедянского  и  Красного  прудов.  В  большей  степени  загрязнены  воды  реки  Серебрянки.  По  активности  нитратредуктазы  в  водных  экосистемах  Измайловского  парка  выявлена  тенденция  их  к  самоочищению  (высокая  биологическая  активность  водных  экосистем  прудов  и  значительно  сниженная  в  реке).  В  качестве  объективной  оценки  состояния  водных  систем,  их  способности  к  самоочищению  от  органических  соединений  предложен  коэффициент  потенциальной  активности  нитратредуктазы  (КПН).  Это  отношение  активности  нитратредуктазы,  выраженной  мг/л  NO₃,  к  содержанию  нитратсодержащих  соединений.

Таблица  1.

Активность  нитратредуктазы  и  КПН  в  водных  экосистемах

Согласно  результатам  исследования,  антропогенное  загрязнение  прудов  Измайловского  парка  не  превышает  предела  толерантности  их  водных  экосистем,  тогда  как  экосистема  реки  Серебрянки  подвергается  воздействию  превышающему  пределы  её  толерантности.

Эти  исследования  подтверждают  данные  многократных  исследований  по  определению  индекса  загрязнённости  вод  (ИЗВ)  (табл.  2). 

Таблица  2.

Индекс  загрязнённости  воды  в  2010  году

Судя  по  представленным  результатам,  состояние  прудов  весной  по  сравнению  с  осенним  периодом  улучшилось,  что  обусловлено  относительно  высокой  способностью  к  самоочищению  в  совокупности  с  уменьшением  антропогенной  нагрузки  в  зимний  период.  В  тоже  время,  состояние  вод  реки  Серебрянка  изменилось  в  сторону  ухудшения  качества,  что  по  всей  вероятности  связано  с  ослаблением  гомеостаза  водной  экосистемы  реки,  способности  последней  к  самоочищению  от  различных  загрязняющих  веществ.  Очевидно,  содержание  поллютантов,  попадающих  в  реку,  превышает  пределы  её  толерантности.

Исследования  активности  фермента  нитратредуктазы  в  почве  проводились  двумя  методами:  с  помощью  нитратомера  и  фотоэлектроколориметра  (общепринятый  метод).  Опыты  проводились  в  трёх  повторностях  с  целью  уменьшения  погрешности.

Согласно  данным  полученным  классическим  методом  в  исследуемых  образцах  почвы  выявлено  увеличение  активности  фермента  нитратредуктазы,  практически  не  различающееся  на  расстоянии  10  м  и  50  м  от  источника  электромагнитного  воздействия,  что  свидетельствует  о  высокой  биологической  активности  почвенных  экосистем  на  исследуемых  площадках  (табл.  3).  Однако  коэффициент  потенциальной  активности  нитратредуктазы  на  расстоянии  10  м  в  подгоризонте  01  снижен  (на  12,83  %)  по  сравнению  с  таковыми  на  пробной  площадке  50  м.  В  подгоризонте  02  КПН  превышает  показатели  такового  на  36  %,  а  в  горизонте  А1  напротив,  показатель  КПН  на  расстоянии  10  м  снижен  по  сравнению  с  таковым  на  31,3  %  .

Результаты  сравнения  данных,  полученных  при  исследовании  с  помощью  нитратомера  и  фотоэлектроколориметра  для  определения  нитратредуктазы  в  одних  и  тех  же  пробах  показаны  в  таблице  3.

Таблица  3.

Сравнительные  данные  определения  нитратредуктазы  в  почвенном  покрове

Использование  нитратомера  для  определения  активности  нитратредуктазы  и  КПН  позволяет  получить  более  достоверные  результаты.  Однако,  характер  изменения  активности  нитратредуктазы  по  мере  углубления  в  почвенном  профиле  абсолютно  идентичном  таковому  при  определении  классическим  методом  (рисунок  1,  рисунок  2). 

Рисунок  1.  Распределение  КПН  по  почвенному  срезу.  Исследование  с  помощью  фотоэлектроколориметра

Рисунок  2.  Распределение  КПН  по  почвенному  срезу.  Исследование  с  помощью  нитратомера

При  этом  суммарные  значения  КПН,  полученные  методом  сложения  величин  КПН  в  подгоризонтах  01,02  и  А1  на  площадке  удаленной  на  50  м  от  источника  загрязнения  на  17,8  %  превышают  значения  суммарного  показателя  на  10  м.  В  то  время  как  значимых  различий  суммарных  показателей  КПН  с  использованием  фотоэлектроколориметра  не  выявлено  (разница  составляет  3,2  %).

