Мониторинг микробиологического состояния почв

Как отмечено в главе 7, почвенный микробоценоз отражает различные виды деградации почв, и на этом основании показатели его состояния могут служить универсальными индикаторами состояния почв при почвенном мониторинге.

Микробиологические тесты позволяют за короткое время, даже при незначительных изменениях в окружающей среде, оценить отклонения в функционировании почвенной системы и потому могут служить показателями ранней диагностики степени деградации почв. Основных микробиологических тестов всего четыре (табл. 12.1).

Уровень активной микробной биомассы является информативным показателем общего состояния почвенной биоты. Определяется по методике, изложенной в работе «Экспериментальная экология», 1991. Степень деградации устанавливается по уменьшению уровня активной микробной биомассы по сравнению с контролем. Для недеградированной почвы допускается не более чем 5-кратное снижение, тогда как очень сильнодеградированная почва характеризуется более чем 100-кратным снижением активности микробной биомассы.

Содержание патогенных форм микроорганизмов характеризует биологическое загрязнение почвы. Определяется по стандартной методике (Мишустин и др., 1979). В норме их количество не превышает 1000 на 1 г почвы.

Фитотоксичность почвы является интегральным показателем состояния почвенной биоты. Зависит от суммарного загрязнения почвы, включая и почвоутомление. Определяют методом «почвенных пластинок» по снижению числа проросших семян и длины проростков по сравнению с контролем (Звягинцев и др., 1989; Евдокимова и др., 1984). Снижение числа проросших семян и длины проростков по сравнению с контролем в 1,1 раза допускается для недеградированной почвы. Если число проростков снизилось более чем в два раза, то почва очень сильно деградирована.

Генотоксичность почвы — показатель, с помощью которого определяют способность почвы влиять на структурно-функциональное состояние генетического аппарата почвенной биоты, включая микроорганизмы, растительность и почвенную фауну. Определяют по росту числа

генных мутаций по сравнению с контролем. Оценивается в краткосрочных тестах (Фонштейн и др., 1977). В норме число мутаций в нарушенной почве не должно отличаться более чем в два раза по сравнению с контролем.

При высоком значении показателя скорости биологической деградации необходимо выявление вызывающих ее причин, так как за исключением количества патогенных микроорганизмов все остальные параметры биологической деградации являются интегральными, обусловленными совокупным действием целого ряда причин.

Наибольшее распространение получили методы микробиологического тестирования для оценки состояния почв, подверженных загрязнению.

В ходе санитарно-гигиенического мониторинга оценка степени биологического загрязнения ведется по санитарно-бактериологическим, санитарно-паразитологическим и санитарно-энтомологическим показателям.

В загрязненной почве на фоне уменьшения аборигенных представителей почвенных микробоценозов и снижения ее биологической активности отмечается увеличение количества патогенных энтеробактерий и гельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Оценка санитарно-бактериологического состояния почвы обязательно проводится на объектах повышенного риска (детские сады, игровые площадки, зоны санитарной охраны).

Каждая почва характеризуется определенной обогащенностью микроорганизмами, и она может снижаться при разных видах воздействия на нее (табл. 12.2). Приконтроле микробиологического состояния почв проводится выявление реакции отдельных групп почвенных микроорганизмов на то или иное воздействие на разных уровнях их организации: особь, популяция, сообщество.

Для сообществ (комплексов) — один из основных показателей — изменение их видовой структуры. Показателями изменения могут быть общее число выделяемых видов (богатство видов), показатели их разнообразия, уровень доминирования. Наряду с изменением разнообразия может происходить изменение состава видов.

Слежение за изменением состава и структуры сообществ может проводиться как по отдельным таксономическим группам, так и для трофических групп почвенных микроорганизмов. Примером такого подхода является исследование крахмалразлагающего (амилолитического) микробного сообщества, или целлюлозоразлагающих микроорганизмов, или организмов, потребляющих легкодоступные органические вещества при изменении экологических условий. Выбор исследуемой трофической группы должен соответствовать специфике исследуемого биоценоза и основным изменениям трансформации органики под влиянием антропогенных факторов. Для того чтобы произошли неоднократно регистрируемые изменения состава сообществ вследствие исчезновения одних и появления других видов, необходимы существенные экологические сдвиги. Следовательно, раньше, чем для сообществ, изменения могут проявиться для его составляющих — популяций отдельных видов. Изменения популяций регистрируются задолго до исчезновения вида в сообществе. При популяционных исследованиях важен выбор исследуемых организмов. В первую очередь таковыми могут быть виды, развивающиеся в определенных экологических условиях — так называемые стенотопные виды, и виды — возможные аккумуляторы поллютантов.

Наряду с традиционными микробиологическими методами популяционного анализа (посев на питательные среды) весьма перспективно слежение за развитием микроорганизмов непосредственно в почве с использованием мембранных камер с внесенными в них популяциями микроорганизмов. При этом наиболее эффективно внесение видов с известными свойствами. Например, для оценки влияния кислых осадков — внесение видов организмов, высокочувствительных к изменению рН. Реакция популяций микроорганизмов (например, микроскопических грибов) на изменение экологических условий может проявляться в увеличении лаг-фазы, изменении уровня прорастания спор, репродукции, скорости роста мицелия, длительности отдельных стадий развития. На популяционном уровне изменения биоты могут наблюдаться при более низких уровнях воздействия. Например, такие изменения были зарегистрированы для стенотопного вида Mortierella ramanniana при загрязнении кадмием дерново-подзолистых почв ниже уровня ПДК, в то время как при оценке сообществ изменения прослеживаются при дозе загрязнения на порядок выше (Марфенина, 1991).

Информативным показателем биологического состояния почвы является ее ферментативная активность. Оценка степени обогащенности почвы ферментами дана в таблице 12.3.

Почва является самой богатой системой как по ферментативному пулу, так и ферментному разнообразию. Источниками почвенных ферментов служат растения, микроорганизмы, животные, словом, все живое вещество почвы. Роль ферментов в почвенных процессах трудно переоценить, ведь они являются катализаторами биохимических превращений органических остатков и гумуса и тем самым участвуют в биохимических циклах углерода, азота, фосфора, серы и других элементов.

Обогащенность ферментами в значительной степени определяется генетическим типом почвы, при этом в верхних биогенных горизонтах активность ферментов максимальна, а вниз по профилю — в большинстве случаев снижается.

return false">ссылка скрыта

Деградация почвы сопровождается снижением ее биологической активности, и ферменты, как показали многочисленные исследования, являются надежным индикатором этого явления (табл. 12.4). При этом ферменты проявляют специфическую реакцию на тот или иной вид деградации почвы. Так, загрязнение почвы ТМ, нефтепродуктами в значительной степени снижает активность каталазы, в то время как инвертаза и дегидрогеназа довольно слабо реагируют на нефтезагрязнение. В то же время инвертаза чувствительна к сельскохозяйственному использованию, а каталаза — нет.