Показатели, характеризующие состояние почвенной биоты и биологическую активность почв, можно использовать для контроля за теми изменениями в почвах, которые возникают при включении в них разного рода посторонних веществ, чаще всего антропогенного происхождения. Различают следующие типы и характер загрязнения почв:

1) химическое загрязнение пестицидами, тяжелыми металлами, ра дионуклидами, нефтяными углеводородами, минеральными удобрениями;

2) биологическое загрязнение объектами микробиологического про изводства белка и белково-витаминных концентратов (БВК), энтомопатогенными бактериями, которые используются для борьбы с вредителями леса.

Общепризнанная система биоиндикации загрязнений почв отсутствует, хотя известно, что микроорганизмы чутко реагируют на изменения почвенных условий или на присутствие в ней загрязняющих веществ. В связи с этим, исходя из положения об иерархическом строении биологических систем, предложен новый подход к биоиндикации почвы, при котором биоиндикационные показатели отражают влияние загрязнителей на различных уровнях: доклеточном, клеточном, популяционном и ценотическом [14].

На доклеточном уровне организации биологической системы почвы чувствительными к изменению факторов внешней среды являются ферменты. Из большого разнообразия ферментов, выявленных в почве, для биоиндикации использовали аскорбатоксидазную активность. Этот фермент относится к группе оксидоредуктаз, которые связаны с транспортом электронов, участвующих в «дыхании» почвы. Внесенные в почву ионы меди и ртути угнетали активность аскорбатоксидазы на 33 52 % в течение всего периода наблюдений. Внесение в почву ионов кадмия понижало аскорбатоксидазную активность только в первые трое суток инкубации.

Различия в ферментативной активности почвы можно использовать в качестве одного из биодиагностических показателей на загрязнение тяжелыми металлами. Роль ферментов в почве, а также методы определения их активности (каталазы, инвертазы) рассматриваются в работе Ю.Г. Гельцера [4].

Почва представляет собой систему связанных ферментов. Ферментативные реакции осуществляются не только в ненарушенных клетках. Значительное количество ферментов выделяется в окружающую среду почву. При этом часть их закрепляется на почвенных частицах (иммобилизуется), часть остается в незакрепленном состоянии, часть разрушается. Вся масса ферментного фонда находится в связи с гумусовыми веществами и минеральными коллоидами почвы, то есть в иммобилизованном состоя нии. Иммобилизованные в почве ферменты обладают необычной для живых клеток устойчивостью. Каталитическая активность ферментов сохраняется при нагревании почвы до 100 оC в течение трех часов. Благодаря высокой устойчивости иммобилизованных ферментов, велика их роль в экстремальных условиях, когда жизнедеятельность микроорганизмов подавлена (повышенная влажность, воздействие антибиотических препаратов, пестицидов, тяжелых металлов).

Ферменты накапливаются в почве в результате жизнедеятельности почвенных организмов, мезофауны и корневой системы растений, участвуют в биохимических процессах, обеспечивают разрушение первичного органического вещества и синтез вторичного, обогащают почву биогенными элементами и гумусом, обеспечивают важнейшую биогеоценотическую функцию почвы трансформацию веществ и энергии, уже находящихся в ней или поступающих, формируют почвенное плодородие.

Активность ферментов во многом зависит от свойств среды, например, концентрации водородных ионов, температуры, концентрации субстрата. Ферментативная активность является одним из диагностических критериев самоочищения почвы, так как, с одной стороны, она легко определяется в лабораторных условиях с низкой погрешностью, а с другой - очень чутко реагирует на изменение внешних условий. Ее используют при оценке плодородия, окультуренности, эффективности агроприемов, загрязненности. Наиболее часто о биологической активности почвы судят по ферментам, характеризующим процессы материально-энергетического обмена в почве.

На следующем, клеточном уровне организации биологической системы почвы исследуют влияние токсикантов на микробную клетку, определяют степень мутагенного воздействия на нее загрязненных почв. Наиболее распространенными тест-культурами являются E.coli (штаммы WP2 (B), WP67, CM871), а также дрожжи Saccharomyces cerevisiae (штамм р.2089, 1732288, Т.7).

В иерархической системе биоиндикации почв важным этапом являются исследования на популяционном уровне. Влияние тяжелых металлов на популяционном уровне изучали на примере культур стрептомицетов. Наблюдения за этими микроорганизмами, выделенными из почв, загрязненных тяжелыми металлами, позволили выявить нейтральную, положительную и отрицательную их реакции на загрязнения. Первая и вторая характеризовались хорошим ростом стрептомицетов, сохранением всех культуральных признаков. Отрицательная реакция популяций стрептомицетов на присутствие тяжелых металлов проявлялась в ухудшении или полном отсутствии их роста. Бактериостатическое воздействие тяжелых металлов вызывало уменьшение количества колоний, их измельчение, частичную или полную утрату культурами воздушного мицелия, обесцвечивание оставшегося воздушного мицелия, утрату пигмента у пигментообразующих культур. Были выделены культуры стрептомицетов, чувствительных к тяжелым металлам, которые могут служить индикаторами загрязнения почв этими металлами: Streptomyces griseoalbus, S. viridogenes и S. filamentosus.

Следующий иерархический уровень биологической системы почвы ценотический. На этом уровне изучается изменение структурных и функциональных характеристик микробных сообществ почв, загрязненных, например, тяжелыми металлами. В качестве показателей структуры микробного ценоза определяли численность микроорганизмов разных экологотрофических и систематических групп. В работе [1] было показано, что реакция разных трофических блоков микробного ценоза на загрязнения тяжелыми металлами однотипна. В первые трое суток после попадания металлов в почву наблюдался больший или меньший угнетающий эффект, а в последующие сроки численность микроорганизмов восстанавливалась. Основываясь на однотипных реакциях различных трофических групп микроорганизмов, использовали для их объединения формулу расчета интегрального коэффициента сохранности системы, предложенную А.М. Степановым (1991 г.) для характеристики растительных обществ. Интегральный коэффициент сохранности микробной системы (Sm) рассчитывали следующим образом:

где n — число показателей; Хц и yiv — значения i-го показателя в опыте и контроле соответственно.

Этот коэффициент отражает меру изменения численных значений структуры микробного ценоза в загрязненной почве по сравнению с незагрязненной. Значения Sm 100 % на его стимуляцию.