Введение
Основываясь на положении о соединении популяционных групп микроорганизмов в сообщества и об авторегуляции их состава и количества, нами был предложен способ очистки почвы от пестицидного загрязнения с помощью кооперативного действия микроорганизмов, которые вносятся на насыщенной ими лесной подстилке в загрязненную почву лесного питомника. Многолетние опыты по проверке предложенного способа подтвердили его эффективность в годы достаточного увлажнения, близкие по количеству осадков к среднегодовым. Учитывая значение для жизнедеятельности микроорганизмов гидрологических условий, мы считали целесообразным провести сравнительное исследование результатов эффективности предложенного способа очистки почвы от пестицидной токсичности в разные по количеству осадков годы с характеристикой флюктуации основных таксономических групп микроорганизмов.
Цель исследования
Цель работы – установить флюктуацию таксономических групп микробоценоза при колонизации загрязненной пестицидами почвы в разные по гидрологическим условиям годы и эффективность очистки почвы от пестицидного загрязнения почвы кооперативным действием микроорганизмов при внесении их на лесной подстилке.
В задачу входили исследования в зависимости от гидротермических условий года флюктуации крупных таксономических групп микроорганизмов и влияния на деструкцию пестицидов активности микробных сообществ лесной подстилки в зависимости от породного состава насаждений.
Методы исследования
Исследования проводились на основе мелкоделяночных опытов в питомнике с дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой. Плотность пахотного горизонта почвы 1,03 г/см3, рН солевой вытяжки 4,9, содержание гумуса 4,23%, подвижных калия и фосфора 1,6 и 5,2 мг на 100 г почвы соответственно. Таким образом, уровень почвенного плодородия не препятствует выращиванию стандартных сеянцев сосны и соответствует требованию необходимого окультуривания почвы лесных питомников согласно программе «Окультуривание и повышение плодородия почв лесных питомников», одобренной научно-техническим Советом Федеральной службы лесного хозяйства России (Москва, 1993 г.), а также ОСТу 56-93-87.
Однако в связи с тем, что в питомнике более 20 лет использовался широкий набор пестицидов (2,4-Д, далапон, симазин, ТМТД, фундазол, раундап и др.), почва питомника характеризуется высоким загрязнением. Об этом свидетельствует морфологическое состояние сеянцев сосны, которые в основном представлены тератоморфными сеянцами – условно нормальными и аномальными [6].
Опыт состоял их двух повторностей. Первая повторность (посев и выращивание) была приурочена к 2006-2007 гг., вторая – к 2009-2010 гг. Годы проведения опытных работ различались по гидротермическим условиям (рис. 1).
Рисунок 1. Погодные условия вегетационных периодов 2006-2007 гг. и 2009-2010 гг. (данные метеостанции Екатеринбург, Россия, WMO_ID=28440 предоставлены WEB-сайтом «Расписание Погоды», rp5.ru)
Данные на рисунке представлены по месяцам: - май, - июнь, - июль, - август.
В опыте исследовалось влияние на флюктуацию микроорганизмов и деструкцию пестицидов внесением их на трех видах подстилки: из насаждений березы (березовая), сосны (сосновая) и смешанного по породному составу насаждения (смешанная). Контролем служили делянки без внесения подстилки. Посев семян, обработка и уход за посевами осуществлялись теми же способами, которые обычно используются в лесных питомниках [4]. Лесная подстилка собиралась весной и вносилась в пахотный горизонт почвы (5-15 см) в количестве 20 кг/м2, что составляет около 10% от веса 15-сантиметрового слоя почвы площадью 1 м2. Сеянцы выращивались два года. В середине сентября их выкапывали, сортировали и оценивали согласно критериям, разработанным для определения фенотипов сеянцев сосны [6]. В опытах по принятым в биологии методикам изучалась активность каталазы [5]. Для оценки результатов опытов служило количество сеянцев нормального фенотипа. Количественный учет микроорганизмов (таксономических групп) выполнялся чашечным методом прямого микроскопического учета.