Полученные  данные  позволили  нам  использовать  нитратомер  для  последующей  работы  для  определения  нитратредуктазы  и  КПН  на  различных  расстояниях  от  ЛЭП  (табл.  4).

Таблица  4.

Активность  нитратредуктазы  и  КПН  по  нитратомеру  в  почве  на  различном  расстоянии  от  ЛЭП

Согласно  полученным  данным  в  образцах  почвы  взятых  на  расстоянии  10  м  от  источника  практически  совпадает  характер  изменения  КПН  по  мере  углубления  и  отчетливо  повторяются  значения  суммарной  активности  КПН  в  почвенном  профиле  этого  участка.  Однако,  результаты  исследований  полученных  на  участке  50  м  повысится  только  в  подгоризонте  02  (в  нем  наиболее  стабильны  гидротермические  условия)  (рисунок  3.).  При  этом  суммарная  активность  КПН  в  почвенном  профиле  данного  участка  уменьшается  по  сравнению  с  данными  предыдущих  исследований.  Следовательно,  биологическая  активность  почв  на  участке  удаленном  на  50  м  не  постоянна  и  зависит  от  различных  экологических  воздействий. 

Рисунок  3.  Распределение  КПН  по  почвенному  срезу.  Повторные  исследования  с  помощью  нитратомера

Стабильность  показателей  биологической  активности  на  участке  10  м  указывает  на  приоритетность  влияния  электромагнитных  полей  на  почвенные  экосистемы.  Таким  образом,  изучение  нитратредуцирующей  активности  почвенной  биоты  с  использованием  различных  приборов  в  работе  показали  большую  точность  при  измерении  почвенных  вытяжек  с  помощью  нитратомера,  поскольку  в  процессе  множественных  манипуляций  в  общепринятом  методе  может  теряться  часть  субстрата,  что  снижает  объективность  измерений. 

Сравнение  данных  полученных  на  10  м  и  50  м  от  ЛЭП  не  выявило  отчетливых  различий  биологической  активности  на  этих  участках. 

Выводы:

1.  Изучение  нитратредуцирующей  активности  водных  экосистем  позволило  выявить  значимые  отличия  между  водоемами  соответственно  их  индексу  загрязнения  (ИЗВ),  что  позволяет  рекомендовать  метод  определения  нитратредуктазы  в  водах  для  прогнозирования  состояния  их  водных  экосистем. 

2.  Показатели  ферментативной  активности  нитратредуктазы  и  КПН  в  подгоризонтах  лесной  подстилки  и  почве  могут  быть  использованы  в  качестве  специфических  биоиндикаторов  на  загрязнение  почв.

3.  По  мере  приближения  к  источнику  техногенного  загрязнения  (ЛЭП  110  кВ)  закономерно  снижается  активность  нитратредуктазы  в  верхнем  подгоризонте  подстилки  и  коэффициент  потенциальной  активности  нитратредуктазы  (КПН)  в  ней,  что  позволяет  использовать  показатели  подгоризонта  01  для  биоиндикации  уровня  биологической  активности  почвы  при  загрязнении.

4.  Не  выявлено  четкого  влияния  электромагнитного  воздействия  от  ЛЭП  110  кВ  на  биологическую  активность  почвенных  экосистем  методом  определения  нитратредуцирующей  активности,  поскольку  суммарные  значения  КПН  на  площадках  10  м  и  50  м  не  имели  значимых  отличий.

Список  литературы:

1.Бабушкина  Л.Г.,  Коваленко  Л.А.,  Неверова  О.П.,  Судаков  В.Г.  Биологическая  активность  компонентов  агробиогеоценозов  как  показатель  адаптации  экосистем  к  антропогенному  загрязнению:  моногр.  Екатеринбург:  Урал.  гос.  лесотехн.  ун-т,  2008.  —  292  с.

2.Степановских  А.С.  Экология:  Учебник  для  вузов.  М.:  ЮНИТИ-ДАНА,  2001.  —  703  с.