По данным Госатомнадзора Дальневосточного округа РФ в зоне урановых месторождений Южной Якутии на территории Эльконского горста в процессе детальной геологической разведки было извлечено из недр и складировано в отвалы более 1 млн. т горнорудной массы. Общее количество урана, содержащегося в данной рудной массе, составляет около 2000 т [1].
Цель исследования: изучение численности и распределения основных групп микроорганизмов по профилю мерзлотных почв на территории Эльконского горста, и выявление корреляции между различными параметрами, характеризующими состояние микробного комплекса.
Материалы и методы исследований
Нами исследованы два разреза аллювиальных почв, один (р. 2Г-06) на низкой пойме ручья Пропадающего, дренирующего радиоактивные отвалы участка Курунг 1, на расстоянии 500 м от начала отвалов, а второй разрез (р. 6ЭГ-03) был заложен на высокой пойме среднего течения р. Курунг, в 8 км от участка Курунг 1.
Результаты исследований и их обсуждение
В почве р. 2Г-06 отмечается два максимума почти равнозначных по содержанию U – 1000 мг/кг на глубине 4–14 см и 1120 мг/кг на глубине 42–52 см (таблица). В почвенном профиле р. 6ЭГ-03 зафиксирован всего один пик содержания урана равный 6 мг/кг на глубине 11–14 см. Интенсивность накопления урана в исследуемых аллювиальных почвах падает по мере удаления от радиоактивных отвалов, что полностью подтверждается значениями коэффициента накопления (Кн). Так, если на расстоянии 500 м от отвалов (р. 2Г-06) Кн равен 211, то в почве р. 6ЭГ-03 на расстоянии 8 км от источника загрязнения отмечается уже только фоновое содержание U (Кн = 1,2). Количество микроорганизмов, населяющих эти почвы по данным посевов на плотные питательные среды, колебалось от 103 до 107 КОЕ/г почвы. В наших исследованиях максимальное количество микроорганизмов в аллювиальных почвах (76 млн. кл/г), оказалось меньше на 2 порядка, чем в исследованных ранее палевых лесных почвах Центральной Якутии (3–8,5 млрд. кл/г) [2] и на три порядка меньше, чем в почвах средней и южной тайги (20–50 млрд. кл/г) европейской территории России [3].
Распределение микроорганизмов по профилю исследованных почвенных разрезов сильно отличалось друг от друга. Установлен особый характер распределения их по профилю почвы в зависимости от содержания урана. Например, в почве радиоактивно-загрязненного р. 2Г-06 на глубине 18–28 см с уменьшением содержания урана до 161 мг/кг наблюдается увеличение численности всех исследованных эколого-трофических групп микроорганизмов (гетеротрофы – 7,17·107 КОЕ/г, олигонитрофилы – 6,37·107, мицелиальные грибы – 7,58·107, актиномицеты – 6,77·107 КОЕ/г) (рисунок).
а
б
1 
2 
3 
4 
5 
Гистограмма зависимости численности микроорганизмов от содержания урана (5) в аллювиальных почвах Южной Якутии (2007 г): а – разрез 2Г-06; б – разрез 6ЭГ-03. Микроорганизмы: 1 – аммонификаторы, 2 – олигонитрофилы, 3 – актиномицеты, 4 – мицелиальные грибы
В остальных образцах данного разреза с увеличением содержания урана в почве наблюдается исчезновение или спад численности микроорганизмов на 1–2 порядка. В отличие от загрязненного р. 2Г-06, в «чистом» р. 6ЭГ-03 численность микроорганизмов остается достаточно высокой по всему почвенному профилю и зависит от температуры почвы, как в естественных почвах. Степень корреляции с температурой была высока, но с разными микроорганизмами корреляция была как строго положительной (r = +1), так и строго отрицательной (r = –1) (таблица). Оценка корреляции численности основных эколого-трофических групп микроорганизмов с такими факторами, как содержание урана, температура и влажность почвы показала, что в загрязненном разрезе она имела сильнуюотрицательную связь (r = –0,6) с содержанием урана. Численность же целлюлозолитических бактерий неожиданно показала положительную связь (r = 0,8) с ураном. Обнаружены ярко пигментированные колонии микроорганизмов на глубинах с повышенным содержанием урана.
Кроме того, из аллювиальной почвы радиоактивно-загрязненного разреза на глубине 42–52 см, где наблюдали пик содержания урана равный 1120 мг/кг, при определении целлюлозолитических микроорганизмов был выделен целлюлозолитический гриб морфологически близкий к роду Fuzarium. Этот микроорганизм отличался бурным ростом, ранее в исследованных нами почвах Якутии его не обнаруживали.
В нашем исследовании наиболее устойчивыми к повышенному содержанию урана оказались целлюлозоразрушающие грибы, их численность на глубине 42–52 см в радиоактивно – загрязненной почве с содержанием урана 1120 мг/кг возросла на 2 порядка до 1,35·105 КОЕ/г и появились новые виды целлюлозолитических грибов морфологически близкие к роду Fuzarium. Кроме того, также были обнаружены пигментированные колонии микроорганизмов черного цвета в горизонтах с повышенным содержанием урана морфологически близкие к родом Cladosporium sp, и Wangiella dermatitidis.
Выводы
Таким образом, статистический анализ результатов определения показателей функционального состояния микробоценозов в зоне урановых месторождений Южной Якутии выявил значительную отрицательную корреляцию между численностью микроорганизмов и содержанием урана в радиоактивно-загрязненной аллювиальной почве (r = –0,6), в незагрязненной почве выявлена строгая зависимость между численностью микроорганизмов и её температурой (r = +1). Впервые показано, что почвенные микроорганизмы в исследуемой зоне урановых месторождений Эльконского горста, которые подверглись длительному воздействию радиационного фактора, характеризуются высокой устойчивостью к техногенному радиоактивному загрязнению.
Коэффициенты корреляции численности различных групп микроорганизмов и почвенно-экологических факторов (температура, влажность, содержание урана) в мерзлотных почвах Эльконского горста, Южная Якутия
|
Аммонификаторы |
Олигонитрофилы |
Актиномицеты |
Мицелиальные грибы |
Целлюлозолитики |
|
|
Разрез 2Г-06, почва: аллювиальная светлогумусовая, в 500 м от начала отвалов |
|||||
|
Температура почвы |
–0,116 |
–0,115 |
–0,116 |
–0,115 |
–1 |
|
Влажность почвы |
–0,255 |
–0,250 |
–0,242 |
–0,244 |
0,889 |
|
Содержание урана |
–0,589 |
–0,593 |
–0,596 |
–0,598 |
0,786 |
|
Разрез 6 ЭГ-03, почва: аллювиальная светлогумусовая, в 8 км от отвалов |
|||||
|
Температура почвы |
–1 |
1 |
1 |
1 |
–1 |
|
Влажность почвы |
–0,097 |
–0,397 |
0,770 |
0,727 |
–0,841 |
|
Содержание урана |
0,681 |
–0,162 |
–0,446 |
–0,485 |
–0,040 |
Полученные результаты позволяют вести диагностику уровня загрязнения почв естественными радионуклидами с помощью чувствительных и особо устойчивых видов микроорганизмов, что важно для разработки научных основ радиоэкологического мониторинга мерзлотных почв и мероприятий по рекультивации техногенных ландшафтов в криолитозоне.