Результаты и их обсуждение
Действие на деструкцию пестицидов микроорганизмов при внесении подстилки из разных по породному составу насаждений в достаточно обеспеченный осадками год показано в таблице 1. Данные ее свидетельствуют о том, что перенос в почву, загрязненную пестицидами, подстилки с сапрофитами оказывает положительное влияние на сеянцы независимо от состава насаждения.
Таблица 1
Количество 2-летних сеянцев нормального фенотипа и активность каталазы при внесении в почву подстилки из насаждений разного породного состава
Подстилка |
Первая повторность |
Вторая повторность |
||||||
Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин |
Сеянцы нормального фенотипа, % |
Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы за 1 мин |
Сеянцы нормального фенотипа, % |
|||||
19.06.06 |
04.09.06 |
14.06.07 |
26.06.09 |
24.08.09 |
06.07.10 |
|||
Березовая |
1,0 |
1,4 |
1,5 |
50,7 |
2,2 |
2,9 |
1,9 |
17,0 |
Сосновая |
1,1 |
1,2 |
1,8 |
64,3 |
2,1 |
3,3 |
1,9 |
12,7 |
Смешанная |
1,0 |
1,2 |
1,6 |
56,4 |
2,3 |
2,6 |
1,5 |
17,2 |
Контроль |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,9 |
1,9 |
2,5 |
1,3 |
17,2 |
В вариантах опыта первой повторности, приведенных в таблице 1, более высокий выход сеянцев нормального фенотипа коррелирует с активностью микробиологического потенциала различных подстилок, что проявляется в активности каталазы, которая коррелирует с численностью почвенных микроорганизмов [2].
Вторая повторность опыта – посев в 2009 г., выполнена по той же схеме, что и предыдущая. Но положительного результата получено не было. О том, что не произошла деструкция пестицидов, свидетельствует отсутствие различия с контролем по выходу сеянцев нормального фенотипа. Полагаем, что причина сохранения пестицидов заключается в неблагоприятной для жизнедеятельности микроорганизмов погоде и, возможно, в связи с этим изменением состава микробоценоза. В период, когда происходит адаптация к новым условиям и активизация жизнедеятельности микроорганизмов, осадков было в 2 раза меньше, чем в 2006 г., что не замедлило сказаться на состоянии микробоценоза, объем которого, судя по активности каталазы, резко меняется и снижается в 2010 г. (табл. 1). О более благоприятных условиях 2006 г. свидетельствует стабильная активность каталазы, которая повышается в течение вегетационного периода и на второй год (табл. 1).
Таблица 2
Соотношение таксономических групп микробоценоза при колонизации почвы, тыс. шт. на 1 г абс. сух. почвы /%
Вид лесной подстилки |
Время наблюдений |
Грибы |
Бактерии |
Актиномицеты |
Всего |
|||||
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
|||
Первая повторность опыта |
||||||||||
Березовая |
07.05.06 |
20,2 |
5,26 |
357,9 |
93,28 |
5,6 |
1,46 |
383,7 |
100 |
|
19.06.06 |
7,8 |
6,30 |
107,2 |
86,60 |
8,8 |
7,10 |
123,8 |
100 |
||
19.09.07 |
53,0 |
13,77 |
261,7 |
67,97 |
70,4 |
18,26 |
385,0 |
100 |
||
Сосновая |
07.05.06 |
71,1 |
18,74 |
289,7 |
76,32 |
5,6 |
1,48 |
379,6 |
100 |
|
19.06.06 |
8,7 |
7,02 |
101,0 |
81,52 |
14,2 |
11,46 |
123,9 |
100 |
||
19.09.07 |
96,6 |
21,78 |
288,8 |
65,12 |
58,1 |
13,10 |
443,5 |
100 |
||
Смешанная |
07.05.06 |
118,6 |
14,68 |
681,0 |
84,28 |
8,1 |
1,00 |
808,0 |
100 |
|
