ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 7, с. 867-871
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.46
действие бактериально-гумусового препарата
на биологическую активность почв
© 2013 г. Е. Н. Цыганова, Д. Г. Звягинцев, Л. В. Лысак, А. Л. Степанов
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
Поступила в редакцию 27.04.2012 г.
Исследовано влияния бактериально-гумусового препарата "Гумигель" на биологическую активность почв. Об активности судили по интенсивности дыхания почвенных микроорганизмов, общей численности бактерий, структуре сапротрофного бактериального комплекса. Показана способность микроорганизмов сохраняться в составе бактериально-гумусового препарата в течение продолжительного времени. В случае хранения препарата при температуре +4°С численность микроорганизмов поддерживается на постоянном уровне не менее полугода. Установлено, что препарат не оказывает существенного воздействия на биологическую активность чистой почвы, но значительно усиливает ее в случае загрязнения почвы, что выражается в увеличении интенсивности дыхания почвенных микроорганизмов и их численности.
Ключевые слова: бактериально-гумусовый препарат, ремедиация почв.
Б01: 10.7868/80032180X13070137
ВВЕДЕНИЕ
Развитие нефтяной и химической промышленности, интенсивная химизация сельского хозяйства, рост транспортной инфраструктуры и объема автомобильных перевозок сопровождаются неизбежным загрязнением окружающей среды. Токсичные вещества, накапливаясь в почве, делают ее непригодной для роста и развития растений. Известно, что гуминовые кислоты способны проявлять защитные свойства по отношению к почвенной биоте (микро- и мезофауне) и растениям [2, 4, 5, 8]. Поэтому препараты гуми-новых кислот широко используются в целях ре-медиации почв и почвогрунтов. Для восстановления почвенного плодородия активно применяют и бактериальные препараты, способные разлагать нефть, ксенобиотики [1], синтезировать физиологически активные вещества, стимулирующие развитие корневой системы и рост растений [3]. Однако существенным недостатком бактериальных препаратов является малая длительность их хранения. Решением этой проблемы могут быть биопрепараты на основе гуминовых кислот (бактериально-гумусовые препараты), обладающие всеми преимуществами гуминовых кислот и бактериальных препаратов и длительно сохраняющие свои свойства.
Целью работы была оценка влияния бактериально-гумусового препарата на биологическую активность почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Изучались свойства бактериально-гумусового препарата на основе гуминовых кислот бурого угля "Гумигель" (фирма "Агросинтез"), представляющего собой коллоидный гель темно-коричневого цвета. Препарат гуминовой кислоты обогащали смесью следующих бактерий: споро-образующих — Bacillus subtilis, B. cereus, B. mega-terium; коринеподобных (коринеформных) — Rhodococcus erythropolis, Rh. luteus, Arthrobacter globiformis, A. aurescens, Micrococcus roseus, M. agi-lis; протеобактерий — Aquaspirillum sp., Myxococ-cus sp., Cytophaga sp. В научной литературе существует немало работ, говорящих о том, что бактерии родов Arthrobacter и Rhodococcus способны разлагать углеводороды нефти, а Bacillus, Myxo-coccus, Cytophaga являются активными гидроли-тиками [1]. Кроме того, данные бактерии способны синтезировать физиологически активные вещества, в том числе фитогормоны (ауксины, гиббереллины, цитокинины). Концентрация бактерий в препарате составляет 109 клеток в миллилитре геля. Бактерии выращивали на твердой питательной глюкозо-пептонно-дрожжевой среде [6].
Для проведения опытов использовалась дерново-подзолистая почва (Московская обл.) с содержанием гумуса 2.5%, pH солевой вытяжки 5.0, средне-суглинистого гранулометрического состава.
Определение численности микроорганизмов в препарате и в почве проводилось методом люми-
867
7*
мкМоль СО2/г х ч 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
11 13
17 20 27 33
млрд клеток/мл 5.0 г
12 3
Рис. 1. Сохранение численности микроорганизмов в бактериально-гумусовом препарате при хранении. Обозначения: 1 — исходное содержание, 2, 3 — хранение в течение шести месяцев при температуре +4 (2) и +25°С (3).
несцентной микроскопии при окрашивании акридином оранжевым [7].
Интенсивность дыхания микроорганизмов оценивалась методом газовой хроматографии (хроматограф московского опытного завода Хроматограф модель 3700, длина колонки 3.2 м, наполнитель — Полисорб 1, температура термостата 40°С, сила тока катарометра — 150 мА, газ носитель — гелий, скорость расхода газа-носителя — 30 мл/мин).
Для исследования влияния бактериально-гумусового препарата на структуру микробного сообщества применяли метод посева на агаризо-ванную глюкозо-пептонно-дрожжевую среду [6]. Посевы проводили стандартным способом из тысячного, десятитысячного разведений в пятикратной повторности после предварительной обработки на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-1 (22 кГц; 0.44 А; 2 мин) [7]. Для ингибирования развития грибов в среду добавляли 50 мг нистатина на 0.5 л среды.
