Денис ЗАХАРОВ, Максим ГАЧКОВ
Руководитель: Н.В. ПУХАЛЬСКАЯ
школа № 265 СВАО г. Москвы

Влияние растворов минеральных солей CuSO₄ и NaHCO₃ на микробиологическую активность почвы

Введение

Различные химические вещества, которыми пользуется человек для обеспечения благоприятных условий свой жизни, в целях научного прогресса и т.д., часто оказывают негативное влияние на сообщества организмов, окружающих человека. Поэтому экологическое равновесие, т.е. сохранение стабильности сложных биологических систем, может быть нарушено в результате деятельности человека. В этом случае следует говорить о нарушении экологии, или напряженности экологической обстановки (Одум, 1986).
В нашей работе мы изучали действие минеральных солей NaHCO₃ и CuSO₄ на состояние почвы, которое оценивали по целлюлозоразрушающей активности почвы. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы – важная часть экологической целостности почвы. Почвообразование невозможно без разрушения органических остатков (Берестецкий, 1984; Миронова, 1995).

Цель исследования: определить особенности влияния доз выбранных солей на микрофлору почвы.

Актуальность и новизна. Сульфат меди, обладающий токсическим действием на разные виды грибов, в сельском хозяйстве используют для борьбы с плесневыми грибами – фитопатогенами (грибами, повреждающими растения). Этот препарат разрешен для широкого применения даже в тепличном овощеводстве (Орехов, 1997). При опрыскивании растений раствором сульфата меди это вещество в больших количествах попадает в почву. Обычно влияние этого вещества на почву не рассматривается, т.е. считается, что его действие не может нарушить экологическое равновесие.
Пищевая сода не токсична для фитопатогенов (во всяком случае это вещество для борьбы с ними не используют). Однако существуют данные о том, что гидрокарбонат натрия составляет существенную долю загрязнения поверхности почв на обочинах дорог (80 см от края шоссе) (Филиппов и др., 2000). Можно ли сказать, что попадание его на поверхность почвы абсолютно безвредно?

Экспериментальная часть работы была проведена таким образом, чтобы можно было выбрать одну из следующих альтернатив:
– под влиянием низких концентраций изучаемых солей почвенные процессы изменяются несущественно;
– изменение почвенных процессов существенно и требует ответственного отношения человека к использованию указанных веществ.
Для этого необходимо было дать качественную и количественную оценку влияния сульфата меди и гидрокарбоната натрия на микробиологическую активность почвы.

Задачи исследования

1. Определить роль воды для развития целлюлозоразрушающей активности (ЦРА) почвы.
2. Оценить влияние NaHCO₃ и CuSO₄ на ЦРА почвы.
3. Оценить влияние доз NaHCO₃ и CuSO₄ на ЦРА.
4. Изучить влияние изучаемых солей на динамику развития ЦРА микроорганизмов в почве.
5. Определить влияние изучаемых солей на микробиологическую нецеллюлозоразрушающую активность почвы.

Основная часть

Методика лабораторных работ

Растворы сульфата меди и гидрокарбоната натрия различных молярных концентраций готовили заранее в школьной лаборатории. Для расчетов пользовались молярными концентрациями веществ (1 М = 1 гЧмоль/л). Каждой концентрации раствора было присвоено название соответствующей дозы:

Методика оценки ЦРА почвы

В керамические чашечки закладывали по 10 г почвы, на которую сверху помещали одинаковые кусочки фильтровальной бумаги. Каждые 2–3 дня почву поливали рабочими растворами, указанными в таблице 1, или чистой водой (рис. 1).

Рис. 1. Влияние воды на разрушение бумаги

Оценка ЦРА проводилась визуально по изменениям фильтровальной бумаги. Отмечали:

– цвет поверхности бумаги;
– дату появления плесени;
– характеристику плесневых процессов (цвет, скорость развития);
– скорость разрушения бумаги.

Методика оценки активности других (не целлюлозоразрушающих) микроорганизмов в почве

На питательной среде выращивались колонии микроорганизмов, оставшихся в почве после окончания опыта. В качестве питательной среды был выбран агар-агар, который в готовом виде в чашках Петри был предоставлен сотрудниками лаборатории Института общей генетики РАН. Для выращивания колоний можно использовать также и обычный мясной бульон, однако это менее удобно.
На поверхность питательной среды наносили каплю раствора, полученного разбавлением водой вытяжки из каждой чашки с почвой (рис. 2). Чашки Петри размещали в эксикаторах в школьной лаборатории. Развитие колоний происходило в течение 3 дней при температуре 23 °C. Оценка интенсивности развития микрофлоры заключалась в замерах площади чашки Петри, занятой колониями микроорганизмов.

Рис. 2. Схема определения активности почвенных микроорганизмов

Все опыты были проведены в трехкратной повторности.
При составлении схем опытов главным принципом был принцип единственного различия между вариантами, т.е. варианты различались только по одному фактору.