19.06.06 |
8,7 |
3,45 |
235,3 |
93,41 |
7,9 |
3,14 |
251,9 |
100 |
||
19.09.07 |
80,9 |
15,96 |
380,1 |
74,98 |
46,0 |
9,07 |
507,0 |
100 |
||
Вторая повторность опыта |
||||||||||
Березовая |
07.05.06 |
53,1 |
6,58 |
533,3 |
66,10 |
220,4 |
27,32 |
806,8 |
100 |
|
19.06.06 |
78,1 |
14,30 |
414,1 |
75,81 |
54,0 |
9,89 |
516,2 |
100 |
||
19.09.07 |
109,4 |
23,39 |
300,3 |
64,19 |
58,1 |
12,42 |
467,8 |
100 |
||
Сосновая |
07.05.06 |
81,1 |
9,92 |
691,4 |
84,58 |
44,9 |
5,49 |
817,4 |
100 |
|
19.06.06 |
59,7 |
11,10 |
367,3 |
68,30 |
110,8 |
20,62 |
537,8 |
100 |
||
19.09.07 |
82,7 |
22,62 |
232,8 |
63,68 |
50,1 |
13,70 |
365,6 |
100 |
||
Смешанная |
07.05.06 |
21,4 |
3,11 |
481,4 |
69,93 |
185,6 |
26,96 |
688,4 |
100 |
|
19.06.06 |
35,1 |
9,71 |
273,8 |
75,76 |
52,5 |
14,53 |
361,4 |
100 |
||
19.09.07 |
85,8 |
22,6 |
241,3 |
63,53 |
52,7 |
13,88 |
379,8 |
100 |
Однако для деструкции пестицидов важно не столько количество микроорганизмов, сколько наличие среди них сапрофитов. О том, как меняется их количество в микробоценозе при флюктуации можно судить по содержанию крупных таксономических групп. Методом прямого учета крупных таксономических групп микроорганизмов были установлены по вариантам опыта соотношения их в исходном микробоценозе и в период адаптации (табл. 2), а также динамика их при колонизации загрязненных почв питомника в разные по увлажнению годы (табл. 3). Как следует из таблицы 2, доминирующей в микробоценозе таксономической группой в течение всего периода адаптации во всех вариантах опыта независимо от влажности года были бактерии, хотя и наблюдалось их сокращение за счет увеличения содержания грибов и микромицетов. Особенно обращает на себя внимание повышение количества грибов в условиях второй повторности опыта. Такая же тенденция наблюдается и в отношении актиномицетов. Это согласуется с литературными источниками о меньшей требовательности к влаге у грибов и актиномицетов [1].
Таблица 3
Динамика таксономических групп микроорганизмов в период их адаптации, тыс. шт. на 1 г абс. сух. почвы /%
Вид лесной подстилки |
Время наблюдений |
Грибы |
Бактерии |
Актиномицеты |
Всего |
|||||
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
Кол-во |
% |
|||
Первая повторность опыта |
||||||||||
Березовая |
07.05.06 |
20,2 |
100 |
357,9 |
100 |
5,6 |
100 |
383,7 |
100 |
|
19.06.06 |
7,8 |
38,6 |
107,2 |
30,0 |
8,8 |
157,0 |
123,8 |
32,2 |
||
19.09.07 |
53,0 |
262,4 |
261,7 |
73,0 |
70,4 |
1257,1 |
385,0 |
100,3 |
||
Сосновая |
07.05.06 |
71,1 |
100 |
289,7 |
100 |
5,6 |
100 |
379,6 |
100 |
|
19.06.06 |
8,7 |
12,2 |
101,0 |
34,9 |
14,2 |
253,4 |
123,9 |
32,6 |
||
19.09.07 |
96,6 |
135,9 |
288,8 |
99,7 |
58,1 |
1037,4 |
443,5 |
117,0 |
||
Смешанная |
07.05.06 |
118,6 |
100 |
681,0 |
100 |
8,1 |
100 |
808,0 |
100 |
|
19.06.06 |
8,7 |
7,3 |
235,3 |
34,6 |
7,9 |
97,5 |
251,9 |
31,2 |
||
19.09.07 |
80,9 |
68,2 |
380,1 |
55,8 |
46,0 |
568,0 |
507,0 |
62,7 |
||
Вторая повторность опыта |
||||||||||
Березовая |
07.05.06 |
53,1 |
100 |
533,3 |
100 |
220,4 |
100 |
806,8 |
100 |
|
19.06.06 |
78,1 |
147,1 |
414,1 |
77,45 |
54,0 |
26,4 |
516,2 |
58,0 |
||
19.09.07 |
109,4 |
206,0 |
300,3 |
56,3 |
58,1 |
26,4 |
467,8 |
58,0 |
||
Сосновая |
