Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические последствия загрязнения чернозема антибиотиками. Монография
.pdf
21
веществ, следует считать их действие на микробный метаболизм пище-
вого тракта животных. Но эффективность антибиотиков и других мик-
робных продуктов метаболизма обусловлена особыми веществами роста,
или стимуляторами. Применение антибиотиков в животноводстве неук-
лонно расширяется (Навашин, Фомина, 1982).
1.4. Последствия применения антибиотиков в сельском
хозяйстве
Тонны фармакологически активных веществ, используются ежегод-
но человеком для лечения животных и профилактики болезней (Diaz–
Cruz et al., 2006). После лечения, большинство антибиотиков выводится
из организма, либо в неизменным виде, либо в виде метаболитов, мно-
гие из них все еще являются биологически активными (Sarmah et al.,
2006). Очевидно, это делает их потенциально опасными для бактерий и
других организмов в окружающей среде (Baguer 2000). Доминирующий
путь попадания антибиотиков в почву, осуществляется через примене-
ние навоза на сельскохозяйственных землях в качестве удобрения
(Jorgensen, Halling–Sorensen, 2000; Golet et al., 2003; Kemper, 2008). Ан-
тибиотики могут попадать в сельскохозяйственные угодья посредством
орошения, так как они часто обнаруживаются в сточных водах (Renew,
Huang, 2004; Gulkowska et al., 2008).
В отличие от пестицидов, используемых в сельском хозяйстве, анти-
биотики не вызвали особого внимания как потенциальные загрязнители,
до недавнего времени. Бактериальная резистентность является большой
проблемой с точки зрения здоровья человека и животных. Однако эко-
22
токсичность антибиотиков в окружающей среде мало изучена (Rooklidge,
2004).
Испытания прорастания семян показали, что антибиотики могут от-
рицательно влиять на прорастание семян растений, но эффект зависит
от вида растений, а также типов антибиотиков, используемых в исследо-
вании. Установлено, что тетрациклины и сульфаниламиды более токсич-
ны для семян риса, в то время как тилозин и триметоприм менее токсич-
ны для семян огурца. Так же сульфаниламидыи триметоприм оказывают
значительное влияние на дыхание почв и активность фосфатазы, значи-
тельно уменьшая их (Feng et al., 2009).
Антибиотики, используемые в животноводстве лишь частично мета-
болизируются, а затем сбрасываются вместе с экскрементами в воды или
почвы (Dolliver, Gupta, 2008). Количество антибиотиков используемых в
сельском хозяйстве ниже, по сравнению с ветеринарной медициной и
животноводством (McManus et al., 2002). Чтобы смягчить эффекты вы-
пускаемых антибиотиков для человека и окружающей среды, а так же
для предотвращения появления устойчивости у патогенов Европейский
союз запретил выпуск антибиотиков, которые играют важную роль в ме-
дицине, в животноводстве для стимулирования роста, еще в 1998 году.
Cabello (2006) сообщил, что в 2006 году в Чили, статистические дан-
ные свидетельствовали о том , что ежегодно 10–12 тонн хинолонов ис-
пользуются в медицине и около 100–110 тонн этих антибиотиков исполь-
зуются в ветеринарии.
23
В Международной Федерации по охране здоровья животных в Евро-
пе (www.fedesa.ru) говорится, что между 1997 и 1999 гг., общий объем
производства антибиотиков увеличился на 10%, с 12 752 до 13 216 т.
Использование препаратов для ветеринарной терапии увеличилась с
27,5% до 29%. Так же ученые обратили внимание на тот факт, что ис-
пользование антибиотиков в животноводстве и сельском хозяйстве в во-
семь раз выше, чем для терапии человека (Mellon et al., 2001).
Различия в оценках и отсутствие достоверной информации по по-
треблению антибиотиков в большинстве стран, не предоставляет воз-
можности представить глобальную картину потребления антибиотиков
во всем мире. Выявлено, что антибиотики, попавшие в почвы или воды,
могут изменить состав и деятельность микробиоты. Изменения в бакте-
риальном населении почв связаны с появлением устойчивых мутантов к
действию антибиотиков (Cordova–Kreylos, Scow, 2007). Так же при при-
менении антибиотиков происходит изменение активности микробных по-
пуляций.
Установлено, что загрязнение почв навозом с сульфадиазином сни-
жает микробную активность, в основном, оказывая влияние на процессы
нитрификации и денитрификации. Очистка сточных вод и экскрементов,
содержащих антибиотики должна быть реализована до их освобождения
в природные экосистемы или использования в качестве органических
удобрений в сельском хозяйстве, потому что антибиотики, присутствую-
щие в навозе, неизбежно попадают в почвe и воды. Хлорирование воды
24
помогает уменьшить концентрацию антибиотиков, особенно таких как
бета–лактамы или триметоприм (Dodd, Huang, 2007).
Многие факторы влияют на распределение антибиотиков в почвах.
Деградация, выщелачивание, поглощение корнями растений являются
основными причинами, снижающими количество антибиотиков в почвах.