Для определения действия исследуемого препарата на растения проводился вегетационный опыт с растениями кресс-салата. С этой целью в вегетационные сосуды с дерново-подзолистой почвы (200 г) высевалось по 50 семян кресс-салата. В почву вносился бактериально-гумусовый препарат, разведенный в 20 раз в расчете 36 мл/кг почвы. Эффект определялся по изменению биомассы растений.
Способность бактериально-гумусового препарата к детоксикации почв от загрязнения тяжелыми металлами определялась на примере иона меди Си2+ в концентрации, равной пятикратному превышению ПДК.
Сутки □ 1 2
Рис. 2. Интенсивность дыхания микроорганизмов в чистой почве (1) и при внесении в почву бактериально-гумусового препарата (2).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Важным свойством бактериальных препаратов является их способность к сохранению в жизнеспособном состоянии микроорганизмов, входящих в их состав. Как показали наши исследования, бактерии оказались способными длительное время сохранять свою численность в геле гумино-вой кислоты. Так, за шесть месяцев численность микроорганизмов в бактериально-гумусовом препарате изменилась незначительно (рис. 1). В случае хранения препарата при комнатной температуре (? = +25°С) произошло уменьшение численности в 3 раза, с 3.9 до 1.3 млрд клеток на миллилитр препарата клеток. При хранении препарата в холодильнике (? = +4°С) численность бактерий практически не изменялась.
Исследование влияния бактериально-гумусового препарата на интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов не обнаружило существенных различий между контролем и вариантами с его внесением (рис. 2). В контроле на начальных этапах опыта эмиссия СО2 возрастала и достигла максимального значения на 17-е сутки, после чего интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов постепенно уменьшалась. Такие изменения интенсивности дыхания могут быть объяснены увеличением численности микроорганизмов при прохождении сукцессии, индуцированной увлажнением. Дальнейшее уменьшение выделения СО2 может быть связано с лимитированием доступным субстратом. Аналогичная динамика эмиссии СО2 наблюдалась и в почве с внесением препарата. Кроме того, величина эмиссии углекислого газа также не отличалась от таковой в чистой почве.
Таким образом, внесение бактериально-гумусового препарата в чистую почву не оказало значимого влияния на интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов.
действие бактериально-гумусового препарата
869
мкМоль СО2/г х ч 0.35 г 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
млрд клеток/г 2.5
2 11 13 17 20 27 33 Сутки □ 1 ■ 2
Рис. 3. Интенсивность дыхания микроорганизмов в почве, загрязненной медью (2) и в почве с медью и бактериально-гумусовым препаратом (1).
Рис. 4. Численность микроорганизмов в почве. Обозначения: 1 — незагрязненная почва, 2 — почва, загрязненная медью, с внесением бактериально-гумусового препарата, 3 — почва, загрязненная медью.
При загрязнения почвы медью эмиссия СО2 уменьшилась, однако динамика выделения СО2 имела тот же характер, что описан выше (рис. 3). В случае внесения в загрязненную почву бактериально-гумусового препарата интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов значимо превышала таковую в загрязненной почве без внесения препарата на 11-20-е сутки проведения измерений. Учитывая это, мы считаем возможным говорить о способности бактериально-гумусового препарата к восстановлению биологической активности загрязненных почв.
На основании приведенных данных можно заключить, что внесение бактериально-гумусового препарата в почву, загрязненную медью, увеличивает эмиссию СО2 из почвы, что свидетельствует о его способности к ингибированию отрицательного воздействия тяжелых металлов на микробное сообщество почвы и таким образом, к деток-сикации почв.
Для характеристики воздействия бактериально-гумусового препарата на почвенные бактерии было проведено определение общей численности и структуры сапротрофного бактериального комплекса почвы. Результаты представлены на рис. 4 и в таблице.
Определение численности бактерий в почве свидетельствует об уменьшении их числа при загрязнении почвы медью с 2 до 1.5 млрд клеток/г почвы. При этом в случае добавления к загрязненной почве бактериально-гумусового препарата численность бактерий восстанавливалась до уровня, близкого к контрольной почве (1.9 млрд клеток/г почвы). Это еще раз подтверждает способность бактогумусового препарата выступать в роли протектора от неблагоприятного воздействия загрязняющих веществ.
Для характеристики структуры сапротрофного бактериального комплекса использовался показатель относительного обилия определяемых родов по следующим градациям: доминанты — более 30% от общего числа бактерий, учитываемых
Структура сапротрофного бактериального комплекса почвы
Вариант опыта Доминанты Субдоминанты Среднее обилие Минорные компоненты
Контроль БГП БГП + Cu2+ Cu2+ Cellulomonas Cellulomonas, Myxococcus Myxococcus Streptomyces, Bacillus, Myxococcus Streptomyces, Arthrobacter Arthrobacter Streptomyces, Bacillus Bacillus, Rhodococcus Streptomyces, Bacillus Arthrobacter, Polyangium, Rhodococcus, Aquaspirillum, Proteobacteria Arthrobac
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.