CC BY
156
12. Об утверждении Правил лесовосстановления : приказ М-ва природных ресурсов и экологии РФ [от 16 июля 2007 г. № 183 ; ред. от 5 ноября 2013 г.] [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://rg.ru/2013/12/31/les-dok.html (дата обращения: 14.08.2014).
13. Правительство Омской области. Итоги работы Главного управления лесного хозяйства Омской области [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.gulh.omskportal.ru (дата обращения: 14.08.2014).
БАЖЕНОВА Ольга Прокопьевна, доктор биологических наук, профессор (Россия), профессор кафедры экологии, природопользования и биологии. ЛАПА Ольга Сергеевна, аспирантка кафедры экологии, природопользования и биологии. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 13.08.2015 г. © О. П. Баженова, О. С. Лапа
УДК 631.82:[631.45: 631.46]:631.445.4
А. В. СИНДИРЕВА О. В. СТЕПАНОВА О. Ф. ХАМОВА
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии, г. Омск
ВЛИЯНИЕ ЙОДА НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ
Изучено влияние йода на численность почвенных микроорганизмов и на фитотоксич-ность лугово-черноземной почвы. Действие микроэлемента неоднозначно и зависит от дозы и вида микроорганизма. Исследования показали, что в небольших дозах йод оказывает стимулирующее влияние на показатели роста и развития биотестера (редиса), с повышением дозы стимулирующее влияние йода снижается. Ключевые слова: микроэлемент йод, лугово-черноземные почвы, микробиологическая активность почвы.
Роль микроорганизмов в геохимических циклах макроэлементов хорошо изучена на глобальном уровне. Биогеохимические циклы микроэлементов привлекали гораздо меньше внимания. Микроорганизмы являются важным звеном в обмене веществ в экосистемах, в основном выполняя роль редуцентов, но в некоторых экосистемах они — единственные производители биомассы — продуценты. Микроорганизмы, обитающие в различных средах, участвуют в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов, осуществляют разложение органических веществ животного, растительного происхождения.
Действие микроэлемента йода на микробиологическую активность почвы в южной лесостепи Омской области изучено недостаточно. Кроме того, физиологическая роль, а также механизмы взаимодействия в почве всё ещё до конца не известны. В связи с этим была поставлена следующая цель исследований: оценить влияние йода на ферментативную активность и численность агрономически важных микроорганизмов лугово-черноземной почвы. Сохранение плодородия почв при повышенном поступле-
нии микроэлементов является в настоящее время большой хозяйственной проблемой, для сохранения и восстановления почвы надо как можно более детально знать ее индивидуальные свойства и факторы, приводящие к ухудшению ее качества [1].
Лабораторные опыты по изучению влияния различных доз йода на микробиологическую активность почвы проводились в 2013 — 2014 гг. в 3-кратной повторности по следующей схеме: контроль, йод в виде иодида калия в дозах 1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 кг/га. Проводили компостирование почвы с инкубацией 21 сутки. По окончании эксперимента в почвенной вытяжке определяли содержание йода, численность микроорганизмов, ферментативную активность почвы, а также ее фитотоксичность.
Учет численности микроорганизмов в полученных почвенных образцах проводили в ФГБНУ «Сиб-НИИСХ», при этом учитывали общее число бактерий и спорообразующих форм в непастеризованном посеве на мясопептонном агаре (МПА), бактерий, использующих минеральные источники азота на крахмало-аммиачном агаре (КАА), число грибов на
Рис. 1. Численность ряда микроорганизмов, млн КОЕ/г
Контроль 1 3 6 9 12 15 13 21 24 27
Дозы йода, кг/га
Ы Фосфатмобилизующие на среде Муромцева ■ Целлюлозоразрушающие на среде Гетчинсона ^ Грибы на среде Чапека
Рис. 2. Численность ряда микроорганизмов, млн КОЕ/г
подкисленном агаре Чапека, целлюлозо-разрушаю-щие микроорганизмы на агаре Гетчинсона, олигонит-рофилы на среде Мишустиной, фосфатмобилизую-щие на среде Муромцева, нитрификаторы.
