Investigation of the Number and Enzymatic Activity of Microorganisms in Soils Contaminated with Pesticides

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В процессе сельскохозяйственного производства одной из глобальных экологических проблем является негативное воздействие пестицидов на окружающую среду и здоровье людей. В Советский период в Азербайджане сельское хозяйство относилось к ключевому сектору экономики республики и являлось развитой инфраструктурой. Сельское хозяйство относилось к ключевому сектору экономики Азербайджанской Республики. Так как почвенно-климатические условия в Азербайджане благоприятны для развития вредителей и болезней сельскохозяйственных растений, республика по удельному расходу ядохимикатов на площадь сельскохозяйственных земель занимала одно из ведущих мест. Только в 1990 г. в республике было использовано 35 тыс. т различных ядохимикатов и более 400 тыс. т минеральных удобрений [1], при среднесоюзном уровне 1.5 кг в Азербайджане использовали 14 кг ядохимикатов/га [2].

Вместе с тем к обычным проблемам использования химических средств защиты растений добавились другие проблемы, которые были связаны в первую очередь с нарушениями санитарных норм и правил при транспортировке, хранении и применении, а также ликвидации пестицидов [3].

Грубое нарушения правил применения, транспортировки, хранения, а также отсталая технология орошения и промывки почв приводила к тому, что значительное количество их, вымываясь, попадала в реки и дренажные коллекторы, а оттуда – в море [4]. Остатки устаревших и запрещенных к использованию ядохимикатов продолжают создавать экологическую угрозу как природным ландшафтам, так и здоровью населения. В связи с этим проблема загрязнения пестицидами почв в стране представляется очень актуальной и насущной и требует проведения системных исследований в области изучения почвенного покрова страны и его способности самоочищаться от ядохимикатов.

Цель работы – изучение численности и ферментативной активности микроорганизмов в почвах, загрязненных пестицидами.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования были образцы сероземных почв с территории базы по хранению пестицидов в р-не Зардоб (химический амбар бывшего “Объединения химии”). Отбор осуществляли по принципу “конверта” [5] в стерильный пакет. Всего было отобрано 12 почвенных образцов с разных горизонтов 0–20, 20–40 и 40–60 см. Контролем служил почвенный образец с территории, находящегося на расстоянии 1 км от амбара пестицидов. Численность микроорганизмов в почве, содержащей различные концентрации пестицида, определяли методом последовательных разведений почвенной суспензии [5]. Дыхание почв определяли по интенсивности продуцирования углекислого газа [6]. Активность ферментов определяли по Хазиеву [7]. В отобранных образцах почв содержание пестицидов определяли общепринятыми методами [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Во всех образцах почв в лабораторных условиях были определено содержание пестицидов. Общая площадь исследованной территории составляла ≈2 га. В почвенных образцах степень превышения ПДК пестицидов составляла от 2.5 до 12508 раз, при этом только в верхнем 0–20 см горизонте превышение ПДК составляло 74–12508 раз (табл. 1).

 

Таблица 1. Содержание пестицидов в почвах, отобранных с территории вблизи базы

Образец, №	Глубина, см	Общее количество пестицидов
		мг/кг	Степень превышения ПДК
1	0–20	1250	12508
2	0–20	923	9234
3	0–20	9.7	97
4	0–20	7.4	74
5	0–40	4.7	47
6	0–40	1220	12203
7	0–40	5.4	54
8	0–40	66.6	666
9	0–60	1.2	12
10	0–60	7.0	70
11	0–60	0.5	5
12	0–60	0.25	2.5
Контроль (чистая почва)	0–20	–	–

 

Результаты микробиологических анализов отобранных почвенных образцов показали, что в отличие от контроля (чистой почвы) во всех образцах почв, загрязненных пестицидами, численность микроорганизмов значительно снижалась, причем общее количество их в слое 0–20 см было существенно меньше, чем в более глубоких слоях. Выявлена отрицательная зависимость между содержанием пестицидов и численностью почвенных микроорганизмов, r = –0.79 ± 0.15 (табл. 2).

 

Таблица 2. Численность микроорганизмов в почве, загрязненной пестицидами

Образец, №	Численность микроорганизмов
	содержание пестицидов, мг/кг почвы	общее количество	общее количество сапрофитов	спорообразующие	актиномицеты
		КОЕ/г почвы
Горизонт 0–20 см
1	1250	3 ‧ 103	1 ‧ 102	1240	1440
2	923	3 ‧ 103	2 ‧ 102	1240	1440
3	9.7	4 ‧ 104	5 ‧ 103	2200	2750
4	7.4	4 ‧ 104	5 ‧ 103	2240	2790
Горизонт 40 см
5	4.7	6 ‧ 104	2 ‧ 103	2340	2870
6	1220	3 ‧ 103	1 ‧ 103	1242	1902
7	5.4	4 ‧ 104	2 ‧ 103	2350	2560
8	66.6	1 ‧ 104	1 ‧ 103	1240	1760

Таблица 2. Окончание

Образец, №	содержание пестицидов, мг/кг почвы	Численность микроорганизмов
		общее количество	общее количество сапрофитов	спорообразующие	актиномицеты
		КОЕ/г почвы
Горизонт 60 см
9	1.2	1 ‧ 105	2 ‧ 104	1280	1430
10	7.0	5 ‧ 104	3 ‧ 103	1100	1560
11	0.5	3 ‧ 106	5 ‧ 105	1940	2540
12	0.25	4 ‧ 106	4 ‧ 105	2240	2990
Контроль	–	2 ‧ 107	3 ‧ 106	3240	4340

 

Исследования ферментативной активности почв, загрязненных пестицидами, показали, что в отличие от чистой фоновой почвы, в почве, загрязненной пестицидами, существенно снижалась активность ферментов – каталазы, инвертазы, уреазы и дегидрогеназы (табл. 3).