07.05.06 |
81,1 |
100 |
691,4 |
100 |
44,9 |
100 |
817,4 |
100 |
|
19.06.06 |
59,7 |
73,6 |
367,3 |
33,7 |
110,8 |
247,0 |
537,8 |
65,8 |
||
19.09.07 |
82,7 |
101,6 |
232,8 |
33,7 |
50,1 |
112,0 |
365,6 |
44,7 |
||
Смешанная |
07.05.06 |
21,4 |
100 |
481,4 |
100 |
185,6 |
100 |
688,4 |
100 |
|
19.06.06 |
35,1 |
164,0 |
273,8 |
56,9 |
52,5 |
28,3 |
361,4 |
52,5 |
||
19.09.07 |
85,8 |
400,9 |
241,3 |
50,1 |
52,7 |
28,40 |
379,8 |
55,2 |
Начало колонизации загрязненной пестицидами почвы сопровождалось значительным снижением общего количества микроорганизмов. В основном оно происходило за счет бактерий (табл. 3). Дальнейшая колонизация микроорганизмов в первой повторности опыта, в достаточно благоприятных термодинамических условиях, сопровождалась вполне удовлетворительной адаптацией микроорганизмов, о чем свидетельствует рост микроорганизмов всех таксономических групп при доминировании бактерий. Иначе обстояло дело во второй повторности опыта, в условиях недостаточного увлажнения. Здесь в течение всего периода колонизации-адаптации наблюдается значительное сокращение бактерий (около 30 – 50% от начального). Известно, что семейство бактерий в основном представлено сапрофитами [3].
Таким образом, изменение гидротермических условий влечет за собой сокращение сапрофитов-деструкторов пестицидов, что объясняет неудачные результаты во второй повторности опыта. Следует отметить, что начавшееся сокращение количества микроорганизмов на первом этапе колонизации не затронуло группу грибов. В течение всего периода наблюдается увеличение этой группы микроорганизмов. Данные таблицы 3 свидетельствуют об успешной адаптации микроорганизмов аборигенов в условиях обеспечения влагой агрофитоценоза и замедлении восстановления их количества в сухих условиях.
Выводы
1. Флуктуация микроорганизмов особенно четко проявляется у бактерий, отрицательно реагирующих на снижение влажности среды, и в увеличении численности грибов и актиномицетов в более сухие периоды.
2. Первый этап колонизации сопровождается снижением как общего количества микроорганизмов, так и по отдельным таксономическим группам (особенно это заметно у бактерий). Исключение составляет группа грибов в сухой год.
3. При адаптации в достаточно влажный год количество микроорганизмов при доминировании бактерий полностью восстанавливается и обеспечивает дальнейшее разрушение пестицидов. При неблагоприятных гидрологических условиях снижение составляет 30-50% от первоначального, и соответственно падает.
4. Для разрушения пестицидов возможно использование заселенных микроорганизмами лесных подстилок из разных по породному составу насаждений.
Рецензенты:
Терехов Г.Г., д.с.-х.н., заведующий отделом лесоведения, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», г. Екатеринбург.
Кожевников А.П., д.с.-х.н., доцент, профессор кафедры лесоводства, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», г. Екатеринбург.
Библиографическая ссылка
Фрейберг И.А., Стеценко С.К. ВЛИЯНИЕ ПОГОДЫ НА ФЛЮКТУАЦИЮ МИКРОБОЦЕНОЗА И ДЕГРАДАЦИЮ ПЕСТИЦИДОВ ПРИ БИОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВЫ ПУЛОМ МИКРООРГАНИЗМОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=12183 (дата обращения: 09.12.2024).