Микроорганизмы — очень чуткие индикаторы, резко реагирующие на различные изменения в среде. Отсюда необычная динамичность микробиологических показателей. На рис. 1 показано изменение численности бактерий на МПА, на КАА и олигонитро-филов в условиях внесения различных доз йода в виде иодида калия.
Рассмотрев рис. 1, можно сделать вывод о влиянии йода на численность микроорганизмов: в среднем за 2 года данные показали,что благоприятнее всего микроэлемент влияет на численность микроорганизмов олигонитрофилов. Численность олигонитрофи-лов незначительно возрастает при небольших концентрациях йода на питательной среде, доза 21 кг/га является наиболее благоприятной для микроорганизмов, их количество возросло на 431,52 %.
Нитрификаторы — группа автотрофных микроорганизмов, способных получать энергию за счет окисления неорганических соединений азота. Выделяют две группы нитрификаторов, первая группа окисляет аммиак до нитритов с образованием в каче-
стве побочного продукта закиси азота, вторая группа окисляет нитриты в нитраты [2].
Йод благоприятно воздействует на микроорганизмы нитрификаторы. Наибольшее количество нитрификаторов отмечено на вариантах с внесением доз 3 и 21 кг/га, при этом численность на 18,8% и 18,5 % выросла по сравнению с контролем.
На рис. 2 представлена численность фосфатмо-билизующих, целлюлозоразрушающих, нитрифицирующих бактерий и грибов в зависимости от доз вносимого йода.
Фосфатмобилизующие бактерии могут перерабатывать фосфорные соединения, как минеральные, так и органические с выделением фосфора в окружающую среду и преобразовывать его из неусвояемой формы в доступную. Установлено, что наибольшее стимулирующее действие на численность этой группы микроорганизмов оказывают дозы 24 — 27 кг/га.
Целлюлозоразрушающие микроорганизмы — физиологическая группа бактерий, включающая представителей разных таксонов. Единственное общее свойство этих организмов — способность к ферментативному расщеплению целлюлозы. Участвуя в деградации самого масштабного природного соединения — целлюлозы, играют важнейшую роль в круго-
1200 - 1 @ 1000 -1 | 800 - и о
и £ W 400 - Е U | 200 - о И t п _ I _ _ 1 т т h 1
1 1 1
| о \ Ъ <о Ъ > ^ 1 п> -V6- -0 Дозы йод л кг/га
Рис. 3. Общая численность микроорганизмов
вороте веществ в биосфере [2]. На рис. 2 показано, что численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов под влиянием йода снижается. Максимальное снижение их количества отмечено при дозе 27 кг/га, численность составила 10 тыс. КОЕ/г. Наибольшее содержание микроорганизмов отмечается на контроле и составляет 86,1 тыс. КОЕ/г.
Среди живых организмов, обитающих в почве, не последнее место занимают грибы. Микроскопические грибы выполняют в почве весьма разнообразные функции. С одной стороны, гетеротрофное питание грибов обусловливает их непосредственное участие в разложении растительных и животных остатков в почве, т. е. минерализацию разнообразных органических веществ. С другой стороны, в почве также встречаются многочисленные микроскопические фитопатогенные грибы (в частности, рода Fusarium), попавшие в нее вместе с остатками растений, и их повышенное содержание свидетельствует об экологическом неблагополучии [1 ].
Исследования показали, что йод стимулирует рост численности грибов. Наиболее благоприятной является доза 18 кг/га, при этом численность грибов увеличилась на 194,12 % по сравнению с контролем.
Таким образом, согласно проведенным иследова-ниям, реакция микробного сообщества на применение йода неоднозначна, и зависит от дозы и вида микроорганизма.
На рис. 3 показана общая численность всех микроорганизмов под действием разных доз йода. В целом йод в исследуемых концентрациях оказывает стимулирующее действие на численность агрономически важных организмов.
