НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА И МИКРОБНЫЙ ПЕЙЗАЖ ПОЧВЫ АЭРОДРОМА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ АВИАЦИИ, ЗАГРЯЗНЁННОЙ ПЕСТИЦИДАМИ

АННОТАЦИЯ

В работе изучен микробный пейзаж почвы и содержание в ней тяжёлых металлов на месте бывшего склада пестицидов сельскохозяйственного аэродрома в сравнении с почвами на расстоянии 500 м от аэродрома. Показано, что за 30 лет неиспользования аэродрома микробный пейзаж почвы на месте склада существенно не отличается от пейзажа почв прилегающих территорий. Однако, содержание ртути почти в 100 раз, и свинца в 5 раз превышает предельно допустимые нормы содержания этих веществ в почвах. Предлагается изучение локализации загрязнённой почвы и её ремедиация.

ABSTRACT

The work studied the microbial landscape of the soil and the content of heavy metals in it at the site of the former pesticide warehouse of the agricultural airfield in comparison with soils at a distance of 500 m from the airfield. It is shown that for 30 years of non-use of the airfield, the microbial landscape of soil at the storage site does not differ significantly from the landscape of soils of adjacent territories. However, the content of mercury is almost 100 times, and lead is 5 times higher than the maximum allowable levels of these substances in soils. It is proposed to study the localization of contaminated soil and its remediation.

Введение. Согласно данным американских ученых, по степени загрязнения биосферы пестициды в целом занимают 9-е место после промышленных загрязнений газами, ртутью, свинцом, кадмием, нефтью и фосфатами [1].

Загрязнение почв пестицидами чрезвычайно актуальная проблема и для Узбекистана. В некоторых районах, вблизи бывших аэродромов и складов “Узсельхозхимии” до настоящего времени наблюдаются загрязнения почв пестицидами, превышающие предельно допустимые в несколько раз. Инвентаризация сельскохозяйственных aэродромов и выборочная проверка складов бывшей «Узсельхозхимии» были проведены в Узбекистане в 2001-2002 годах. Из выявленных 461 аэродрома десятки загрязнены и включены в программу ежегодного мониторинга. Общее количество устаревших пестицидов, хранящихся на складах республики, составляет 1432,7 тонны. Из них стойкие органические пестициды составляют 118 тонн. Около 15 тысяч тонн пестицидов хранятся в специально подготовленных ядомогильниках. Их на территории Узбекистана насчитывается тринадцать. Но размещение устаревших, запрещенных пестицидов и тары из-под них в ядомогильниках - лишь временная мера. Построенные более 30 лет назад, сейчас эти ядомогильники представляют реальную угрозу для окружающей среды и населения [2].

Почва является главным объектом загрязнения окружающей среды, которое происходит независимо от группы пестицида, целей и вида обработки. Появление в ней остаточных количеств пестицидов может явиться причиной их кумуляции в растениях.

Неоднократное применение пестицидов приводит к сдвигу микробного баланса и даже исчезновению некоторых видов микроорганизмов. Например, при выпадении нитрификаторов или азотфиксаторов прекращается фиксация азота и образование нитратов, что отражается на азотном питании растений, происходит нарушение биологического круговорота азота [3].

Реакция почвенных микроорганизмов на действие пестицидов чрезвычайно разнообразна и зависит от многих факторов: химической природы и персистентности пестицидов, почвенно-климатических характеристик и пр. [4].

Целью данной работы явилась сравнительная оценка микробного пейзажа почвы с места расположения бывшего склада пестицидов на сельскохозяйственном аэродроме в Мирза-ободском районе Сырдарьинской области и, в качестве контроля, почвы в поле на расстоянии около 500 м от аэродрома.

Материалы и методы исследования

Пять образцов почв массой приблизительно 200 г брали с места расположения бывшего склада пестицидов с глубины до 20 см в 5 точках квадратного участка площадью 25 м² и 5 проб помещали в стерильную стеклянную банку, в которой их перемешивали. Для контроля брали пять образцов почв на расстоянии 500 м от аэродрома на берегу канала в зарослях кустарника.

