Влияние на почвенную микробиоту железа, меди и никеля, внесенных в почву отдельно и в различных комбинациях

В длительном модельном эксперименте была изучена динамика численности почвенных микроорганизмов при загрязнении южного чернозёма железом, никелем и медью в разных концентрациях и комбинациях. В ходе работы в почвенных микробоценозах высевом на плотные питательные среды оценивали: общую численность гетеротрофных микроорганизмов – на мясо-пептонном агаре, количество железоокисляющих микроорганизмов – на селективной среде через 0, 30, 90 и 210 сут. после внесения в почву тяжелых металлов. Установлен различный характер влияния тяжелых металлов на почвенные микроорганизмы, выявлена степень стабильности почвенных микробоценозов южного чернозёма. После стимуляции развития гетеротрофных микроорганизмов в почвенных микробоценозах под влиянием железа и меди в концентрациях 10 и 50РГФ/ПДК, наблюдаемой через 30 сут. после загрязнения почвы индивидуальными металлами или их сочетаниями, через 90 сут. численность микроорганизмов этой группы уменьшалась до контрольных значений и ниже. Через 210 сут. микробоценозы возвращались в стабильное состояние. Никель, внесенный в почву в концентрации 50ПДК отдельно и в ряде сочетаний с другими тяжелыми металлами, не стимулировал развитие гетеротрофных микроорганизмов. Противоположные тенденции обнаружены в динамике численности железоокисляющих микроорганизмов. За исключением вариантов с внесением 10 и 50ПДК Cu (II), железо, никель и их комбинации в разных концентрациях ингибировали развитие железоокисляющих микроорганизмов в первый месяц после загрязнения почвы. Ингибирующее действие комбинации тяжелых металлов было сильнее, чем действие индивидуальных металлов. Через 90 сут. численность железоокисляющих микроорганизмов восстанавливалась до уровня контроля или превышала его. Через 210 сут. в микробоценозах отмечалось ингибирование развития железоокисляющих микроорганизмов или соответствие значению в контрольной почве.

почвенные микробоценозы, гетеротрофные, железоокисляющие микроорганизмы, тяжелые металлы

1. Бородина Н. А. Оценка техногенного загрязнения по содержанию кислоторастворимых форм тяжелых металлов в урбанизированных почвах города Свободного (Амурская область) // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2014. Т. 16, № 1. С. 1055 – 1058.

2. Будыкина Е. А. Переработка осадков сточных вод. М. : Креативная экономика, 2012. 188 с.

3. Водяницкий Ю. Н., Шоба С. А. Магнитная восприимчивость как индикатор загрязнения тяжелыми металлами городских почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2015. № 1. С. 13 – 20.

4. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочнодопустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве : Гигиенические нормативы. М. : Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.

5. Гончарук Е. А., Загоскина Н. В. Тяжелые металлы : поступление, токсичность и защитные механизмы растений (на примере ионов кадмия) // Вісн. Харківського національного аграрного університету. Сер. біологія. 2017. Вип. 1. С. 35 – 49.

6. Гузев В. С., Левин С. В. Техногенные изменения сообщества почвенных микроорганизмов // Перспективы развития почвенной биологии. 2001. № 5. С. 178 – 219.

7. Захарова Ю. Р., Парфенова В. В. Метод культивирования микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках оз. Байкал // Изв. РАН. Сер. Биол. 2007. № 3. C. 290 – 295.

8. Захарова Ю. Р., Парфенова В. В., Гранина Л. З., Кравченко О. С., Земская Т. И. Распределение культивируемых железо- и марганецокисляющих бактерий в донных осадках озера Байкал // Биология внутренних вод. 2010. № 4. С. 22 – 30.

9. Ильин В. Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск : Изд-во Сиб. отд-ния РАН, 2012. 218 с.

10. Касимов Н. С., Никифорова Е. М. Геохимия городов и городских ландшафтов / под ред. Н. С. Касимова, В. Н. Башкина, А. С. Курбатовой // Экология города. М. : Научный мир, 2004. С. 234 – 268.

