Агрохимия, 2023, № 4, стр. 93-96

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия в результате нерациональной антропогенной деятельности возникло большое количество проблем, связанных с загрязнением окружающей среды токсикантами, в том числе тяжелыми металлами (ТМ).

Поступление ТМ в окружающую среду связано с активной деятельностью человека. Их основные источники – промышленность, автотранспорт, котельные, мусоросжигающие установки и сельскохозяйственное производство. Отраслями промышленности, загрязняющими окружающую среду ТМ, являются добыча топлива, металлургия, стекольное и керамическое производство и др. Для крупных городов с многопрофильными отраслями промышленности, как правило, в окружающей среде присутствуют не отдельные загрязнители, а ассоциации ТМ, которые способны воздействовать на организм комплексно, и при этом вполне вероятно суммирование эффектов [2–4]. Транспорт является источником более половины всех выбросов в окружающую среду. Особенно остро негативное воздействие автомобильного транспорта проявляется в крупных городах. Значительную роль в загрязнении почв придорожных территорий играют тяжелые металлы (хром, медь, свинец и т.п.). Тяжелые металлы в почвах придорожных территорий представляют угрозу для человека, т.к. аэральным путем вместе с частицами почвы могут поступать в его организм. В результате сжигания мусора в биосферу поступает целый ряд ТМ: кадмий, ртуть, свинец, хром и др. В сельском хозяйстве загрязнение почв ТМ связано с использованием удобрений и пестицидов.

В то же время накопление в почве ТМ может отрицательно влиять как на ее плодородие, так и на микробиологическую деятельность, рост и развитие растений и на качество продукции в целом. Таким образом, загрязнение объектов биосферы, в том числе пищевого сырья как растительного, так и животного происхождения, солями ТМ, учитывая их высокую токсичность, способность к биоаккумуляции, способность воздействовать даже в малых концентрациях, в конечном итоге может иметь ряд серьезных последствий для здоровья человека [3–5]. В частности, ТМ вызывают нарушение функционирования центральной нервной системы, изменение состава крови, отрицательно влияют на функции легких, почек, печени и других органов. Долгосрочное действие ТМ может вызвать развитие рака, аллергии, дистрофии, физических и неврологических дегенеративных процессов, похожих на болезни Альцгеймера, Паркинсона и др. Все это указывает на необходимость проведения экологического мониторинга содержания ТМ в почве, воздухе и воде.

Цель работы – изучение воздействия ТМ на обилие бактерий рода Azotobacter в серо-бурых почвах Апшеронского полуострова. В качестве информативных показателей были взяты показатели общей численности микроорганизмов и обилия бактерий рода Azotobacter.

В соответствии с целью была поставлена следующая задача: исследовать закономерности изменения обилия бактерий рода Azotobacter в зависимости от природы и концентрации загрязняющих веществ.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования была выбрана серо-бурая почва, отобранная на территории Апшеронского п-ва, характеризующаяся низким содержанием гумуса (1.2%), слабощелочной реакцией среды (рН 7.6) и низкой биологической активностью (согласно классификации WRB – Gypsisols [6]).

Почва для экспериментов была отобрана из верхнего слоя 0–20 см методом “конверта” в 3 повторностях. Почву инкубировали в вегетационных сосудах при комнатной температуре и поддержания степени влажности в пределах 50–60% ППВ.

В серии модельных экспериментов исследовали общую численность микроорганизмов и обилие бактерий рода Azotobacter при загрязнении ТМ в концентрации 1, 5, 10 ПДК (100, 500 и 1000 мг/кг соответственно). Металлы вносили в форме оксидов Cr₂O₃, CuO и PbO. Состояние почвы определяли через 25 и 50 сут после загрязнения. Контролем служили образцы почвы, не загрязненные ТМ. Исследование общей численности бактерий проводили посевом на мясо-пептонном агаре (МПА). Обилие азотфиксирующих бактерий учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ общей численности бактерий показал, что в исследованной почве с увеличением концентрации ТМ во все сроки учета наблюдали снижение их численности по сравнению с контролем (рис. 1).

Рис. 1.

Динамика изменения общей численности бактерий в серо-бурой почве при ее загрязнении ТМ, % от контроля.

Исследование обилия бактерий р. Azotobacter серо-бурой почвы показало, что бактерии данного рода обладали достаточной устойчивостью к воздействию ТМ. В концентрациях 1 ПДК не обнаружено ингибирующего воздействия ТМ на бактерии данного рода. Однако при действии ТМ в концентрации 5 и 10 ПДК наблюдали снижение обилия бактерий по отношению к контролю. В то же время после загрязнения ТМ концентрацией 5 ПДК через 25 сут обилие бактерий снижалось на 30% по отношению к контролю, а через 50 сут отмечено увеличение численности, однако полного восстановления до контрольных показателей не произошло. рис. 2

Рис. 2.

Динамика изменения обилия бактерий р. Azotobacter в серо-бурой почве при загрязнении ТМ, % от контроля.

В результате исследования было установлено, что загрязнение исследованных почв ТМ приводило к ухудшению ее микробиологического состояния. Наблюдали снижение обилия бактерий рода Azotobacter. В то же время из исследованных ТМ наиболее значительное негативное воздействие оказывал оксид хрома. Свинец и медь проявили меньшее по силе воздействие. Таким образом, исследованные металлы по ингибирующему действию можно расположить в ряду: Cr > Pb > Cu. Снижение численности микроорганизмов в почве при загрязнении тяжелыми металлами, очевидно, было вызвано их токсическим действием и способностью исследованных металлов связываться с сульфгидрильными группами, в результате чего нарушалась проницаемость клеточных мембран и наблюдали ингибирующее действие тяжелых металлов на численность азотфиксирующих микроорганизмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенного исследования показали, что загрязнение серо-бурой почвы оксидами хрома, меди и свинца приводило к изменению ее исследованных биологических показателей и в большей степени – к снижению обилия бактерий рода Azotobacter. Степень снижения зависела от природы металла и его концентрации в почве. Например, в исследованной почве с увеличением концентрации тяжелых металлов во все сроки учета наблюдали снижение общей численности микроорганизмов по сравнению с контролем. По оказанию ингибирующего действия на численность азотфиксирующих микроорганизмов тяжелые металлы можно расположить в ряду: Cr > Pb > Cu.

Использованный в работе показатель обилия бактерий рода Azotobacter можно рекомендовать к широкому применению при проведении мониторинга, биодиагностики, индикации и выявления ПДК загрязнения почв тяжелыми металлами.