Результаты экспериментов

Влияние воды на целлюлозоразрушающую активность почвенной микрофлоры

Опыт состоял в определении скорости разрушения фильтровальной бумаги на поверхности дерново-подзолистой почвы. Для этого в керамические чашечки закладывали по 10 г почвы. Часть чашек (3 чашки) постоянно поливали, доводя почву до влажного состояния, а другую часть (также 3 чашки) не поливали. В течение всего опыта (4 недели) вели записи наблюдений за изменениями, происходящими на поверхности бумаги.
В чашках, которые поливали водой, наблюдалось активное развитие плесневых грибов уже на 4–7-й день. На 14-й день развивались различные группы плесневых целлюлозоразрушающих микроорганизмов; колонии имели различные цвета – от черного до розового. К концу опыта бумага с поверхности почвы исчезла.
В чашках, которые не поливались, процессов разрушения бумаги не наблюдалось.

Вывод. За три недели на поверхности увлажненной почвы фильтровальная бумага разлагалась полностью. Вода является необходимым фактором существования в почве микрофлоры, обладающей ЦРА.

Качественная и количественная характеристики влияния растворов сульфата меди и гидрокарбоната натрия на разрушающую активность почвы

Схема опыта

1 – контроль;
2 – NaHCO₃ – доза 1;
3 – NaHCO₃ – доза 2;
4 – NaHСO₃ – доза 3;
5 – CuSO₄ – доза 1;
6 – CuSO₄ – доза 2;
7 – CuSO₄ – доза 3.

Растворы исследуемых веществ изменяли разрушающую деятельность почвы. Сульфат меди оказался настолько токсичным для целлюлозоразрушающих организмов, что развития плесеней вообще не наблюдалось. В течение всего эксперимента бумага не разрушалась, хотя и находилась на поверхности влажной почвы (табл. 2).

На бумаге в вариантах с поливом растворами питьевой соды появились разрушающие процессы. Они шли намного медленнее, чем при поливе чистой водой, но шли. Бумага разрушалась по-другому, чем в контроле: она становилась сначала темно-коричневого цвета, а затем медленно разрушалась. А в контроле (вода) разрушение бумаги сопровождалось бурным развитие плесени (табл. 3).

Выводы

1. CuSO₄ подавляет почвенную ЦРА во всех исследованных дозах.
2. NaHCO₃ не препятствует развитию, но изменяет проявления ЦРА почвы: в отличие от контроля плесень не появляется, но бумага меняет цвет и структуру.
3. В присутсвии NaHCO₃ ЦРА почвы проявляется в побурением фильтровальной бумаги, причем с увеличением дозы NaHCO₃ интенсивность цвета увеличивалась.
4. Увеличение дозы NaHCO₃ способствует развитию одной (или нескольких) групп микроорганизмов, обладающих ЦРА.

Влияние растворов минеральных солей на общую микробиологическую активность почвы

При определениии площадей, занятых колониями в чашках Петри, засеянных микроорганизмами из почвенных вытяжек, оказалось, что активность микрофлоры в вытяжках из почвы, загрязненной сульфатом меди, выше, чем в вытяжках из почвы, загрязненной гидрокарбонатом натрия (рис. 3).

Этот результат на первый взгляд кажется удивительным. Однако загрязнители могут оказывать такое действие (например, эвтрофикация водоемов). Поэтому был сделан следующий вывод: в тех почвах, где данный фактор оказывает негативное влияние на какую-либо группу микроорганизмов, создаются благоприятные условия для более активного развития других микроорганизмов, на которые он не влияет.

Заключение

1. Вода является необходимым фактором для проявления целлюлозоразрушающей активности почвы. Подобная почвообразующая деятельность микроорганизмов очень важна и имеет большое экологическое значение.

2. Сульфат меди во всех исследованных концентрациях подавлял процессы разрушения бумаги, что позволяет говорить о подавлении активности группы целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

3. Гидрокарбонат натрия во всех изученных дозах оказывал существенное влияние на ход почвенных процессов. Он является неблагоприятным фактором для некоторых, но не для всех, групп целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

4. В тех почвах, где CuSO₄ оказывает негативное влияние на группу целлюлозоразрушающих микроорганизмов, создаются благоприятные условия для более активного развития других микроорганизмов, на которые не влияет.

5. Влияние сульфата меди и гидрокарбоната натрия на изученные почвенные процессы существенно, но в обоих случаях в почве остаются альтернативные группы микроорганизмов, для которых создаются тем более благоприятные условия, чем сильнее подавлялась активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

Литература

Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986.

Орехов Д.А., Карамышева О.П., Пеллипенко А.А., Морозов О.В. Список пестицидов, разрешенных к применению в РФ / Приложение к журналу «Защита и карантин растений» – М.: Колос. 1997, № 3.

Филиппов А.Л., Орлова Л.П. Миграция техногенных элементов в дерново-подзолистых почвах.

Боева А.И., Переславцев А.А. Влияние удобрений на почвенную микрофлору / Научные труды Воронежского сельскохозяйственного института. – 1974.

Берестецкий О.А. Биологические основы плодородия почвы. – М.: Колос. – 1984.

Миронова Т.А. Биоконверсия органических отходов – актуальная проблема в земледелии / Сб. научных трудов Красноярского региона. – 1995, № 3.