Действие интенсивного окультуривания на биохимические и микробиологические показатели плодородия почвы

663.1:614.2

ДЕЙСТВИЕ интенсивного окультуривания НА БИОХИМИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗА ТЕЛИ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ

М.Д. НАЗАРЬКО, В.Г. ЛОБАНОВ

Кубанский государственный технологический университет

Интенсивное окультуривание почвы в агроэкосистемах существенно влияет на ее химические, физические и биологические свойства [1]. Задача настоящего исследования - выявление возможности применения комплекса биологических показателей, основанных на изучении почвенной микрофлоры и анализе химических характеристик плодородия почвы, для биологической диагностики антропогенных изменений почвы в результате ее сельскохозяйственного использования.

Изучали почвы, относящиеся к одному из основных подтипов кубанских черноземов: черноземы обыкновенные. Для них характерна большая мощность гумусовых горизонтов при невысоком содержании самого гумуса. Почвы отличались по степени антропогенной нагрузки: под пашней, под лесополосами и целина.

Результаты исследования показали, что почвенный покров характеризуется в основном слабощелочной реакцией водного раствора (табл. 1). Колебания показателей почв разного характера использования были незначительными.

Содержание гумуса - главного показателя плодородия - в верхнем горизонте сельскохозяйственных земель исследуемого района в среднем составило 3,6%. В 1980 г. обследованиями Кубаньгипрозема было установлено содержание гумуса в верхнем слое почв изучаемого района на уровне 3,9%. Следовательно, за 25 лет содержание гумуса в пахотном слое снизилось на 0,3%. Это указывает на весьма заметные потери плодо-

родия почв и на необходимость пересмотра сложившихся технологий использования земель района.

Существенны колебания содержания гумуса в почвах разного способа использования. Относительно высокий уровень содержания гумуса отмечен в лесных полосах. Вероятно, это связано с постоянным накоплением органики в виде опадающих листьев, отмирающего травяного покрова и т. п. Почвы аграрной зоны заметно беднее (3,57%), что указывает на необходимость внесения органических удобрений практически на всех полях севооборота.

Важными показателями плодородия почв являются содержание общего азота, подвижного фосфора и калия. Низкие значения содержания общего азота отмечены в полях севооборота - 0,17%, а высокие показатели - 0,25% - в лесополосах.

Содержание подвижных форм фосфора во многом зависит от рН почвы. Наиболее благоприятная реакция среды для усвоения растениями фосфатов слабокислая, в щелочной фосфаты становятся малорастворимыми и малодоступными для растений. Нами установлено, что низкой обеспеченностью подвижными фосфатами, а также калием характеризуются сельскохозяйственные поля (в среднем соответственно 20,17 и 24,13 мг/100 г). Самые высокие показатели содержания этих элементов отмечены в почве целинного участка (в среднем соответственно 26,13 и 29,65 мг/100 г). Почвы лесополос по содержанию фосфора и калия занимают промежуточное положение между природной и аграрными зонами.

Таблица 1

Способ использования Химические показатели плодородия чернозема

Кислотность (рН водной вытяжки) Гумус, % Общий азот, % Подвижный фосфор, мг/100 г Калий, мг/100 г

Поля севооборота 8,25 3,57 0,17 20,17 24,13

Лесополосы 8,17 5,07 0,25 24,36 25,85

Целинный участок 8,21 3,82 0,22 26,13 29,65

Таблица 2

Способ использования Состав микрофлоры чернозема

Микробный пул, млрд кл./г Бактерии, млн кл./г Микромицеты, млн КОЕ/г

аммониф ициру ющие аминоавтотрофные гумусоразлагающие

Поля севооборота 24 135 166 0,1 3,3

Лесополосы 62 229 265 0,2 2,1

Целинный участок 100 217 162 0 0,5

Изучение количественного и качественного состава микрофлоры позволило объективно оценить состояние почв и биохимических процессов. Кислотность почвы, содержание в ней питательных веществ и другие агрохимические показатели чернозема обыкновенного, испытывающего разную антропогенную нагрузку, влияют на состав микробного сообщества и активность его биохимических процессов.