11. Колесников С. И., Попович А. А., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения фтором, бором, селеном, мышьяком на биологические свойства чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2008. № 4. С. 448 – 453.

12. Колесников С. И., Пономарева С. В., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Ранжирование химических элементов по степени их экологической опасности для почвы // Докл. РАСХН. 2010. № 1. С. 27 – 29.

13. Куриленко В. В., Подлипский И. И., Осмоловская Н. Г. Эколого-геологическая и биогеохимическая оценка воздействия полигонов бытовых отходов на состояние окружающей среды // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 28 – 32.

14. Ларионов М. В. Особенности накопления техногенных тяжелых металлов в почвах городов Среднего и Нижнего Поволжья // Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 368. С. 189 – 194.

15. Марфенина О. Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М. : Медицина для всех, 2005. 196 с.

16. Небольсин А. Н., Небольсина З. П., Алексеев Ю. В., Яковлева Л. В. Известкование почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимия. 2004. № 3. С. 48 – 54.

17. Новоселова Е. И., Волкова О. О., Михайлова Е. И. Влияние кадмия и меди на активность гидролитических ферментов урбанозема // Вестн. Башк. ун-та. 2016. Т. 21, № 4. С. 940 – 942.

18. Пиневич А. В. Микробиология железа и марганца. СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005. 374 с.

19. Практикум по микробиологии / под ред. А. И. Нетрусова. М. : Академия, 2005. 608 с.

20. Серегина Ю. Ю., Семенова И. Н., Кужина Г. Ш. Комплексная оценка загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова прибрежной зоны р. Белая Белорецкого района Республики Башкортостан // Живые и биокосные системы. 2013. № 3. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-3/article-4 (дата обращения: 10.08.2019).

21. Скугорева С. Г., Ашихмина Т. Я., Фокина А. И., Лялина Е. И. Химические основы токсического действия тяжелых металлов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2016. № 1. С. 4 – 13.

22. Сорокин Н. Д., Гродницкая И. Д., Шапченкова О. А., Евграфова С. Ю. Экспериментальная оценка устойчивости почвенного микробоценоза при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 6. С. 701 – 707.

23. Степанова М. В., Еремейшвили А. В. Некоторые особенности миграции тяжелых металлов в системе «почва – растение – человек» // АгроЭкоИнфо. 2011. № 2. С. 1 – 10.

24. Фокина А. И., Ашихмина Т. Я., Домрачева Л. И., Горностаева Е. А., Огородникова С. Ю. Тяжелые металлы как фактор изменения метаболизма у микроорганизмов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 2. С. 5 – 17.

25. Abbas S. H., Ismail I. M., Mostafa T. M., Sulaymon A. H. Biosorption of Heavy Metals : A Review // J. of Chemical Science and Technology. 2014. Vol. 3. P. 74 – 102.

26. Abou-Shanab R. A., Ghozlan H., Ghanem K., Moawad H. Behaviour of bacterial populations isolated from rhizosphere of Diplachne fusca dominant in industrial sites // World J. of Microbiology and Biotechnology. 2005. Vol. 21, iss. 6–7. P. 1095 – 1101.

27. Friedlová M. The influence of heavy metals on soil biological and chemical properties // Soil and Water Research. 2010. Vol. 5, № 1. P. 21 – 27. DOI: https://doi.org/10.17221/11/2009-SWR Foght J., Aislabie J. Enumeration of soil microorganisms // Manual for soil analysis – monitoring and assessing soil bioremediation / eds. R. Margesin, F. Schinner. Berlin, Heidelberg : Springer-Verlag, 2005. P. 261 – 280.

28. Granina L. Z., Parfenova V. V., Zemskaya T. I., Zakharova Yu. R., Golobokova L. P. On iron and manganese oxidizing microorganisms in sedimentary redox cycling in lake Baikal // Berliner Palaobiologische Abhandlungen. 2003. Vol. 4. P. 121 – 128.