Расчеты показали, что тетрациклины характеризуются самой высокой
скоростью накопления в почве, а затем сульфаниламиды и хинолоны.
Концентрации линкомицина и хлорамфеникола также высоки (Xiangang
et al., 2010). Кроме того, было показано, что эритромицин, алеандоми-
цин, тилозин, а так же полиэфирны еантибиотики, хорошо разлагаются в
почвах, в естественных условиях. Тем не менее, их метаболиты сохра-
няются. Так же установлено, что тилозин, эритромицин и полиэфирные
антибиотики оказывают меньшее воздействие на почву, чем сульфани-
ламиды и тетрациклин (Michael, Bester, 2006). Однократное применение
антибиотиков в сочетании с навозом приводит к незначительному сдвигу
в структуре почвенных сообществ. Однако многократное применение ан-
тибиотиков и навоза в сельскохозяйственной практике может повлиять
на адаптивные механизмы почвенной микробиоты (Hammesfahr et al.,
2008).
На сегодняшний день, научный интерес, с одной стороны, сосредо-
точился на изучении поведения антибиотиков и их судьбы в окружаю-
щей среде, с другой стороны, на их влиянии на другие организмы. Неко-
торые антибиотики сохраняются долгое время в окружающей среде,
особенно в почве, а другие очень быстро деградируют (Kemper, 2008).
25
Такая нагрузка антибиотиков, рассеянных в окружающей среде может
иметь важные последствия для экосистем и здоровья человека, возмож-
но, способствуя увеличению аллергии у людей и распространению ус-
тойчивых к антибиотикам бактерий.
Продолжительное воздействие антибиотиков может увеличить отбор
устойчивых штаммов бактерий в окружающей среде (Kummerer, 2004).
Установлена бактериальная резистентность микроорганизмов сточных
(Iversen et al., 2002), поверхностных вод (Ash 2002) питьевой воды
(Schwartz et al., 2003), почвы (Burgos et al., 2005).
Анализ группы антибиотиков, в том числе наиболее часто назначае-
мых, таких как пенициллины, хинолоны, макролиды, гликопептиды и т.д.
в северной части Италии, показали, что эти антибиотики, в частности,
макролиды и хинолоны, являются широко распространенными загрязни-
телями окружающей среды (Zuccato et. al, 2010).
Многие исследования проводятся по изучению влияния антибиотиков на
почвенную фауну. Показано, что окситетрациклин и тилозин оказывают
отрицательное действие на дождевых червей, ногохвосток и энхитреид,
угнетая их жизнедеятельность (Baguer и et. al, 2000).
Тетрациклины – самые широко используемые антибиотики, как в
сельском хозяйстве, так и в животноводстве. Установлено, что не только
сами тетрациклин токсичны для почвенных микроорганизмов, но и про-
дукты их распада (Halling–Sorensen, 2002). Поскольку большинство анти-
биотиков растворимы в воде, то до 90% одной дозы может быть выде-
лено с мочей и до 75% с калом животных. По данным недавнего иссле-
26
дования, овцы выделяют почти 21% пероральной дозы окситетрацикли-
на, молодые самцы выделяют от 17 до 75% окситетрациклина как ис-
ходное соединение (Halling–Sorensen, 2002).
Группа американских микробиологов с факультета генетики Гар-
вардской медицинской школы (США) работали с образцами почв из раз-
личных природных и городских ландшафтов. Авторы отмечают, что эко-
логическая роль антибиотиков в природе до сих пор не ясна. Термино-
логия покрывает только одну из многочисленных функций природных
антибиотиков – «против жизни», но в действительности их функции мо-
гут быть существенно разнообразнее (Dantas, 2008).
На основании всех проведенных ранее исследованиях, можно за-
ключить, что циклические применения навоза в одном и том же месте
могут привести к непрерывным, губительным воздействиям напочвен-
ных микроорганизмов, а так же возникновению резистентности у пато-
генов.
27
ГЛАВА 2. ЧЕРНОЗЕМ ОБЫКНОВЕННЫЙ ЮЖНО–ЕВРОПЕЙСКОЙ
ФАЦИИ
Объектом исследования был чернозем обыкновенный южно–
европейской фации карбонатный мощный слабогумусированный тяжелосуглинистый на желто–бурых и лессовидных суглинках Ботанического
сада Южного федерального университета. Исследуемый тип почв был
выбран в связи с тем, что черноземы составляют большую часть почвенного покрова юга России и имеют особое значение в продовольственном
обеспечении страны (Вальков и др., 2008).
Черноземная зона – важнейший земледельческий район страны. Половина пахотных почв представлена черноземами. Здесь выращивают
зерновые, технические и масличные культуры: озимую и яровую пшеницы и т.п. Это районы широко развитого животноводства и плодоводства.
Черноземы занимают следующую долю в общей структуре земельных
угодий нашей страны: пахотные почвы – 50%, сенокосы – 15%, пастбища и выгоны – 5%, леса и кустарники – 0,6% (Добровольский, 1999).