Наиболее высокий запас почвенных микроорганизмов установлен на целинном участке - 1012 кл./г почвы, несколько ниже в лесополосах - 6,2 • 10пкл./г, минимальный микробный пул на полях севооборота - 2,4 • 10пкл./г (табл. 2). Существующий микробный пул обусловливает гомеостатическое состояние почв.

В микрофлоре чернозема обыкновенного независимо от способа его использования преобладает бактериальный комплекс. Возможно, это связано со щелочной реакцией почвенной среды, создающей благоприятные условия для развития бактерий, актиномицетов, целлюлозоразрушающих и азотфиксирующих микроорганизмов. Доля содержания микромицетного комплекса незначительна, но выше численность микроми-цетов в почвах полей севооборота, несколько ниже в лесополосах.

Как правило, в почвах высокогумусных для микроорганизмов создаются более благоприятные условия. Численность аммонифицирующих микроорганизмов тесно связана с содержанием гумуса и азота. В почвах лесополос и целинного участка, где содержание гумуса выше, чем в почвах полей севооборота, больше численность аммонифицирующих микроорганизмов. Несколько выше количественные показатели микроорганизмов, использующих минеральные формы азота.

Микробоценозы исследованных почв можно охарактеризовать как зрелые сообщества, о чем свидетельствует коэффициент сукцессии порядка 102-103 (табл. 3).

Активность минерализации усиливается при интенсивном земледелии, поэтому очевидна необходимость оценки отношения численности микроорганизмов, развивающихся на поздних стадиях минерализа-ционного процесса и утилизирующих низкомолекулярные соединения и гумусовые вещества, к численности микроорганизмов, разрушающих свежие растительные и животные остатки, иными словами, определение коэффициента минерализации. Результаты исследования показали, что активно процессы минерализации происходят в почвах лесополос и пашни (табл. 3). Высокий уровень минерализационных процессов в этих почвах обусловливает повышенную скорость разложения свежих растительных остатков и накопление самых разнообразных продуктов их промежуточной минерализации. Согласно литературным данным, исчезновение свежего органического вещества в почвах переключает деятельность почвенной микрофлоры на минерализацию гумуса [2]. При длительном дефиците свежего органического вещества в таких почвах начинается процесс глубокого разрушения гумусовых молекул, осуществляющийся специфической гумусоразлагающей микрофлорой. Следует отметить, что доля содержания гумусоразлагающей микрофлоры в бактериальном комплексе исследованных почв незначительна.

Важное значение в обогащении почв азотом имеют свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы. Способность к связыванию атмосферного азота у микроорганизмов зависит от многих факторов. Результаты исследования показали высокую плотность азот-фиксирующей микрофлоры (табл. 3). Существенной разницы в относительной плотности азотфиксирую-щих микроорганизмов в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании, не наблюдается. Согласно [2], корневые выделения некоторых культурных растений служат не только источником углерода для азотфиксаторов, но и стимулируют их рост. Наибольшая плотность азотфиксирующей микрофлоры обнаружена в почве целинного участка.

Таблица 3

Способ использования Активность микробиологических процессов чернозема

Коэффициент Относительная оценка плотности микрофлоры, %

сукцессии минерализации азотфиксирующей целлюлозоразлагающей

Поля севооборота 974 2,17 82 61

Лесополосы 982 2,38 84 64

Целинный участок 1866 1,17 88 68

Существенное значение в почвенных процессах имеет также разложение целлюлозы. Наибольшие показатели относительной плотности целлюлозоразлагающей микрофлоры обнаружены в почве целинного участка, несколько ниже в почве лесополос. Видимо, это связано с наличием постоянного источника свежего растительного материала.