29. Hassan W., Akmal M., Muhammad I., Younas M., Zahaid K. R., Ali F. Response of soil microbial biomass and enzymes activity to cadmium (Cd) toxicity under different soil textures and incubation times // Australian J. of Crop Science. 2013. Vol. 7, № 5. P. 674 – 680.

30. Hemida S. K., Omar S. A., Abdel-Mallek A. Y. Microbial populations and enzyme activity in soil treated with heavy metals // Water, Air, Soil Pollut. 1997. Vol. 95, № 1 – 4. P. 13 – 22.

31. Joynt J., Bischoff M., Turco R., Konopka A., Nakatsu C. H. Microbial community analysis of soils contaminated with lead, chromium and petroleum hydrocarbons // Microbial Ecology. 2006. Vol. 51, № 2. Р. 209 – 219.

32. Murata T., Kanao-Koshikawa M., Takamatsu T. Effects of Pb, Cu, Sb, Zn and Ag contamination on the proliferation of soil bacterial colonies, soil dehydrogenase activity, and phospholipid fatty acid profiles of soil microbial communities // Water, Air, and Soil Pollution. 2005. Vol. 164. P. 103 – 118.

33. Ofoegbu C. J., Akubugwo E. I., Dike C. C., Maduka H. C. C., Ugwu C. E., Obasi N. A. Effects of heavy metals on soil enzymatic activities in the Ishiagu mining area of Ebonyi State-Nigeria // J. of Environmental Science, Toxicology and Food Technology. 2013. Vol. 5, № 6. P. 66 – 71.

34. Qianrui H., Xianfeng C., Wufu Q., Jun X., Shuran Y. Analysis on heavy metal distribution in overlying deposit and pollution characteristics in rivers around Dahongshan Fe&Cu mine in Yunnan Province, China // IOP Conference. Ser. Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 95, iss. 4. P. e042079. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/95/4/042079

35. Ruchita D., Wasiullah M., Deepti P., Kuppusamy S. B., Udai S., Asha S., Renu S. P., Bhanu R. P., Jai S. K., Pawan L., Harshad P. Diby Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: an overview of principles and criteria of fundamental processes // Sustainability. 2015. Vol. 7, iss. 2. Р. 2189 – 2212. DOI: https://doi.org/10.3390/su7022189

36. Sabrina H., Michael S., Johnson B. The iron-oxidizing proteobacteria // Microbiology. 2011. Vol. 157, iss. 6. P. 1551 – 1564. DOI: https://doi.org/10.1099/mic.0.045344-0

37. Shi Z. J., Lu Y., Xu Z. G., Fu S. L. Enzyme activities of urban soils under different land use in the Shenzhen city, China // Plant Soil and Environment. 2008. Vol. 54, № 8. P. 341–346.

38. Su C., Jiang L., Zhang W. A review on heavy metal contamination in the soil worldwide: Situation, impact and remediation techniques // Environmental Skeptics and Critics. 2014. Vol. 3, № 2. Р. 24 – 38.

39. Sumampouw O. J., Risjani Y. Bacteria as indicators of environmental pollution: Review // International J. of Ecosystems and Ecology Science. 2014. Vol. 4, № 6. Р. 251 – 258. DOI: https://doi.org/10.5923/j.ije.20140406.03

40. Terekhova V. A., Shitikov V. K., Ivanova A. E., Kydralieva K. A. Assessment of the ecological risk of technogenic soil pollution on the basis of the statistical distribution of the occurrence of micromycete species // Russ. J. Ecology. 2017. Vol. 48, № 5. P. 417 – 424. DOI: https://doi.org/10.1134/S1067413617050125

41. Vodyanitskii Yu. N. Contamination of Soils with Heavy Metals and Metalloids and Its Ecological Hazard (Analytic Review) // Eurasian Soil Science. 2013. Vol. 46, № 7. Р. 793–801. DOI:https://doi.org/10.1134/S1064229313050153