Диагностика и мониторинг антропогенного воздействия на почвы по микробиологическим показателям

ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2007. № 3

УДК 631.46

ДИАГНОСТИКА И МОНИТОРИНГ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВЫ ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

© 2007 г. М.А. Репях, К.Ш. Казеев

The applicability of microbiological parameters in diagnostics and monitoring of some kinds of anthropogenous influence on soil is established. Thus the facts complicating use of parameters of an abundance of microorganisms are revealed.

Биомониторинг, биодиагностика и биоиндикация почв приобретают все большее значение как для проведения научных исследований, так и для выполнения практических производственных мероприятий. Методы почвенной микробиологии, биохимии и зоологии применяются для характеристики биологического состояния почв и его изменения под действием различных антропогенных факторов [1, 2] и широко используются специалистами в области экологии, почвоведения, охраны окружающей среды и т.д. Биологическая диагностика почв позволяет определить характер и степень антропогенного воздействия на почвенный покров и благодаря этому оценить негативные процессы, происходящие при антропогенезе, и предотвратить снижение плодородия почв. Биологические индикаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими. Во-первых, они обладают высокой чувствительностью к внешнему воздействию; во-вторых, позволяют диагностировать негативные процессы на ранних стадиях проявления; в-третьих, только по ним можно судить о воздействиях, не подвергающих существенному изменению вещественный состав почв (электромагнитное и биоцидное загрязнение).

Микроорганизмы обнаруживаются в окружающей природной среде практически повсеместно. Однако из всех известных сред обитания наиболее богата как количественно, так и качественно - почва. В 1 г почвы может находиться до 10 млрд бактерий и более, длина грибного мицелия может превышать несколько тысяч метров, а микробная биомасса, несмотря на микроскопические размеры, - несколько десятков тонн на 1 га [1].

Применение микробиологических методов при биодиагностике осложняется большой трудоемкостью и специфичностью. Для микробиологической диагностики почв рекомендуется применение методов: сук-цессионного, инициации, мультисубстратного тестирования и др. Численность почвенной микрофлоры подвержена значительным пространственным и временным изменениям (иногда на несколько порядков). Даже в почвах контрастных биогеоценозов (пустыни и болота) общая численность бактерий в отдельных образцах колеблется случайным образом в широких пределах (102-1010) и не зависит от географического района, типа биотопа и времени взятия образца [3]. Резкие колебания количественного и качественного состава микрофлоры почвы в зависимости от физических и химических свойств почвы, ее положения, освещения, влагоемкости, времени года и от целого ряда метеорологических и климатических факторов описывал В.Л. Омелянский еще в 1924 г. [3]. Поэтому

микробиологи рекомендуют 10-кратную [4] и даже 25-кратную [5] повторность анализа. Но антропогенное воздействие, выражаемое, например, в загрязнении низкими дозами тяжелых металлов, иногда вызывает значительное повышение общей численности микроорганизмов [4, 6]. Для диагностики антропогенного воздействия рекомендуется определение качественного состава микрофлоры, что мало применимо в массовых анализах и, кроме того, под силу лишь немногим узким специалистам микробиологам. В последнее время появились работы, ставящие под сомнение применение в мониторинге и диагностике качественного состава микрофлоры. В результате даже микробиологи сомневаются в высокой эффективности широкого использования качественного состава микрофлоры в мониторинге почв [3].

Проведенный нами сравнительный анализ биологических показателей показал возможность использования показателей обилия микроорганизмов, определенных методом посева для диагностики ряда антропогенных воздействий [1].

Для выделения бактерий применяли мясопептон-ный агар (МПА), для грибов - подкисленную среду Чапека [2]. Бактерии рода Л7о1оЪаС:ег определяли методом комочков обрастания на среде Эшби. Были использованы свежие образцы почв при естественной влажности.

Применение микробиологических показателей проявило себя несколько хуже, чем применение биохимических показателей (ферментативной активности). Высока эффективность применения микробиологических показателей при диагностике электромагнитного воздействия на почвы, когда другие физические, химические и даже биологические показатели мало приемлемы [7]. Затопление и переувлажнение почв приводит к изменению обилия микроорганизмов, что позволяет использовать их в качестве маркеров гидроморфизма [8]. Изменение биологических показателей при переувлажнении почв зависит от условий увлажнения, длительности опыта, химической природы и концентрации растворенных в воде веществ. Затопление почвы приводит к значительному изменению микрофлоры, однако при ее подсыхании микробная система стремиться вернуться в исходное состояние.

Исследования методических особенностей приме -нения показателей обилия микроорганизмов, определенных методом посева, при диагностике и мониторинге почв показали существенные трудности. Выявлены значительные пространственные и временные изменения численности бактерий и микромицетов в черноземах Юга России, при этом причины этих зна-

ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2007. № 3

чительных изменений не обнаружены. Кроме того, установлено значительное изменение численности микроорганизмов при хранении почвенных образцов в различных условиях (при комнатной температуре, в холодильнике, в морозильнике при естественной влажности и в высушенном состоянии). Указанные обстоятельства значительно затрудняют использование показателей обилия микроорганизмов, определенных методом посева, при диагностике и мониторинге антропогенных воздействий на почвы.

Исследования выполнены при поддержке гранта РФФИ 06-05-64722а, гранта Президента РФ МД-1091. 2006.4.

Литература

1. Казеев К.Ш., Колесников С.И, Вальков В.Ф. Биология

почв Юга России. Ростов н/Д, 2004.

2. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологиче-

ская диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д, 2003.

3. Добровольская Т.Г., Чернов И.Ю., Звягинцев Д.Г. // Мик-

робиология. 1997. Т. 66. № 3. С. 408-414.

4. Марфенина О.Е. // Почвоведение. 1994. № 1. С. 75-80.

5. Звягинцев Д.Г. // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48-54.

6. Колесников С.И, Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологиче-

ские последствия загрязнения почв тяжелыми металлами. Ростов н/Д, 2000.

7. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф.

// Почвоведение. 2005. № 7. С. 877-881.

8. Казеев К.Ш., Стрелкова В.И., Тищенко С.А. Влияние

переувлажнения на биоту и свойства почв Юга России. Ростов н/Д, 2006.

Ростовский государственный университет

5 декабря 2006 г.