Токсичность дыма для биоты и биологической активности почв при моделировании пожаров

Приводятся результаты по влиянию одного из видов пирогенного фактора (дым) после сжигания стружек хвойных пород деревьев на биоиндикаторы (почвенные ферменты, микроорганизмы, мезофауна, растения сельскохозяйственных культур). Установлено, что задымление в течение 60 минут значительно повлияло на ферментативную активность чернозема обыкновенного. Посредством фумигации произошло снижение таких ферментов, как каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза и инвертаза. Наиболее чувствительными к дыму оказались ферменты класса оксидоредуктаз. Выявлена высокая токсичность газообразных продуктов горения к почвенной флоре и фауне. В результате воздействия фумигации на биоиндикаторы определена острая токсичность дыма. Зафиксирована высокая смертность тест-объектов в опытах (Eisenia fetida, Nauphoeta cinerea). Почвенные микроорганизмы (Azotobacter chroococcum и Penicillium chrysogenum) оказались информативным показателем после 30–120 минут фумигации. Выявлена устойчивость всходов растений (Raphanus sativus, Triticum aestivum, Pisum sativum) к газообразным продуктам горения. Выполнен эксперимент по определению химического состава газов в дыму. Установлено, что в нем содержатся такие опасные соединения, как диоксид серы (SO₂), оксид и диоксид азота (NO, NO₂), оксид углерода (CO), ацетальдегид (С₂Н₄О), формальдегид (CH₂O), фенол (С₆Н₆O) гидроксибензол и другие, которые оказали неблагоприятное воздействие на индикаторы. Анализ выявил, что концентрация оксида углерода в 714 раз превышала максимально разовую предельно допустимую концентрацию (ПДК), ацетальдегида – в 24100 раз, концентрация оксида азота и диоксида азота – в 100 и 300 раз соответственно.

1. Бердникова Л. Н. Влияние опасных и вредных факторов лесных пожаров на окружающую среду // Ресурсосберегающие технологии сельского хозяйства. Красноярск : Красноярский государственный аграрный университет, 2019. Вып. 11. С. 47–55.

2. Вальков В. Ф., Казадаев А. А., Кременица А. М., Супрун В. А., Суханова В. М., Тащиев С. С. Влияние сжигания стерни на биоту чернозема // Почвоведение. 1996. № 12. С. 1517–1522.

3. Вальков В. Ф., Казеев К. Ш., Колесников С. И. Почвы Юга России. Ростов-на-Дону : Изд-во Эверест, 2008. 276 с.

4. Галстян А. Ш. Об устойчивости ферментов почв // Почвоведение. 1982. № 4. С. 108–110.

5. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.3492-17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений. М.: Минюст России, 2018. 35 c.

6. ГОСТ 33036–2014. Методы испытаний химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды. Определение острой токсичности для дождевых червей. М.: Стандартинформ, 2019. 6 c.

7. Казеев К. Ш., Колесников С. И., Акименко Ю. В., Даденко Е. В. Методы диагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. 356 с.

8. М-14. Методика выполнения измерений массовой концентрации фенола в промышленных выбросах в атмосферу фотоколориметрическим методом. СПб.: НППФ Экосистема, 2011. 14 с.

9. М-15. Методика выполнения измерений массовой концентрации диоксида серы в промышленных выбросах в атмосферу фотоколориметрическим методом. СПб.: НППФ Экосистема, 2001. 17 с.

10. М-18. Методика выполнения измерений массовой концентрации оксидов азота в промышленных выбросах в атмосферу фотометрическим методом с реактивом Грисса. СПб.: НППФ Экосистема, 2002. 15 с.

11. М-МВИ 173-06. Методика выполнения измерений массовой концентрации и определения массового выброса загрязняющих веществ в отходящих газах топливосжигающих установок с применением газоанализаторов ДАГ-16, ДАГ-500, ДАГ-510 / НИИ Атмосфера. СПб., 2006. 25 с.

12. Неверова О. А., Еремеева Н. И. Опыт использования биоиндикаторов в оценке загрязнения окружающей среды / Гос. публ. науч.-техн. библиотека СО РАН. Новосибирск, 2006. 88 с. (Сер. Экология. Вып. 80).

13. ПНД Ф 13.1.41-2003. Количественный химический анализ атмосферного воздуха и выбросов в атмосферу, методика измерений массовой концентрации формальдегида в промышленных выбросах в атмосферу фотометрическим методом с апетилацетоном / Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия. М., 2012. 16 с.