Из предоставленных двух образцов почвы (аэродромного и контрольного) было взято по 10 гр почвы и сделано разведение в 100 мл стерильной воды (инокулят). Затем, методом серийных разведений образцы были посеяны на чашки Петри, на различные среды. Культивирование продолжалось от 3-х до 8 суток, в термостате при температуре 25-30°С в зависимости от среды.

Для выделения микроорганизмов и определения микробного пейзажа использованы питательные среды, описанные в пособиях Егорова А.Е. и Нетрусова. А.И. [5].

В работе использовались готовые питательные среды: 1 - Среда МПА; 2 - Среда МПБ; 3 - Среда Эндо и EE Broth; 4 - Среда Чапека-Докса; 5 - Среда Гильтая; 6 - Среда Гетчинсона; 7 - Среда Омелянского; 8 - Среда Постгейта «С»; 9 - Среда Виноградского; 10 - Среда Эшби; 11 - Среда Федорова.

Определение количества микроорганизмов в 1г (1мл) исходного субстрата проводили методом серийных разведений с высевом на твердые и жидкие среды [5]. Количество микроорганизмов в жидких средах определяли, используя таблицу Мак-Креди [5], а количество КОЕ на твердых средах вычисляют по общепринятой формуле, при уровне достоверности 95%.

На рН-метре «Mettler toledo» потенциометрически определяли рН среды. Белок определяли по методу Лоури. [6]

В почвенных образцах определяли: каталазную активность газометрическим методом по Галстяну [7], инвертазную активность методом И.Н. Ромейко, С.М. Малиновской и уреазную активность методом Т.А. Щербаковой [8]. Фоcфатазную перооксидазную и полифенолоксидазную ферментативную активности почвы определяли согласно Звягинцеву [7].

Результаты исследований и их обсуждение

Почвенные микроорганизмы чрезвычайно чувствительны к содержанию в ней пестицидов. Некоторые микроорганизмы подавляются пестицидами, другие, питающиеся ими, наоборот активно развиваются. Сравнивая микробный пейзаж заведомо чистых почв и загрязнённых пестицидами можно опосредовано оценить загрязнённость данных почв.

Пробы почв брали в три сезона: весна, лето, осень. Результаты представлены на рис.1.

Рисунок 1. Динамика изменения численности микроорганизмов почв аэродрома по сезонам года

Как видно из рисунка в почве аэродрома присутствуют микроорганизмы, относящиеся к трём группам: бактериям, актиномицетам и грибам. Причём больше всего бактерий. На втором месте – актиномицеты и меньше всего грибы. Причём, больше всего микроорганизмов весной и осенью, когда почва обогащена водой и меньше летом.

В почве в 500 м от аэродрома состав микроорганизмов оказался практически идентичным почве с аэродрома (рисунок не представлен).

Практически во всех пробах выявлялись мицелиальные грибы. Известно, что видовое разнообразие микромицетов в загрязненных почвах заметно снижается. Это позволяет говорить об адаптации отдельных видов грибов к повышенному содержанию стойких ксенобиотиков и о возможности поиска среди них перспективных видов деструкторов. Исходя из этого, был проведен анализ развития микромицетов в образцах почв.

При изучении состава почвенных микроорганизмов было обнаружено присутствие 20 видов микроорганизмов: Kocuria rosea, Staphylococcus capitis, Streptomyces, Klebsiella pneumonia, Saccharomyces cerevisiae, Lactobacilus plantarum, Pediacoccus pentosaceus, Arthrobacter crystallopoietes, Arthrobacter russias, Citrobacter braakii, Arthrobacter crystallopoietes, Acinetobacter pittii, Bacillus cereus, Pseudarthrobacteroxydans, Arthrobacter sp., Bacillus cereus, Pseudomonas xanthomarina, Providencia rettgeri, Pseudarthrobacterscleromae, Bacillus anthacis Wirt.

Была изучена также сезонная динамика численности этих микроорганизмов (рис.2). Было показано, что наибольшая численность этих микроорганизмов весной. Летом, в связи с недостатком воды численность их уменьшается и увеличивается осенью.

Динамика изменения численности микроорганизмов почвы на расстоянии 500 м от аэродрома была аналогичной (рисунок не приводится).

Важнейшим звеном круговорота углерода в природе является стадия ферментативного превращения углеводов в почвенной среде. Она обеспечивает передвижение поступающего в почву в огромных количествах органического материала и накопленной в нем энергии, а также аккумуляцию его в почве в форме гумуса, так как при этом образуются предгумусовые компоненты.

