4.5. Деградация микробиологических

свойств почв

Микроорганизмы почвы выполняют важнейшую роль в экосистемах Земли, что обусловлено высоким биогеохимическим эффектом их деятельности. По глобальности воздействия на биосферу значение почвенных микробиологических процессов может быть сопоставимо только с фотосинтезом [6, 8, 17]. Основные функции микроорганизмов в почве следующие:

- разложение остатков отмерших организмов;

-образование новых, характерных для почвы, гумусовых органических веществ, придающих почве специфические свойства;

- участие в круговороте важнейших биогенных (С, N, P, S, K) и других химических элементов (Fe, Mn);

- участие в разрушении и новообразовании минералов.

Микроорганизмы, входящие в состав почвенных ценозов, активно взаимодействуют с почвой. По этой причине все виды антропогенной деградации почв сказываются на их состоянии. Реакция микроорганизмов зависит от многих факторов: вида и интенсивности воздействия, вида микроорганизма, свойств почв и почвенных режимов. Реакция микробного сообщества выражается в изменении численности отдельных групп бактерий, видового состава, доминирующих видов, показателей их активности (дыхание, ферментативная активность).

Воздействие загрязняющих веществ может быть мощным непродолжительным (острым) и длительным с невысокой интенсивностью (хроническим). Реакция микроорганизмов в двух названных вариантах будет различной. При незначительном загрязнении реакцию микроорганизмов выявить трудно из-за высокой вариабельности функциональных показателей микробных ценозов. При более высокой степени загрязнения деградация четко проявляется в изменении структурных и функциональных параметров микробного сообщества.

Выявлены как общие, так и специфические черты ответной реакции почвенного микробоценоза на антропогенную дегрдацию почв [3, 17]. Во всех случаях отмечается снижение численности микроорганизмов, сокращение видового разнообразия, изменение видового состава, смена доминирующих видов, повышение доминирования толерантных видов, упрощение структуры микробного ценоза, увеличивается содержание токсиннобразующих, эпифитных и пигментированных видов. Возможно появление не типичных для данных почв форм. Отмечено также сближение видового состава микробных сообществ в различных почвах, подверженных загрязнению одного рода. Такие нарушения свидетельствуют о глубоком нарушении исходного состояния почв и образования на их основе почв с нетипичными для данного ландшафта свойствами. Об изменении структуры микробного комплекса свидетельствует снижение индекса Шеннона в 1–2 и более раз.

Такая трансформация микробиологических свойств является крайне опасным явлением, поскольку такие изменения неизбежно вызовут изменение состояния растений и населяющих почву животных. Влияние этих перестроек в микробном комплексе может затронуть и человека, поскольку некоторые патогенные и токсинообразующие виды могут быть устойчивы в условиях загрязнения.

Микроорганизмы различаются по их толерантности к загрязняющим веществам. Чувствительные и устойчивые виды есть как среди бактерий, так и среди грибов. Более устойчивы к загрязнению целлюлозолитические бактерии, эпифитные и пигментированные формы микроорганизмов. Среди пигментированных часто встречаются резистентные токсинообразователи, отрицательно влияющие на другие виды организмов, в том числе на растения. Чувствительными к загрязнению являются олигонитрофильные, аммонифицирующие бактерии, некоторые актиномицеты.

У почвенных грибов в загрязненных почвах наблюдается задержка и снижение уровня прорастания спор, замедляется рост колоний, снижается способность к размножению. Однако среди грибов есть и крайне устойчивые к различным антропогенным воздействиям [17].

При нарушении состояния почв происходит изменение показателей их ферментативной активности. Ферменты продуцируются всеми обитателями почвы, особенно активно – почвенным микробным комплексом. Ферменты входят в состав прижизненных выделений всех почвенных обитателей, а также могут переходить в состав почвы и после их гибели. Сохранению ферментов в почве способствует их закрепление на почвенных частицах – иммобилизация (Звягинцев). Весь ферментный комплекс почвы характеризует ее биологическую активность, которую можно разделить на актуальную (определяемую непосредственно в почвах) и потенциальную (определяемую в условиях лаборатории). В настоящее время известно около 1000 ферментов. Большая часть из них обнаруживается в почвах, но с диагностической целью используют около 8–9 из них. Чаще других определяют активность гидролаз (уреаза, протеаза, инвертаза, фосфатаза и др.) и оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа, полифенолоксидаза и др.). Специфичность реакции фермента на определенный вид загрязнения и сравнительная простота их определения позволяет достаточно точно и быстро проводить диагностику загрязнения. Ферментативная активность почв, наряду с содержанием гумуса и показателями дыхания почвы названы наиболее информативными диагностическими показателями.

В разных почвах эффект деградации микробиологических свойств различен. Реакция микробного комплекса почв в ответ на загрязнение проходит несколько стадий или зон – гомеостаза, стресса, резистентности и репрессии. Величина зоны гомеостаза почвенной микробной массы может служить мерой устойчивости почвы к конкретному виду антропогенной деградации почв. Так, в черноземе величина зоны гомеостаза на порядок выше, чем в дерново-подзолистой почве [8]. Состояние микробного комплекса является, с одной стороны, индикатором нарушений в загрязненных почвах, с другой стороны, показателем способности почв к восстановлению.