14. ПНД Ф 13.1:2:3.59-07. Методика выполнения измерений массовой концентрации суммы предельных углеводородов C12-С19 в атмосферном воздухе санитарно-защитной зоны, воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах газохроматографическим методом / НИИ Атмосфера. СПб., 2005. 17 с.

15. ПНД Ф 13.1:2:3.23-98. Методика выполнения измерений массовых концентраций предельных углеводородов С1-С5 и непредельных углеводородов (этена, пропена, бутенов) в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах методом газовой хроматографии / Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия на окружающую среду. М., 2005. 22 с.

16. ПНД Ф 13.1:2:3.27-99. Методика выполнения измерений массовой концентрации оксида углерода и метана методом реакционной газовой хроматографии в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах / Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия на окружающую среду. М., 2005. 21 с.

17. ПНД Ф 12.1.1-99. Методические рекомендации по отбору проб при определении концентрации вредных веществ (газов и паров) в выбросах промышленных предприятий. М.: Госкомэкология РФ, 1999. 14 с.

18. Рассадина Е. В. Биоиндикация и ее место в системе мониторинга окружающей среды // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2007. № 2. С. 48–53.

19. Романов В. В., Любомирова В. Н. Биотестирование экологического состояния почв несанкционированных свалок ТБО на территории Ульяновской области // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2009. № 2. С. 82–85.

20. Синьков О. А., Почапский А. А. Влияние лесных пожаров на окружающую среду // Актуальные проблемы геотехники, экологии и защиты населения в чрезвычайных ситуациях. Минск: Минский национальный технический университет, 2017. С. 101–103.

21. ФР.1.31.2009.05508. Методика выполнения измерений массовой концентрации акролеина, бутана, бутилкарбитола, бутилцеллозольва, гексана, гептана, декана, диметилформамида, метилцеллозольва, нонана, октана, перхлорэтилена, сероуглерода, стирола, этилцеллозольва на портативных газовых хроматографах ФГХ и ПГХ. М.: Росстандарт, 2004.

22. Федеральный закон от 24.06.98 N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.03.2022) [принят Государственной думой 22 мая 1998 года: одобрен Советом Федерации 10 июня 1998 года].

23. Azarenko M. A., Kazeev K. Sh., Yermolayeva O. Y., Kolesnikov S. I. Changes in the plant cover and biological properties of chernozems in the postagrogenic period // Eurasian Soil Science. 2020. Vol. 53, №. 11. P. 1645–1654. https://doi.org/10.1134/S1064229320110034

24. Barreiro A. P., Díaz-Raviña M. Fire impacts on soil microorganisms: Mass, activity, and diversity // Current Opinion in Environmental Science and Health. 2021. Vol. 22. Article number 100264. https://doi.org/10.1016/J.COESH.2021.100264

25. Boerner R. E. J., Giai C., Huang J., Miesel J. R. Initial effects of fire and mechanical thinning on soil enzyme activity and nitrogen transformations in eight North American forest ecosystems // Soil Biology and Biochemistry. 2008. Vol. 40, iss. 12. P. 3076–3085. https://doi.org/10.1016/J.SOILBIO.2008.09.008

26. Breg V. M., Ribeiro D., Čarni A. Vegetation as the bioindicator of human-induced degradation in karst landscape: case study of waste-filled dolines // Acta Carsologica. 2017. Vol. 46, iss. 1. P. 95–110. https://doi.org/10.3986/ac.v46i1.4712

27. Certini G., Moya D., Lucas‐Borja M. E., Mastrolonardo G. The impact of fire on soildwelling biota: A review // Forest Ecology and Management. 2021. Vol. 488. Article number 118989. https://doi.org/10.1016/J.FORECO.2021.118989

28. Corstanje R., Schulin R., Lark R. Scale – dependent relationships between soil organic matter and urease activity // European Journal of Soil Science. 2007. Vol. 58, iss. 5. P. 1087–1095. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2007.00902.x

29. Doamba S. W. M. F., Savadogo P., Nacro H. B. Effects of burning on soil macrofauna in a savanna-woodland under different experimental fuel load treatments // Applied Soil Ecology. 2014. Vol. 81. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2014.04.005

