ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 4, с. 452-461
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.46
ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИАЛЬНО-ГУМУСОВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
© 2015 г. Е. Н. Козлова, А. Л. Степанов, Л. В. Лысак
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: sowest88@yandex.ru Поступила в редакцию 17.02.2014 г.
Изучено действие бактериально-гумусовых препаратов на основе "Гумигеля" (ООО "Агросинтез") на биологическую активность дерново-подзолистой почвы, загрязненной Pb(CH3COO)2 и бензином, в модельном опыте. Показано, что отдельные показатели биологической активности в разной степени зависят от загрязнения почвы. В большей степени Pb(CH3COO)2 и бензином ингибирова-лись процесс азотфиксации и активность ферментов дегидрогеназы и фосфатазы. Загрязнение бензином в большей степени ингибировало биологическую активность, чем Pb(CH3COO)2. Бактериально-гумусовые препараты оказывали существенное положительное действие на биологическую активность загрязненных почв, что проявлялось в увеличении показателей общей численности бактерий и активности ферментов (1.5—5 раз), усилении азотфиксации и денитрификации (3—8 раз), а также повышении биомассы выращенных растений (1.5—2 раза). Применение бактериальных суспензий чистых культур и микробного комплекса без препарата гуминовых кислот не всегда давало положительный эффект.
Ключевые слова: бактериально-гумусовые препараты, биологическая активность почв, ремедиация почв.
БО1: 10.7868/80032180X15020057
ВВЕДЕНИЕ
Непрерывно возрастающая антропогенная нагрузка на окружающую среду сопровождается поступлением в экосистему токсичных соединений. Среди приоритетных загрязняющих веществ выделяются углеводороды нефти и тяжелые металлы. Накапливаясь в почве, они обусловливают ее токсичность для живых организмов. Почвы с высоким содержанием поллютантов становятся непригодными для нормального роста растений. Постоянное увеличение площадей загрязненных земель делает актуальным вопрос их ремедиации. Перспективным методом восстановления почвенного плодородия может быть использование бактериальных препаратов на основе гуминовых кислот (бактериально-гумусовых препаратов). Известна способность гуминовых кислот проявлять защитные свойства по отношению к почвенным микроорганизмам и растениям [3, 7, 10]. Гу-миновые кислоты могут связывать токсичные вещества в недоступные для растений комплексы. Также гуминовые кислоты улучшают физико-химические свойства почв. Бактерии способны разлагать поллютанты органической природы (углеводороды нефти, ксенобиотики). Микробная биомасса может сорбировать тяжелые метал-
лы [2, 6, 11]. Микроорганизмы синтезируют физиологически активные вещества, стимулирующие рост растений [4]. Бактериально-гумусовые препараты совмещают в себе свойства гуминовых кислот и бактериальных культур. Кроме того, гуминовые кислоты способны поддерживать жизнеспособность микроорганизмов в составе препарата и в условиях внесения в почву [5, 12] .
Цель данной работы — исследование действия бактериально-гумусовых препаратов на основе "Гумигеля" (ООО "Агросинтез") на биологическую активность почв, загрязненных нефтепродуктами и тяжелыми металлами.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили с двумя бактериально-гумусовыми препаратами, представляющими собой раствор гумата К, извлеченного из бурого угля ("Гумигель", производство ООО "Агросинтез"), обогащенный 1) смесью чистых культур бактерий родов Rhodococcus и Pseudomonas (далее ГК + ЧК) и 2) комплексом микроорганизмов (ГК+ ПК), выделенным из перегнойно-глеевой почвы (ОУПЭЦ "Чашниково"), содержащим бактерий родов Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus,
Pseudomonas, Cytophaga, Myxococcus, Aquaspirillum. "Гумигель" — коллоидный гель гумата К темно-коричневого цвета с рН 7.0, плотностью раствора 1.1 г/см3, массовой долей гумата 5%. Титр бактерий после внесения в исходный препарат гумата составлял 109 кл./мл. Для изучения действия бактериально-гумусовых препаратов на биологическую активность почв проводили модельные опыты в сосудах объемом 0.3 л. Для опытов использовали дерново-подзолистую почву (Томилинский лесопарк Московская обл.). В качестве загрязнителя вносили 1) бензин АИ-95 в концентрации 4%, 2) Pb(CH3COO)2 в концентрации, равной 5 ПДК. В почву добавляли бактериально-гумусовые препараты в объеме 40 мл/кг почвы. Для определения вклада гуминовой и бактериальной составляющих в биологическую активность почв ставили опыты с внесением в почву суспензии бактерий родов Rhodococcus и Pseudomonas, суспензии комплекса микроорганизмов перегной-но-глеевой почвы (титр бактерий 109 кл./мл), стерильного препарата гуминовой кислоты ("Гумиге-ля"). В качестве контроля использовали почву без внесения бензина и Pb(CH3COO)2. Всего в модельном опыте было 18 вариантов:
1) К — контрольная почва; 2) ГК — почва с внесением стерильной гуминовой кислоты; 3) ЧК — почва с внесением суспензии бактерий родов Rhodococcus и Pseudomonas; 4) ПК — почва с внесением комплекса микроорганизмов перегнойно-глеевой почвы; 5) ГК + ЧК — почва с внесением препарата гуминовых кислот, обогащенного бактериями родов Rhodococcus и Pseudomonas; 6) ГК + + ПК — почва с внесением препарата гуминовых кислот, обогащенного комплексом микроорганизмов перегнойно-глеевой почвы; 7) Pb — почва, загрязненная Pb(CH3COO)2; 8) Pb + ГК - почва, загрязненная Pb(CH3COO)2, с внесением стерильной гуминовой кислоты; 9) Pb + ЧК — почва, загрязненная Pb(CH3COO)2, с внесением суспензии бактерий родов Rhodococcus и Pseudomonas; 10) Pb + ПК — почва, загрязненная Pb(CH3COO)2, с внесением комплекса микроорганизмов пере-гнойно-глеевой почвы; 11) Pb + ГК + ЧК — почва, загрязненная Pb(CH3COO)2, с внесением препарата гуминовых кислот, обогащенного бактериями родов Rhodococcus и Pseudomonas; 12) Pb + + ГК + ПК — почва, загрязненная Pb(CH3COO)2, с внесением препарата гуминовых кислот, обогащенного комплексом микроорганизмов пере-гнойно-глеевой почвы; 13) Б — почва, загрязненная бензином; 14) Б + ГК — почва, загрязненная бензином, с внесением стерильной гуминовой кислоты; 15) Б + ЧК — почва, загрязненная бензином, с внесением суспензии бактерий родов Rhodococcus и Pseudomonas; 16) Б + ПК — почва, загрязненная бензином, с внесением комплекса микроорганизмов перегнойно-глеевой почвы;
17) Б + ГК + ЧК — почва, загрязненная бензином, с внесением препарата гуминовых кислот, обогащенного бактериями родов Rhodococcus и Pseudomonas; 18) Б + ГК + ПК — почва, загрязненная бензином, с внесением препарата гуми-новых кислот, обогащенного комплексом микроорганизмов перегнойно-глеевой почвы.
Влияние бактериально-гумусовых препаратов на биологическую активность почв оценивали по изменению общей численности бактерий, интенсивности дыхания почвенных микроорганизмов, азотфиксации, денитрификации и активности почвенных ферментов (каталазы, дегидрогеназы, уреазы, фосфатазы). Также исследовали структуру сапротрофного бактериального комплекса.
Определение общей численности бактерий в почве проводили методом люминесцентной микроскопии при окрашивании акридином оранжевым [9]. Интенсивность дыхания, азотфиксации и денитрификации почвенных микроорганизмов оценивали методом газовой хроматографии [9]. Активность каталазы определяли газометрически по методу Галстяна [9]. Для определения активности дегидрогеназы использовали 2,3,5-трифенил-тетразолий хлористый, восстанавливающийся в красное соединение трифенилформазан. Количество образующегося трифенилформазана определяли колориметрически [9]. Активность уреазы оценивали с помощью колориметрического измерения окрашенного раствора, образуемого с реактивом Несслера аммиаком, выделяемым при разложении мочевины [9]. Для измерения активности фосфатазы колориметрически определяли количество фенолфталеина, образуемого при разложении фенолфталеинфосфата [1].
Для исследования влияния бактериально-гумусовых препаратов на структуру бактериального сообщества применяли метод посева на агаризо-ванную глюкозо-пептонно-дрожжевую среду [8]. Посевы проводили стандартным способом из тысячного и десятитысячного разведений в пятикратной повторности после предварительной обработки на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-1 (22 кГц, 0.44 А, 2 мин) [9]. Для ингибирования развития грибов в среду добавляли 50 мг нистатина на 0.5 л среды.
Для определения действия исследуемого препарата на растения проводили вегетационный опыт с растениями кресс-салата. В вегетационные сосуды с дерново-подзолистой почвы (300 г) высевали по 50 семян кресс-салата. Эффект определяли по биомассе растений. Длительность модельного опыта составила 3 месяца.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что загрязнение почвы бензином и Pb(CH3COO)2 суще-
млрд кл./г почвы 4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
I I
ККК К К ^ £ К К К К
1-4 ^ & с С * 1-4 + & & С
К 1-4 + К 1-4 -О Рч -О Рч К 1-4 + £
III!
К
1-4
-О Рч
К К К К
1-4 + & С
и и К + и
И
К
С
и
Рис. 1. Общая численность бактерий.
ственно влияет на все показатели биологической активности почв, кроме дыхания почвенных микроорганизмов.
Изменение общей численности бактерий. 4%-ное загрязнение почвы бензином привело к сокращению общей численности бактерий в 3 раза (рис. 1). Внесение в загрязненную почву бактериально-гумусовых препаратов способствовало повышению численность почвенных бактерий на 70%. Схожую картину наблюдали при загрязнении почвы РЬ(СН3СОО)2.
Оценка ферментативной активности почв. В работе рассматривали ферменты классов оксидоредуктаз (каталаза и дегидроге-наза) и гидролаз (уреаза и фосфатаза).
Контрольная почва характеризовалась средней обогащенностью каталазой по шкале Звягинцева [9] (рис. 2А). На активность каталазы наибольший ингибирующий эффект оказывало загрязнение почвы бензином. В этом случае активность каталазы снижалась в 3 раза по сравнению с контролем. Почва, загрязненная бензином, относилась к бедным по каталазе. Внесение бактериально-гумусовых препаратов увеличивало активность каталазы на 60—80%. Загрязнение почвы РЬ(СН3СОО)2 вызвало меньшее снижение активности
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.