Ферментативная активность отражает состояние плодородия почв и внутренние изменения, происходящие при сельскохозяйственном использовании и повышении уровня культуры земледелия. Почвенные ферменты участвуют при распаде растительных, животных и микробных остатков, а также синтезе гумуса. В результате питательные вещества из трудно усвояемых соединений переходят в легкодоступные формы для растений и микроорганизмов. Ферменты отличаются высокой активностью, строгой специфичностью действия и большой зависимостью от различных условий внешней среды. Совместно с другими критериями ферментативная активность почв может служить надежным диагностическим показателем для выяснения степени окультуренности
почв. Ферменты, относящиеся к классам гидролаз и оксидоредуктаз, участвуют в основных процессах гумификации почв, поэтому их активность — это существенный показатель плодородия почв.
В наших исследованиях мы исследовали активность таких ферментов, как каталазы, инвертазы и уреазы. В ходе исследований, проводимых в течение двух лет, отмечено благоприятное влияние невысоких доз йода на активность фермента инвертазы. Увеличение дозы применяемого йода свыше 6 кг/га способствуют снижению активности этого фермента. Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв [2].
Уреаза — катализирует реакции гидролитического расщепления мочевины на аммиак и диоксид углерода. В связи с использованием мочевины в агрономической практике необходимо иметь в виду, что активность уреазы выше у более плодородных почв [2]. В отличие от активности инвертазы, активность уреазы при применении йода снижается.
Каталазу относят к классу оксидоредуктаз. В результате ее действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов. Максимальное содержание каталазы отмечается при внесении дозы йода 12 кг/га, минимальное содержание при дозе 27 кг/га. Согласно данным рис. 4 видно, что при увеличении дозы йода свыше 15 кг/га наблюдается постепенное снижение содержания каталазы в почве.
Таким образом, минеральные удобрения как химически активные агенты оказывают значительное влияние на ферментативные процессы в почве. Их действие на ферментативный потенциал почвы может быть прямым за счет изменения состояния имеющихся в почве ферментов (ингибирование, активация, деструкция) и косвенным — путем изменения содержания ферментов за счет стимуляции жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и растений, вырабатывающих ферменты. Состав вносимых удобрений или длительное применение повышенных доз могут стать причиной снижения активности отдельных ферментов [3]. В наших исследованиях применение йода неоднозначно влияет на активность ферментов.
Фитотоксичность почвы — свойство почвы, обусловленное наличием загрязняющих веществ
1
1 1 i I es I rsrs
1 1 i 1 i
1
i I !
I I 1
L I-
Контроль 1 3 б 9 12 15 18 21 24 27
Дозы йода, кг/га
^Катапаза пУреаза кинвертаза
Рис. 4. Активность ферментов в условиях применения йода
Рис. 5. Высота ростка (среднее за 2013-2014 гг.)
Рис. 6. Длина корня (среднее за 2013-2014 гг.)
и токсинов, подавлять рост и развитие растений. Для полной оценки влияния йода на растительный организм в 2013 — 2014 гг. нами проведены лабораторные исследования по определению воздействия различных концентраций йода на всхожесть, энергию прорастания, интенсивность начального роста семян. При определении интенсивности начального роста использовали такие показатели, как длина корней и ростков. В наших исследованиях определения суммарной токсичности почвы были использованы семена редиса красного с белым кончиком по методике В. Г. Минеева и соавт. [4].
По данным проводимых исследований в течение двух лет (рис. 5, 6) установлено, что йод оказал стимулирующее влияние на высоту ростка редиса и на длину корешка. В то же время при концентрации йода выше 21 кг/га наблюдается токсический эффект (длина корня и ростка снижается на 20 — 30 %) [4, 5].
Таким образом, йодсодержащие удобрения оказывают значительное влияние на биологическую активность лугово-черноземной почвы. В основном йод оказывает стимулирующие действие на численность почвенных микроорганизмов и ферментатив-
ную активность почвы, не проявляя токсического эффекта. В то же время применение повышенных доз йода (свыше 21 кг/га) может стать причиной негативного воздействия на почвенные микроорганизмы.
Библиографический список
1. Каббата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Каббата-Пендиас, Ч. Пендиас. — М. : Мир, 1989. — 440 с.
2. Гамаюрова, В. С. Ферменты. Лабораторный практикум / В. С. Гамаюрова, М. Е. Зиновьева. — М. : Проспект науки, 2011. - 256 с.