 

Таблица 3. Ферментативная активность почв, загрязненных пестицидами

Образец, №	Содержание пестицидов, мг/кг почвы	Каталаза, KMnO4/г почвы	Инвертаза, мг глюкозы/г почвы	Уреаза, мг NH3/100 г почвы	Дегидрогеназа, мг ТТФ/10 г почвы
Горизонт 20 см
1	1250	0.35 ± 0.03	16 ± 0.03	1.4 ± 0.03	4.8 ± 0.03
2	923	0.45 ± 0.03	19 ± 0.03	1.6 ± 0.03	4.4 ± 0.03
3	9.7	0.46 ± 0.03	23 ± 0.03	1.8 ± 0.03	5.1 ± 0.03
4	7.4	0.45 ± 0.03	24 ± 0.03	1.9 ± 0.03	5.4 ± 0.03
Горизонт 40 см
5	4.7	0.47 ± 0.03	29 ± 0.03	1.5 ± 0.03	5.5 ± 0.03
6	1220	0.34 ± 0.03	18 ± 0.03	1.4 ± 0.03	4.2 ± 0.03
7	5.4	0.46 ± 0.03	21 ± 0.03	2.2 ± 0.03	5.7 ± 0.03
8	66.6	0.40 ± 0.03	21 ± 0.03	1.5 ± 0.03	5.0 ± 0.03
Горизонт 60 см
9	1.2	0.49 ± 0.03	24 ± 0.03	2.1 ± 0.03	7.0 ± 0.03
10	7.0	0.37 ± 0.03	21 ± 0.03	1.4 ± 0.03	5.8 ± 0.03
11	0.5	052 ± 0.03	23 ± 0.03	2.1 ± 0.03	8.5 ± 0.03
12	0.25	0.55± 0.03	24 ± 0.03	2.3 ± 0.03	8.8 ± 0.03
Контроль	–	0.65 ± 0.03	29 ± 0.03	2.9 ± 0.03	9.6 ± 0.03

 

В соответствие с этим также в 2.0–2.5 раза подавлялась и дыхательная активность почв (рис. 1).

 

Рис. 1. Интенсивность дыхания образцов, отобранных из разных горизонтов почвы, загрязненной пестицидами

 

Таким образом, в почвах, загрязненных пестицидами, в отличие от фоновых чистых почв, биогенность почв подавлялась, что свидетельствовало об отрицательном воздействии загрязнения почв пестицидами на структуру и активность микробиоценоза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что численность микроорганизмов и интенсивность микробиологических процессов в почве, загрязненной пестицидами, значительно меньше, чем в чистых почвах, что указывало на очень ограниченный ассимиляционный потенциал и низкую способность этих почв к самоочищению от органических поллютантов. Это подтверждено и снижением дыхательной активности почв в 2.0–2.5 раза.

Таким образом, за последние десятилетия природные экосистемы Азербайджана подвергались и подвергаются мощному антропогенному давлению, что приводит к изменениям качества как их компонентов – почв, вод, атмосферного воздуха, которые являются взаимосвязанной и взаимозависимой биосистемой, обладают определенным ассимиляционным потенциалом в отношении загрязнителей окружающей среды, так и экосистемы в целом. Вместе с тем необходимо особо подчеркнуть, что исследования в отношении ассимиляционной емкости экосистем страны и их компонентов (почвенного покрова, водных экосистем) ранее не проводили.

Из вышесказанного следует, что необходимо сосредоточить усилия на решении важнейшей научной задачи – изучении основных закономерностей эволюции ландшафтов страны под воздействием антропогенных воздействий с целью рационального использования их ресурсов, совершенствования методов прогнозирования устойчивости, повышения эффективности мероприятий в области охраны окружающей среды. Эти исследования, прежде всего, необходимы для того, чтобы в условиях повышения темпов экономического развития страны оценить реальную ассимиляционную емкость почвенного покрова разных биоклиматических зон в отношении органических загрязнений с целью разработки научной основы путей перспективного управления этими ландшафтами в рамках концепции “Устойчивого развития”.

В Азербайджане составлен “Паспорт почв” 26-ти генетических типов, в которых отражены экобиоморфологические показатели почв различных почвенно-климатических зон страны [9]. Однако в этих паспортах отсутствуют показатели устойчивости различных генетических типов почв в случае их загрязнения органическими поллютантами, которые могли бы дать определенную информацию об их ассимиляционном потенциале, и в соответствие с этим ранжировать почвы различных ландшафтных зон по их самоочищающей способности. Так как изучение буферности всех генетических типов почв, выявление их ассимиляционной емкости по отношению к различным органическим поллютантам, в том числе и пестицидам, которые характеризуются разной степенью полураспада в природных средах, позволит классифицировать эти почвы по их самоочищающей способности. Все это подготовит научную основу для безопасного применения пестицидов для каждого типа почв, установку уровня ПДК для каждого типа пестицида и степень их опасности для людей, позволит качественно обогатить “Паспорта почв” [10, 11].

About the authors

S. I. Nadjafova

Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education of Azerbaijan

Author for correspondence.
Email: nadjafovas@yahoo.com
Azerbaijan, Baku

F. S. Keyserukhskaya

Institute of Microbiology of the Ministry of Science and Education of Azerbaijan

Email: nadjafovas@yahoo.com
Azerbaijan, Baku

References

Supplementary files