Рисунок 2. Динамика изменения численности выделенных микроорганизмов почвы аэродрома по сезонам года

На рисунке 3 представлены результаты изучения ферментативных активностей в почве аэродрома по сезонам года.

Было показано, что почвы наиболее богаты микроорганизмами с полифенолоксидазной активностями, пероксидазной, инвертазной и каталазной активностями. Ферментативная активность микроорганизмов контрольных образцов почвы на расстоянии 500 м от аэродрома была аналогичной (рисунок не приводится).

Пахотные почвы загрязняются такими элементами как Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, которые попадают в почву в составе ядохимикатов, биоцидов, стимуляторов роста растений, структурообразователей. Нетрадиционные удобрения, изготовляемые из различных отходов, часто содержат большой набор загрязняющих веществ с высокими концентрациями. Из традиционных минеральных удобрений фосфорные удобрения содержат примеси Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd [9].

Рисунок 3. Динамика активностей ферментов, определяющий биогенность почвы по сезонам года

Анализ содержания тяжёлых металлов методом оптической эмиссионной с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES, ИСП-ОЭС) в образцах почв аэродрома и контрольной территории показал, что значительное превышение относительно контрольной почвы было у ртути свинца и цинка (табл.1). Особенно опасно загрязнение почвы ртутью, так как на территории бывшего склада превышение ПДК для ртути (ПДК Hg в почве = 2,1 мг/кг) почти в 100 раз.

Таблица 1.

Содержание тяжелых металлов в мг/кг почвы на территории бывшего склада аэродрома и контрольной зоны в 500 м от аэродрома

Для ремедиации почвы аэродрома от этих тяжёлых металлов необходимо более детальное изучение почвы вокруг бывшего склада пестицидов с целью локализации загрязнённых участков и затем изучить возможность применения различных методов демеркуризации: термической обработки почвы при температуре 350-600°С или если участок небольшой, то физическая изоляция загрязнённых участков.

Выводы

Микробный пейзаж почвы аэродрома существенно не отличается от пейзажа почв прилегающих территорий на расстоянии 500 м от аэродрома, что говорит о том, что за 30 лет не использования аэродрома почвенный пейзаж аэродрома сравнялся с окружающим пейзажем.

Непосредственно на месте бывшего склада пестицидов обнаружено повышенное содержание ртути, свинца и цинка, что предполагает необходимость проведения в этом месте ремедиационных мероприятий – особенно демеркуризации.

Список литературы:

1. Gross E. Chemical ecology and ecotoxicology. In Ecotoxicology; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2019. V.1. P.1–31.
2. Домуладжанов И. Доклад об обращении особо опасных пестицидов в Узбекистане.  Страновой обзор производства и использования особо опасных пестицидов в Узбекистане. Ассоциация «За экологически чистую Фергану» Экофорум Узбекистана. Фергана. 2020. 1-91
3. Сметник А.А., Спиридонов Ю.Я., Шеин Е.В. Миграция пестицидов в почве. –М.: Изд-во «Алсико-Агропром», 2005. -327
4. Круглов Ю.В. Микробное сообщество почвы: физиологическое разнообразие и методы исследования Обзор. Сельскохозяйственная биология. 2016. Т.51. №1. С.46-59.
5. Нетрусов А.И., Егоров М.А., Захарчук Л.М. Практикум по микробиологии //. – М.: Академия, 2005. – С. 96-242.
6. Lowry, O.H., Rosebrough, N.J., Farral, A.L. and Randall, R.J. (1951) Protein measurement with the Folin phenol reagent. // Journal of Bioll Chemistry, 193, 265-275.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии; [под ред. Д.Г. Звягинцева]. – М.: Изд- во МГУ, 1991. – 292 с.
8. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. – М.: Наука, 2005. 254 с.
9. Гапонюк Э. И., Малахов С. В. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: тр. 4-го Всесоюз. совещ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985 С. 3 – 10
10.  Бессонов В.В., Янин Е.П. Способы оценки и ремедиации загрязненных ртутью городских почв // Ртуть. Проблемы геохимии, экологии, аналитики. Сборник научных трудов. – М.: ИМГРЭ, 2005, с. 160–180.