3. De, S. K. Adsortion of iodide by soil at differet levels of pH / De S. K., Sharafat A. - Rao N.S. Sci. and Cult, 1972. - Vol. 38, № 9. - P. 416-418.
4. Определение суммарной токсичности почвы, корневой системы и конечной продукции при применении химических средств защиты растений. Методика и результаты / В. Г. Ми-неев [и др.] // Вестник с.-х. науки, 1991. - № 6. - С. 63-71.
5. Степанова, О. В. Оценка токсичности почвы методом биотестирования при внесении разных доз йода / О. В. Степанова, О. В. Рослякова // Материалы Междунар. шк.-семинара
молодых исследователей, 13-С. 276-278.
16 мая 2014 г. - Тюмень, 2014.
СИНДИРЕВА Анна Владимировна, доктор биологических наук, профессор кафедры «Экология, природопользование и биология» Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина. СТЕПАНОВА Ольга Владимировна, инженер кафедры инженерной экологии и химии Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
ХАМОВА Ольга Федоровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории микробиологии ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россель-хозакадемии».
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 09.07.2015 г. © А. В. Синдирева, О. В. Степанова, О. Ф. Хамова
УДК 630*581:504.5(571.13)
Е. В. ДОНЕЦ
Омский государственный педагогический университет
ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЛЕПИХИ КРУШИНОВИДНОЙ (HIPPOPHAE RHAMNOIDES L.) В УСЛОВИЯХ ВЕГЕТАЦИОННОГО ОПЫТА_
В работе приводятся результаты экспериментальных исследований впервые проведенных в условиях вегетационного опыта с использованием нефтешлама с буферных прудов ОАО «Газпромнефть—ОНПЗ».
Ключевые слова: нефтешлам, нефтешламовое загрязнение почвы, облепиха кру-шиновидная, вегетационный опыт.
Загрязнение природной среды нефтью и сопутствующими загрязнителями — острейшая экологическая проблема во многих регионах России, в том числе и в Омской области.
Сложный химический состав нефти и нефтепродуктов приводит к ряду экологических проблем, связанных с изменением биологических и микробиологических свойств почвы и воды, при этом растительному и животному миру наносится большой ущерб. В частности, при поступлении нефти в почву наблюдается увеличение содержания тяжелых металлов РЬ, V, Дз, № выше предельно допустимых норм, которые входят в состав нефти [1].
Одним из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды являются нефтесодержащие отходы — нефтяные шламы, относящиеся к третьему классу опасности [2]. Под нефтешламами подразумеваются образующиеся при добыче и подготовке нефти нефтесодер-жащие отходы, не нашедшие применения [3]. В нефтедобывающих регионах России и стран СНГ, а также на предприятиях нефтепереработки проблема создания высокоэффективных и экологически чистых технологий утилизации нефтешламов весьма актуальна и требует оперативного решения [4].
Омский регион является крупным промышленным центром и одной из самых сложных и многоплановых проблем охраны природной среды является предотвращение и снижение загрязнения среды отходами нефтепереработки, так как на территории
города расположен один из самых крупных нефтеперерабатывающих заводов мира [5], следовательно, появляется необходимость в рекультивации загрязненных территорий.
В настоящее время актуальным является подбор видов растений и разработка технологии их использования при проведении работ по биорекультивации нефтезагрязненных территорий.
Целью наших исследований являлось изучение влияние нефтешлама на прорастание семян облепихи крушиновидной.
В задачи исследования входило: выявление воздействия нефтешламового загрязнения на всхожесть семян и динамику роста всходов облепихи крушино-видной и ее органов в условиях вегетационного опыта.
Полученные результаты позволят оценить устойчивость эколого-биологических свойств облепихи крушиновидной к нефтяному загрязнению почв и могут послужить основой для биоиндикационного контроля.
Методика и объекты исследования. Объектом для исследования являлись семена облепихи круши-новидной, собранные с фонового участка (Шерба-кульский район Омской области).
Опыты проводились с использованием нефте-шлама с буферных прудов ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» и чернозема обыкновенного, отобранного на Агробиостанции Омского государственного педагогического университета.
