Вчені оцінили вплив міст і заводів на мікробне різноманіття ґрунтів в Арктиці.

Результати дослідження, підтриманого грантом Російського наукового фонду (РНФ), опубліковані в Geoderma Regional. Арктичні ґрунти зазнають значних змін внаслідок людської діяльності, зокрема роботи гірничодобувних, металургійних та інших підприємств, а також під впливом розвитку міст. У таких ґрунтах можуть накопичуватися важкі метали, нафтопродукти, пестициди та інші шкідливі речовини, які негативно впливають на ґрунтові мікробні спільноти. Оскільки мікроорганізми беруть участь у кругообігу поживних речовин — розкладанні органічних сполук та постачанні неорганічних речовин рослинам, важливо відстежувати вплив промислової діяльності та міського середовища на них.

Вчені з Російського університету дружби народів імені Патриса Лумумби (Москва) разом з колегами за допомогою молекулярно-генетичних методів дослідили різноманіття та чисельність мікроорганізмів у природних, промислово забруднених та міських ґрунтах Мурманської області. Автори відібрали зразки ґрунтів у Мурманську (найбільшому місті регіону), Апатитах (місті, яке в п’ять разів менше за населенням), а також поблизу двох заводів — мідно-нікелевого в місті Заполярному та алюмінієвого в Кандалакші.

При цьому в Мурманську та Апатитах дослідники відбирали зразки з урахуванням великого просторового різноманіття міських ґрунтів: у житлових районах та громадських зонах в різних частинах міст. У Кандалакші та Заполярному зразки взяли на різній відстані (від 1,5 до 50 кілометрів) від заводів, які є основними джерелами забруднення ґрунтів. В якості контролю використовували умовно фонові ґрунти, які не піддаються впливу людської діяльності.

Потім вчені визначили хімічний склад ґрунтів. Виявилося, що ґрунти поблизу мідно-нікелевого заводу містили майже в 100 разів більше нікелю та в 60 разів більше міді, ніж природні. У ґрунтах біля алюмінієвого заводу виявилося в 22 рази більше фтору та алюмінію, ніж в природних умовах.

Крім того, дослідники розшифрували послідовності молекул ДНК, що містяться в зразках, та оцінили видовий склад і чисельність ґрунтових мікроорганізмів.

Аналіз показав, що мікробні спільноти в ґрунтах Мурманська та Апатитів були схожі: в них переважали представники найбільшої бактеріальної групи протеобактерій (Proteobacteria), а також мікроскопічні гриби-аскоміцети (Ascomycota). При цьому кількість видів мікроорганізмів у ґрунтах міських зелених зон виявилося на 43% вищою, ніж у природних. Одна з причин полягає в тому, що при створенні зелених зон, наприклад, газонів, використовують штучні ґрунтові суміші, які містять більше вуглецю та поживних речовин, необхідних для життєдіяльності бактерій, ніж природні ґрунти. Таким чином, міське середовище сприяє створенню нових ніш, які підвищують мікробне різноманіття.

В промислових зонах — поблизу мідно-нікелевого та алюмінієвого заводів — склад ґрунтових мікроорганізмів виявився значно зміненим порівняно з природними територіями та міськими ґрунтами, які віддалені від підприємств. Тут мікробне різноманіття в цілому зменшилося, і це може вказувати на менш ефективний кругообіг поживних речовин та повільне розкладання органічних речовин у ґрунті — процеси, які забезпечують стабільність всієї екосистеми.

При цьому в ґрунтах в районі мідно-нікелевого заводу в порівнянні з природними кількість актиноміцетів — «ниткоподібних» бактерій — зменшилося на 31 відсоток, а фотосинтезуючих бактерій Chloroflexii та мікроскопічних грибів-аскоміцетів зросло в 157 разів та в 1,2 рази відповідно. Це свідчить про те, що останні групи мікроорганізмів виявилися найбільш стійкими до забруднення ґрунту нікелем та міді.

Ґрунтові мікробні спільноти поблизу алюмінієвого заводу мали менш виражені зміни, а переважаючими групами мікроорганізмів у них були Proteobacteria та Basidiomycota — гриби, що формують плодові тіла у вигляді ніжки та шляпки.

«Оскільки в Арктиці активно розвиваються міста та промисловість, необхідно відстежувати, як така діяльність впливає на мікробні спільноти ґрунту. Цей вплив важливо враховувати при розробці стратегій для пом'якшення негативних наслідків антропогенного впливу та підтримки здорових і стійких екосистем Арктики. У подальшому ми плануємо детальніше вивчити функціональну структуру мікробних спільнот міських екосистем і знайти ключові види в різних нішах.

Ці види відіграють вирішальну роль у підтриманні структурної цілісності екосистем, впливаючи на динаміку та стійкість спільнот. Крім того, ми будемо досліджувати, як змінюється функціональна та видова структура мікробних спільнот при таких умовах, як потепління клімату в Арктиці та використання протиожеледних засобів у містах», — розповідає керівник проекту, підтриманого грантом РНФ, Марія Корнейкова, кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник лабораторії арктичних урбоекосистем наукового центру «Смарт технології сталого розвитку міського середовища в умовах глобальних змін» РУДН імені Патриса Лумумби.

Раніше автори визначили, що мікроорганізми, які населяють ґрунти арктичних міст, здійснюють хімічні перетворення вуглецевмісних молекул швидше, ніж мешканці природних територій. Через це в містах ґрунти активніше «дихають», тобто виділяють вуглекислий газ в атмосферу, і таким чином вносять значний внесок у зміну клімату.

У дослідженні також брали участь співробітники Ґрунтового інституту імені В.В. Докучаєва (Москва), Інституту географії РАН (Москва), Полярно-альпійського ботанічного саду-інституту імені Н.А. Аврорина КНЦ РАН (Апатити), Інституту проблем промислової екології Півночі КН