Таким образом, установлено, что комплексы бактерий и микромицетов в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании, отличаются от естественных микробоценозов ненарушенных почв той же природной зоны и имеют ряд специфических особенностей. Состав и численность микроорганизмов тесно

связаны с агрохимическими показателями почв, которые накладывают определенный отпечаток на микробиологические и биохимические свойства чернозема обыкновенного.

ЛИТЕРАТУРА

1. Яковлев А.С. Биологическая диагностика и монито -ринг состояния почв // Почвоведение. - 2000. - № 1. - С. 70-79.

2. Биологические основы плодородия почвы / О.А. Бере-степкий, Ю.М. Возняковская, Л.М. Доросинский и др. - М.: Колос, 1984. - 287 с.

Кафедра биохимии и технической микробиологии

Поступила 30.03.05 г.

628.37/.38.002.612

ОЦЕНКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА СТОЧНЫХ ВОД МЯСОПЕРЕРАБА ТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

О.Б. ИВАНЧЕНКО, Р.Э. ХАБИБУЛЛИН

Казанский государственный технологический университет

Основная доля ксенобиотиков поступает в окружающую среду с неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами. Сточные воды мясоперерабатывающих предприятий, химический состав которых варьирует, являются мощным источником антропогенного и техногенного воздействия на природные водоемы.

Действующая ныне система контроля за загрязнением окружающей среды основана на комплексе ПДК - предельно допустимых концентраций веществ, содержание которых в среде ограничивается по токсикологическим, органолептическим, общесанитарным признакам. Однако стандартные наборы оценочных показателей не в полной мере отражают опасные, особенно токсикогенетические, последствия загрязнения природных объектов, так как известно, что наибольшую опасность для здоровья настоящего и будущих поколений представляют соединения, обладающие способностью вызывать отдаленные эффекты, т. е. мутагены и канцерогены. Рекомендуемое существующими нормативами определение токсичности не может заменить оценку генотоксичности в специальных тестах, поскольку между этими показателями не существует прямой корреляции

В большинстве случаев безопасность определяется предельно допустимыми нормами, разработанными для отдельных химических соединений Однако в природе на организм действуют не отдельные вещества, а целый комплекс химических соединений, которые, влияя друг на друга, могут повышать или понижать мутагенный потенциал, поэтому оценка суммарной генотоксической активности представляет собой наибо-

лее перспективный подход к выявлению реального мутагенного потенциала сточных вод [1].

Цель настоящей работы - исследование генотоксических свойств сточных вод мясоперерабатывающего предприятия как с точки зрения их безопасности для окружающей среды, так и с точки зрения безопасности вторичных продуктов для человека.

Исследовали сточные воды Свияжского мясокомбината (пос. Нижние Вязовые, Республика Татарстан), прошедшие локальную механическую очистку и отделение жира в жироловушке.

Изучена как нативная сточная вода, так и ее эфирная и водная фракции. Эфирная фракция была получена экстракцией эфиром 5 мл сточной воды с последующим выпариванием досуха и растворением твердого остатка в диметилсульфоксиде ( ДМСО). После растворения органического остатка 1 мл ДМСО содержал экстракт из 5 мл нативной сточной воды. Водная фракция представляла собой нативную сточную воду после выделения эфирной фракции

Стерилизацию сточной воды проводили методом холодной стерилизации путем пропускания проб воды через обеззоленный бумажный фильтр для удаления механических частиц, а затем через мембранный фильтр (Synpor) с диаметром пор 0,45 мкм.

ДНК-повреждающий тест. В суспензионной модификации теста использовали штаммы E. coli', wp 2 (trp E), pol A~ (trp 65, sul, mal B, pol A1), uvr А- (trp 65, sul, uvr A 155), rec A- (trp 65, rec A ), полученные из Института общей генетики (Москва): wp 2 - дикий тип;

ро1 А- - штамм, дефектный по ДНК-полимеразе 1; rec Aa - отсутствует процесс пострепликативной репарации;

uvr A- - нарушена эксцизионная репарация.