Микробиота городских почв

Городские почвы – это антропогенно модифицированные почвы с поверхностным слоем более 50 см, созданные в результате деятельности человека и полученные путем смешивания, засыпки или захоронения материалов городского происхождения, включая строительные и бытовые отходы.

Городские почвы существенно отличаются по своим морфогенетическим и физико-химическим свойствам от естественных. Для них характерно нарушение естественного расположения или полное исчезновение горизонтов, формирование на крупных, аллювиальных, смешанных почвах и культурном слое, наличие вкраплений строительного и бытового мусора на верхних горизонтах, изменение кислотно-щелочного равновесия с тенденцией к защелачиванию, высокое загрязнение от ТМ, нефтепродуктов, компонентов промышленных выбросов, изменение физико-механических свойств почв (снижение влагоемкости, повышение плотности, каменистость и др.), рост профиля за счет интенсивного распыления, нарушение баланса основных элементов питания растений, изменение водного и температурного режимов почв и др.

Несмотря на это, в городских почвах диагностируются процессы гумусообразования, потери, выноса и перераспределения минеральных компонентов.

Общие характеристики городских почв: 

- коренная порода – насыпной материал, аллювиальная земля, смешанные почвы или культурный слой; 

- включение строительного и бытового мусора в верхний горизонт; нейтральная или щелочная реакция (также в лесной зоне); 

- высокая загрязненность ТМ и нефтепродуктами; 

- особые физико-механические свойства грунтов (пониженная влагоемкость, повышенная насыпная плотность, уплотнение, каменистость);

- рост профиля вверх за счет постоянного использования различных материалов и интенсивного золового опыления. 

Особенностью городских почв также является сочетание перечисленных свойств. Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт «урбик» – органоминеральная поверхностная масса, смешанный горизонт с городскими антропогенными включениями (более 5% строительных и бытовых отходов, промышленных отходов) с толщиной более 5 см.

Сообщества микроорганизмов в городской среде способны удерживать некоторые экологические ниши, характеристики которых близки к естественным. При этом микроорганизмы осваивают новые микрозоны антропогенного характера, несвойственные этим природным условиям.

Микробиологические свойства городских почв изучены недостаточно. Важность изучения биологических свойств почв заключается в том, что городские почвы служат местом концентрации урбаногенных веществ. Характерной чертой микробных сообществ городских почв является наличие признаков, не характерных для данной природной зоны, которые могут служить индикатором городской среды. Общая закономерность процесса урбанизации – попадание нефтепродуктов в почву. Признаком этого влияния является преобладание родококков в бактериальном комплексе [19].

К общим законам антропогенного воздействия можно отнести также ощелачивание почв в результате осаждения известковой пыли и, соответственно, увеличение или преобладание количества щелочелюбящих и устойчивых к щелочам бактерий. Загрязнение почв приводит к ухудшению их свойств, приводит к снижению биологической активности. Однако определенные группы микроорганизмов способны противостоять токсическому воздействию и, благодаря своей приспособляемости, способствуют очистке полов от продуктов техногенного загрязнения. В результате промышленного загрязнения из-за резкого снижения продуктивности фитоценозов запас преобразованных органических остатков в почве может как увеличиваться – при подавлении микробиологической активности, так и уменьшаться. Влияние выбросов токсичных газов промышленных предприятий на микробиологические процессы хорошо изучено [10].

Было обнаружено, что диоксид азота подавляет рост аэробных и анаэробных несимбиотических азотфиксирующих бактерий в почве. Очень высокие концентрации тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы часто вредны для микробов. При более низких концентрациях эти элементы являются токсичными, но при этом могут быть химически модифицированы некоторыми микроорганизмами и таким образом удален из окружающей среды. 

По результатам проведенного анализа теоретических источников о микробиоте почв можно сделать следующие выводы: 

Здоровая, плодородная почва – национальное достояние. Между тем на территории любого города не остается почвы как естественно-исторического органоминерального тела. Естественные ненарушенные почвы остались лишь в виде островков в городских лесах и лесопарках. На подавляющей части городской территории сформировались специфические образования – урбаноземы, которые отличаются от естественных почв как структурой и свойствами, так и выполняемыми функциями 

Урбанозем – искусственно образованная в процессе формирования городской среды почва, являющаяся биокосной многофазной системой, состоящей из твердой, жидкой и газовой фаз с непременным участием живой материи, функционирующая под воздействием тех же факторов почвообразования, что и естественные почвы, но с добавлением специфического в городской среде антропогенного фактора. Урбаноземы формируются на антропогенно-нарушенных или антропогенно-преобразованных (с инородными включениями, нарушенным сложением и т. д.) грунтах, не подвергавшихся целенаправленной биологической рекультивации на глубину корнеобитаемого слоя (до 1,5 м).

Под действием антропогенных факторов происходят значительные изменения в бактериальных сообществах почв, проявляющиеся в изменении показателей общей численности и физиологического состояния бактерий, таксономической структуры бактериальных комплексов, появлении бактериальных таксонов, не свойственных природным ненарушенным почвам.

Почвы, сформированные в условиях длительной земледельческой практики (ботанические сады, монастырские огороды) характеризуются высокой численностью и иным профильным распределением бактерий по сравнению с фоновыми почвами. Структура сапротрофного бактериального комплекса проявляет черты сходства с бактериальными комплексами более южных регионов. 

В сильно загрязненных городских почвах по сравнению с фоновыми почвами существенно изменены микробные сообщества. Они характеризующиеся снижением доли физиологически активных клеток бактерий и отличаются от сообществ ненарушенных зональных почв соотношением таксонов и спектром потенциальных доминантов. При загрязнении нефтью и полихлорбифенилами потенциальными доминантами становятся родококки (род Rhodococcus), комплексном хозяйственно-бытовом загрязнении – энтеробактерии (роды Escherichia, Enterobacter, Klebsiella), при загрязнении цементной пылью – род Arthrobacter.