Важнейшая задача сельскохозяйственного производства на черноземных почвах – правильное использование их высокого потенциального
плодородия, предохранение гумусового слоя от разрушения. Основные
пути в решении этой задачи – рациональные приемы обработки, накопления и правильного расходования влаги, внесение удобрений, улучшение структуры посевных площадей, введение высокоурожайных культур
и сортов, борьба с эрозией (Вальков, 2008).
Черноземы южно–европейской фации являются отражением теневого
эффекта Кавказских гор. Это – особая зональность на равнинах, не входящая в систему горной зональности и не подчиняющаяся закономерностям широтной зональности, однако обусловленная присутствием горных
систем. Почвенные зоны теневого эффекта формируются в условиях
усиленной конденсации атмосферной влаги, как это характерно для Се-
28
Название почв
Глубина нижней границы
почвенных горизонтов,
см
Вскипание,
см
Верхняя граница появления но-
вообразований, см
А
пах А AВ1 АВ2
ВС
CaCO
3
CaSO4
плесень
белоглазка
Черноземы предкавказские глинистые и тяжелосуглинистые
Черноземы карбонатные
сверхмощные
27
58
90
129
148 0 74
145
300
Черноземы карбонатные мощные
28
49
73
101
120 0 61
121
300(235)
Черноземы североприазовские глинистые и тяжелосуглинистые
Черноземы
мощные
27
42
68
91
109
62
70
110
300(230)
Черноземы карбонатные мощные
27
43
65
90
106 0 60
107
300(220)
Черноземы
среднемощные
27
38
56
75
94
52
59
95
250(220)
Черноземы карбонатные среднемощные
27
36
54
73
92 0 58
93
250(220)
верного Кавказа, или, наоборот, с ее подавлением в связи с горно–
континентальным перегревом воздушных масс. Своеобразие черноземов
Предкавказья впервые отметил В. В. Докучаев. Во время своих знаменитых путешествий по России он изучил черноземы в районе Новочеркасска и Чалтыря. Опубликованные описания почв и аналитические материалы сейчас часто используются при ретроспективном анализе черноземообразования и антропогенеза черноземов.
2.1. Генетический профиль и морфологические признаки
Морфологические признаки черноземов обыкновенных южно–
европейской фации обобщены в табл. 1 и рис. 1.
Таблица 1 – Морфологические признаки черноземов обыкновенных
южно–европейской фации (по Безугловой и Хырхыровой, 2008)
29
Рис. 1 Черноземы обыкновенные южно–европейской фации
Черноземы предкавказские в подавляющем большинстве относятся
к ряду карбонатных почв, т.е. содержащих в горизонте А CaCO3, тем бо-
лее все эродированные и дефлированные почвы всегда карбонатны. По-
ниженное вскипание в подзоне предкавказских черноземов – явление не
типичное, не зональное, а обусловленное местной спецификой геомор-
фологии, вызывающей повышенное увлажнение.
Североприазовские черноземы, в отличие от предкавказских, пред-
ставляют роды и выщелоченных почв с глубиной начала карбонатности
40–50 см, но при безусловном преобладании карбонатных родов. Важ-
нейшим морфологическим признаком фациальной значимости является
наличие карбонатных новообразований в форме плесени с глубины
средней части переходного гумусового горизонта AB.
30
Черноземы предкавказские по мощности гумусового горизонта A+AB
относятся к видам мощных и сверхмощных почв, но без резких различий,
на переходе от мощных видов (80–120 см) к сверхмощным (более 120
см). Эродированность и дефлированность, а также исключительное рас-
положение почв на крутых склонах может представлять виды средне-
мощных черноземов (60–90 см). У североприазовских черноземов пони-
жена мощность гумусового профиля, и виды сверхмощных почв не
встречаются.
Микроморфология
черноземов Предкавказья отличается следующи-
ми чертами (Соляник, 2002). Микросложение почвенной массы горизонта
А представляет собой агрегаты простого строения, напоминающие
фрагменты величиной 1–10 мм2, периферия которых расчленена круп-
ными порами и, в меньшей степени, трещинами на «сегменты». «Сег-
менты» обычно не отделены от основного агрегата и имеют размеры
0,1–1,0 мм2. Края агрегата обычно гладкие, округлой, реже ломаной
формы. Порозность средней части агрегатов в несколько раз меньше,
чем по их краям. Межагрегатные поры в значительной части крупные
(более 100 мк), часто меняющие направления. Трещины обычно средней
величины (30–100 мк), ломаной пли ровной формы, глубоко пронизы-
вающие или расчленяющие агрегаты на «сегменты».
В горизонте В1 микросложение в общих чертах остается прежним, но
появляются зоны площадью 3–7 мм с скоагулированной почвенной мас-
сой и типичными овальными агрегатами величиной 100–500 мк. Здесь
преобладают средние и мелкие поры (меньше 100 мк), инкрустирован-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]