ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТРИАДНОГО ПОДХОДА ПРИ ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ ПОЧВ

Одной из фундаментальных проблем современной экологии является обоснование научных подходов к оценке экологического риска негативных воздействий на почвы. Возрастающая с каждым годом антропогенная нагрузка на городские почвы, связанная прежде всего с хозяйственной деятельностью человека и автотранспортом, существенно влияет на их способность выполнять свои экологические функции [5, 12, 15, 18]. В настоящее время применяются разнообразные подходы к оценке отрицательных воздействий на городские почвенные экосистемы. При этом большое внимание уделяется разработке подходов, основанных на диагностике изменений абиогенных и биогенных компонентов почв. [3, 8, 9, 28, 29]. Однако важной проблемой остается поиск наилучших способов интегрирования данных экологического мониторинга [1, 4, 14, 16, 28]. В связи с этим разработано множество схем расчета индексов состояния почв, значения которых впоследствии сопоставляются с уровнями техногенной нагрузки и/или категориями качества окружающей среды [4, 7, 11, 19]. В настоящее время в качестве надежного подхода к характеристике экологического риска при загрязнении природных сред используется метод триад, который основан на методологии междисциплинарного уровня и учитывает данные химических, токсикологических и биоиндикационных исследований [21–27].

Химические исследования экологического состояния почв должны включать в себя определение: рН водной вытяжки, валовых форм тяжелых металлов и основных агрохимических показателей. Токсикологический анализ основан на использовании тестсистем и организмов разных трофических уровней. Биоиндикационные исследования городских почв заключаются в изучении экологических параметров основных групп почвообитающих микроорганизмов (бактериального и микромицетного комплексов почв). Полученные экспериментальные данные о содержании загрязняющих веществ, токсичности для тесторганизмов и биоиндикационные параметры микробных сообществ затем обрабатываются с помощью триадного подхода. Расчет индексов состояния (ИС) по химическим, биоиндикационным и токсикологическим параметрам (ИСх, ИСб и ИСт, соответственно) ведется в три этапа:

1) сравнение полученных результатов в изучаемых образцах с аналогичными показателями для фоновых проб;

2) выбор функции перевода в зависимости от степени отклонения от фоновых величин для каждого показателя;

3) вычисление суммарных показателей ИСх, ИСб и ИСт.

Также триадный подход в известной мере включает в себя анализ функции "желательности" (по [4]), которая позволяет произвести перевод натуральных значений химических, токсикологических и биологических показателей в единую безразмерную шкалу с четко фиксированными границами.

В триадном анализе применяется расчет интегрального индекса состояния городских почв по трем показателям (химическим, токсикологическим и биоиндикационным), в котором используются "весовые коэффициенты”, равные 1.0, 1.5 и 2.0. Присвоение этих повышенных "весовых коэффициентов" индексам ИСт и ИСб, соответственно, равных 1.5 и 2.0, было обосновано тем, что биотические (то есть токсикологические и биоиндикационные) показатели являются наиболее информативными для оценки состояния почвенных экосистем и характеристики экологических функций почв как среды обитания живых организмов [28]. В связи с этим полярные значения коэффициентов (от 0 до 1) соответствуют градациям “хорошо” и “плохо”, а промежуточные могут быть интерпретированы по принципу “чем больше индекс, тем больше отличие от фоновых/контрольных значений”, и, следовательно, тем хуже экологическое состояние почв. Результаты, полученные в ходе триадного анализа, обязательно подвергаются статистической обработке.

Серьезным недостатком большинства современных подходов к оценке экологического состояния городских почв является их базирование только на результатах химического анализа, в результате чего представление о реальном состоянии почв искажается.  Данная проблема в значительной степени обусловлена сложностью анализа состояния биоты и формализации полученных различными методами данных. Также, в урбаноземах небольших городов химическими анализами не выявляются катастрофические уровни загрязнения, в отличие от почв, находящихся под импактным воздействием точечных источников. В связи с этим большую ценность приобретают данные биологических исследований, так как реакции отдельных живых организмов и состояние биотических сообществ в целом дают представление об экологическом качестве почвенных экосистем и устойчивом функционировании почв. Преимущество комплексной оценки состояния урбаноземов с использованием триадного подхода заключается в формализации данных о реакциях живых объектов в биотестах, биоиндикационных изменениях сообществ почвенных микроорганизмов и данных о химическом загрязнении в обобщенный (интегральный) индекс экологического состояния, который при исследовании экологического состояния городских почв представляется более взвешенным и полным, по сравнению, например, с индексами химического загрязнения почв Zc (по Саету) или индексами интегрального биологического показателя качества почв по [7].

Таким образом, применение триадного подхода при оценке экологического состояния урбаноземов, заключающегося в использовании не только данных химического анализа, но и значений, полученных в ходе токсикологических и биоиндикационных исследований, а также обобщении результатов в интегральный индекс экологического состояния почвенных экосистем является целесообразным и достаточно надежным методом, определяющем качество городских почв.

Список литературы:

1. Булгаков Н.Г. Индикация состояния природных экосистем и нормирование факторов окружающей среды. Обзор существующих подходов // Успехи современной биологии. 2002. Т. 122. № 2. С. 115– 135.
2. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: УИФ “Наука”, 1994. 280 с.
3. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1986. 136 с.
4. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 2003. 202 с.
5. Попутникова Т.О., Терехова В.А. Установление зоны влияния полигона твердых бытовых отходов на почвы по структурно-функциональным изменениям микробных сообществ // Вестник Моск. Ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2010. № 2. С. 51–54.
6. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Прохоров А.Н., Лысак Л.В., Сизов А.П., Яковлев А.С. Экологическое состояние городских почв и стоимостная оценка земель // Почвоведение. 2003. № 7. С. 867– 875.
7. Терехова В.А. Значение микологических исследований в экологическом контроле почв // Почвоведение. 2007. № 5. С. 643–648.
8. Экологические функции городских почв / Отв. ред.: Курбатова А.С., Башкин В.Н. Смоленск, 2004. 232 с.
9. Яковлев А.С., Макаров О.А. Экологическая оценка, экологическое нормирование и рекультивация земель: основные термины и определения// Использование и охрана природных ресурсов в России. 2006. № 3(87). С. 64–70.
10. Frostegard А., Tunlid A., Baath E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content // J. of microbiological methods. 1991. V. 14. № 3. P. 151–163. DOI: 10.1016/0167- 7012(91)90018-l
11. Long E.R., Chapman P.M. A Sediment Quality Triad: measures of sediment contamination, toxicity and infaunal community composition in Puget Sound // Mar. Pollut. Bull. 1985. № 16. P. 405–415.
12. Semenzin E., Critto A., Rutgers M., Marcomini A. Integration of bioavailability, ecology and ecotoxicology by three lines of evidence into ecological risk indexes for contaminated soil assessment // Sci. Total Environ. 2008. № 389. P. 71–86.