В арктических городах разнообразие почвенных микроорганизмов на 43% выше, чем в природе, выяснили учёные

Внешний вид почв, расположенных на разном расстоянии от медно-никелевого и алюминиевого заводов. Источник: Korneykova et al., Geoderma Regional, 2024 / rscf.ru

Ученые из Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы (Москва) совместно с коллегами с помощью молекулярно-генетических методов изучили разнообразие и численность микроорганизмов в природных, промышленно загрязненных, и в городских почвах Мурманской области. Авторы исследования отобрали образцы почв в Мурманске (крупнейшем городе региона), Апатитах (городе, в пять раз меньшем по количеству жителей) и вблизи двух заводов – медно-никелевого в городе Заполярном и алюминиевого в Кандалакше. Ученые выяснили, что в арктических городах, в частности, в Апатитах, разнообразие почвенных микроорганизмов примерно на 43% выше, чем в природных почвах. Одна из причин состоит в том, что при создании зеленых зон используют искусственные почвенные смеси, которые содержат больше углерода и питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности бактерий, чем природные почвы. При этом вблизи металлургических заводов состав микробных сообществ оказался беднее, что может негативно сказываться на круговороте веществ в экосистеме и состоянии местной растительности, передаёт пресс-служба Российского научного фонда (РНФ) результаты исследоваyия, опубликованные в Geoderma Regional.

Места сбора образцов почвы. Источник: Korneykova et al., Geoderma Regional, 2024  / rscf.ru

В Мурманске и Апатитах исследователи отбирали образцы почв с учетом разнообразия городских застроек – в жилых и общественных зонах разных частей городов. В Кандалакше и Заполярном образцы взяли на расстояниях от 1,5 до 50 километров от промышленных центров, служаших основными источниками загрязнения почв. В качестве контрольных использовались почвы, не подвергавшиеся влиянию человеческой деятельности. В лабораторных условиях учёные определили химический состав почв. Выясилось, что почвы вблизи медно-никелевого завода в Заполярном содержали почти в 100 раз больше никеля и в 60 раз больше меди, чем природные. В кандалакшских почвах алюминиевого завода оказалось в 22 раза больше фтора и алюминия, чем в контрольных образцах. 

Исследователи, кроме того, расшифровали последовательности молекул ДНК, содержащихся в образцах, и оценили видовой состав и численность почвенных микроорганизмов. Анализ показал, что микробные сообщества в почвах Мурманска и Апатитов схожи: в них преобладали представители крупнейшей бактериальной группы протеобактерий (Proteobacteria), а также микроскопические грибы-аскомицеты (Ascomycota). При этом количество видов микроорганизмов в почвах городских зеленых зон оказалось на 43% выше, чем в природных. Таким образом – городская среда в нынешних условиях способствует созданию новых экологических ниш, повышающих микробное разнообразие. В промышленных же зонах вблизи медно-никелевого и алюминиевого заводов микробное разнообразие оказалось снижено, и это может указывать на менее эффективный круговорот питательных веществ и замедленное разложение органических веществ в почве – то есть задержку процессов, обеспечивающих стабильность экосистем.

Зафиксировано, что в почвах с территории рядом с медно-никелевым заводом на 31% уменьшилась численность актиномицетов – «нитчатых» бактерий (по сравнению с естественными условиями), при этом количество фотосинтезирующих бактерий Chloroflexii возросло в 157 раз, что говорит об устойчивости этих микроорганизмов к загрязнению почвы никелем и медью. Почвенные микробные сообщества вблизи алюминиевого завода имели менее выраженные количественные изменения, а преобладающими группами микроорганизмов в них были Proteobacteria и Basidiomycota – грибы, формирующие плодовые тела в виде ножки и шляпки.

Исследовательская группа отмечает, что, поскольку в Арктике планируется активно развивать промышленность и населённые пункты – необходимо отслеживать, как антропогенная деятельность влияет на микробные сообщества почв и экосистем, и учитывать это влияние при разработке стратегий для смягчения её негативных последствий. Исследователи продолжат изучение ключевых видов в различных нишах экосистем и изменение микробных сообществ в условиях потепления климата в Арктике, а также влияние на них противогололедных средств в городах.

Ранее авторы определили, что микроорганизмы почв арктических городов преобразуют углеродсодержащие молекулы быстрее, чем обитатели природных территорий. Из-за этого в городах почвы активнее «дышат», то есть выделяют углекислый газ в атмосферу, и тем самым вносят значительный вклад в изменение климата.

В исследовании также принимали участие сотрудники Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва), Института географии РАН (Москва), Полярно-альпийского ботанического сада-институтаимени Н.А. Аврорина КНЦ РАН (Апатиты), Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН (Апатиты) и Вагенингенского университета (Нидерланды).