Изучение микробиома почвы на территории ядомогильника в Джизакской области Узбекистана

Аннотация

Обоснование. Полигон захоронения ядохимикатов в Джизакской области Республики Узбекистан, занимающий 12,7 гектаров площади, оказывает длительное техногенное воздействие на почвы, что приводит к нарушению их микробиологической и агрохимической структуры. Микроорганизмы и почвенные ферменты чувствительно реагируют на эти загрязнения, следовательно, их численность и активность служат надёжными биоиндикаторами экологического состояния почвенных ресурсов. Экспериментально было показано резкое снижение микробной численности, ферментативной активности и плодородия почв на исследованных загрязнённых участках, что подчёркивает необходимость биологической ремедиации и агрохимической коррекции для восстановления почвенного биоценоза и повышения устойчивости экосистем в целом.

Изучение микобиоту загрязненных почв пестицидам позволяют оценить и, направлено на оценку влияния этих химикатов на состав и функции почвенных микроорганизмов, что критически важно для поддержания здоровья почвы и экосистемы в целом. Такие исследования проводятся с использованием микробиологических, молекулярных методов, позволяющих выявить качественные и количественные показатели, метаболической активности бактерий, грибов и других почвенных организмов, а также оценить их роль в разложении пестицидов и влиянии на плодородие почвы. 

Цель. Оценка микробиологического, ферментативного и агрохимического состояния почв различных участков полигона ядохимикатов для выявления степени техногенного воздействия и необходимости проведения мероприятий по биологической ремедиации.

Материалы и методы. В ходе исследования были проанализированы 5 почвенных образцов, отобранных в различных участках полигона и прилегающей территории. Для микробиологического анализа из образцов готовили водные суспензии (10 г/100 мл), которые инкубировали при 30 °С в течение 24 часов. Микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты) культивировали на элективных питательных средах (нутриент агар (NA) и среда Сабуро (Hi Media), среда Чапека) при разведениях почвенной суспензии 10¹–10⁷. Рост колоний каждого класса микроорганизмов фиксировали каждые 12 часов с определением их численности и морфологии.

Физические свойства почв (сыпучесть, осаждаемость, однородность, цвет) оценивались визуально. Контрольным образцом служила почва из дендропарковой зоны Института микробиологии АН РУз (Ташкент).

Ферментативную активность почвенных образцов (каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, инвертазы) определяли газометрическим и колориметрическим методами по стандартным протоколам (1, c 41; 14).

Агрохимические показатели (pH, гумус, доступные формы фосфора, калия, обменные катионы, степень засоления) определялись по ГОСТам и методическим указаниям (Ташкент, 2005), с использованием потенциометрии, колориметрии, фотометрии и гравиметрического анализа.

Результаты. Микробиологический анализ показал значительное снижение общей численности бактерий, грибов и актиномицетов в почвах полигона по сравнению с контрольной пробой (4905 × 10⁵ КОЕ/г). Минимальные значения зафиксированы в центральной части полигона (25 × 10⁵ КОЕ/г), что связано с неблагоприятными физико-химическими свойствами почв. Почва восточной части показала большую численность (118 × 10⁵ КОЕ/г), среди всех загрязнённых участков, из которых количество бактерий – 113 × 10⁵, грибов – 2 × 10⁵, актиномицетов – 3 × 10⁵), однако, физическое состояние этой почвы свидетельствует о нарушении почвенной структуры. Почвы западной и северной части содержали низкую численность бактерий (36 × 10⁵ и 43 × 10⁵ КОЕ/г соответственно), на расстоянии 2 км от полигона число бактерий составила (40 × 10⁵ КОЕ/г), актиномицетов -1, грибы вовсе не были обнаружены, что указывает на длительное влияние загрязнений за пределами полигона.

Ферментативная активность почвы (каталаза, полифенолоксидаза, пероксидаза, инвертаза) также была значительно снижена во всех загрязнённых участках полигона, что свидетельствует о нарушении метаболических процессов в микробном сообществе. Пероксидазная активность больше обнаружена в центре полигона и северной части, полифенолоксидаза демонстрирует аналогичное угнетение – от 2,4 до 4,3 мг _бензох/20 г·4 ч по сравнению с контрольным вариантом 6,8 ПФО – 6,8 мг _бензох/20 г_почвы/4ч. Особенно низкие значения отмечены в центре полигона (2,4 мг _бензох/20 г_почвы/4ч) и на севере (3,0 ПФО – 6,8 мг _бензох/20 г_почвы/4ч), что может свидетельствовать о нарушении метаболизма ароматических соединений фенольной природы почвенной микробиоты. Также, инвертазная активность оказалась существенно низкой в северной части полигона, что свидетельствует о резком снижении углеводного обмена в почве и, вероятно, о дефиците количества активных сапротрофов. В образце 2,0 км от полигона, наблюдается увеличение ферментативной активности.

Агрохимический анализ выявил, что почва южной и западной части содержит больше гумуса, углерода, но испытывают дефицит калия. Восточная, северная части обеднены по всем показателям: N-NO₃ (22,9–69,7 мг/кг), подвижная форма P₂O₅ (18,0–34,0 мг/кг) и калия K₂O (252,8–409,4 мг/кг). Наилучшие показатели выявлены в южной, наихудшие – в восточной и северной частях полигона.

Заключение. Проведённое исследование выявило выраженное техногенное угнетение микробиологической, ферментативной активности и агрохимической структуры почв на территории полигона захоронения ядохимикатов. Наиболее деградированы северная, восточная и центральные зоны. Южная и западная части сохранили частичный потенциал, но требуют коррекции. Полученные данные подтверждают необходимость срочных мер по биоремедиации и агрохимическому восстановлению загрязнённых почв.

Установлено, что число почвенных микроорганизмов и активности ферментов может служить чувствительным биоиндикатором экологического состояния почв могильника ядовитых веществ Форишского района Джизакской области. Выявленные изменения указывают на выраженное техногенное угнетение ферментативной системы микробного сообщества полигона. Это подчёркивает актуальность проведения мероприятий по биологической биоремедиации, включая восстановление численности микробного сообщества и ферментативного потенциала, как важного показателя устойчивости почвенных экосистем.