30. Erdős L., Bátori Z., Penksza K., Dénes A., Kevey B., Kevey D., Megnes M., Sengl P., Tölgyesi C. Can naturalness indicator values reveal habitat degradation? A test of four methodological approaches // Polish Journal of Ecology. 2017. Vol. 65, iss. 1. P. 1–13. https://doi.org/10.3161/15052249PJE2017.65.1.001

31. Gianfreda L., Rao M. A. Potential of extra cellular enzymes in remediation of polluted soils: A review // Enzyme and Microbial Technology. 2004. Vol. 35, iss. 4. P. 339–354. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2004.05.006

32. Heger T., Imfeld G., Mitchell E. Special issue on “Bioindication in soil ecosystems”: Editorial note // European Journal of Soil Biology. 2012. Vol. 49. P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2012.02.001

33. Kazeev K. Sh., Odabashian M. Yu., Trushkov A. V., Kolesnikov S. I. Assessment of the Influence of Pyrogenic Factors on the Biological Properties of Chernozems // Eurasian Soil Science. 2020a. Vol. 53, № 11. P. 1610–1619. https://doi.org/10.1134/S106422932011006X

34. Kazeev K. Sh., Trushkov A. V., Odabashian M. Yu., Kolesnikov S. I. Postagrogenic Changes in the Enzyme Activity and Organic Carbon Content in Chernozem during the First Three Years of Fallow Regime // Eurasian Soil Science. 2020b. Vol. 53, № 7. P. 995–1003. https://doi.org/10.1134/S1064229320070054

35. Moya D., Gonzalez-De Vega S., Lozano E., Garcнa-Orenes F., Mataix-Solera J., Lucas-Borja M., de las Heras J. The burn severity and plant recovery relationship affect the biological and chemical soil properties of Pinus halepensis Mill. stands in the short and midterms after wildfire // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 235. P. 250–256. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.01.029

36. Nizhelskiy M. S., Kazeev K. Sh., Vilkova V. V., Kolesnikov S. I. Inhibition of enzymatic activity of ordinary chernozem by gaseous products of plant matter combustion // Eurasian Soil Science. 2022. Vol. 55, № 6. P. 802–809. https://doi.org/10.1134/S1064229322060096

37. Pellegrini A. F., Hobbie S. E., Reich P. B., Jumpponen A., Brookshire E. N. J., Caprio A. C., Coetsee C., Jackson R. B. Repeated fire shifts carbon and nitrogen cycling by changing plant inputs and soil decomposition across ecosystems // Ecological Monographs. 2020. Vol. 90, iss. 4. Article number e01409. https://doi.org/10.1002/ecm.1409

38. Qin Q., Liu Y. Changes in microbial communities at different soil depths through the first rainy season following severe wildfire in North China artificial Pinus tabulaeformis forest // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 280. Article number 111865. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111865

39. Saenz de Miera L. E., Pinto R., Gutierrez-Gonzalez J., Calvo L., Ansola G. Wildfire effects on diversity and composition in soil bacterial communities // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 726. Article number 138636. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138636

40. Schaefer M. Assessing 2,4,6-trinitrotoluene (TNT)-contaminated soil using three different earthworm test methods // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2004. Vol. 57, iss. 1. P. 74–80. https://doi.org/10.1016/J.ECOENV.2003.08.005

41. Sinsabaugh R. L. Phenol oxidase, peroxidase, and organic matter dynamics of soil // Soil Biology & Biochemistry. 2010. Vol. 42, iss. 3. Р. 391–404. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.10.014

42. Swengel A. B. A literature review of insect responses to fire, compared to other conservation managements of open habitat // Biodiversity and Conservation. 2001. Vol. 10, iss. 7. P. 1141–1169. https://doi.org/10.1023/A:1016683807033

43. Terekhova V. A. Soil bioassay: Problems and approaches // Eurasian Soil Science. 2011. Vol. 44, № 2. P. 173–179. https://doi.org/10.1134/S1064229311020141

44. Vilkova V. V., Kazeev K. Sh., Shkhapatsev A. K., Kolesnikov S. I. Reaction of the enzymatic activity of soils of xerophytic forests on the Black Sea coast in the Caucasus to the pyrogenic impact // Arid Ecosystems. 2022. Vol. 12, № 1. P. 93–98. https://doi.org/10.1134/S2079096122010139

45. Yang Y. Z., Liu S., Zheng D., Feng S. Effects of cadium, zinc and lead on soil enzyme activities // Journal of Environmental Science. 2006. Vol. 18, iss. 6. P. 1135–1141. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(06)60051-X