251 влияние осадков сточных вод на почвенную

V международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 2009 г.
ВЛИЯНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА ПОЧВЕННУЮ МИКРОФЛОРУ
ЯРОВОГО РАПСА
Хидиятуллина А.Я., Дмитричева Д.С.
420059, Казань, ул. Оренбургский тракт, 20 а
ГУ «Татарский НИИ агрохимии и почвоведения РАСХН»
[email protected]
В данной статье представлены результаты влияния осадков сточных
вод на почвенную микрофлору ярового рапса.
С интенсификацией промышленного производства увеличиваются объемы
отходов в виде сточных вод и их осадков (ОСВ), представляющих собой многокомпонентную смесь веществ, преимущественно органического происхождения с
содержанием токсических элементов, болезнетворных бактерий и гельминтов.
Обработка, утилизация и размещение осадков является серьезной экологической
проблемой.
ОСВ имеют определенную ценность для сельскохозяйственного производства как органическое вещество, аккумулирующее большое количество элементов
питания растений, но содержащее значительное количество тяжелых металлов (ТМ)
и других токсикантов, ограничивающих их применение. Несмотря на это, осадки
сточных вод нашли применение в практике сельского хозяйства всего мира [7, 8].
Сравнительно небольшое количество работ затрагивает вопрос влияния
осадков на микробные сообщества почв, хотя очевидно, что любое загрязнение
почвы в первую очередь отражается на микробоценозе. Более того, именно микроорганизмы являются основными агентами, осуществляющими круговорот органогенных элементов, от интенсивности и направленности которого напрямую зависит почвенное плодородие.
Целью данной работы является изучение влияния осадков сточных вод на
почвенную микрофлору ярового рапса в условиях вегетационного опыта.
Материал и методы. Вегетационный опыт с яровым рапсом проводили по
следующей схеме:
1. Контроль без удобрений;
2. NPK – 100 мг/кг почвы – фон;
3. Фон + ОСВ-1 – по 10 г/кг почвы (25 т/га);
4. Фон + ОСВ-1 – по 20 г/кг почвы (50 т/га);
5. Фон + ОСВ-1 – по 30 г/кг почвы (75 т/га);
6. Фон + ОСВ-2 – по 10 г/кг почвы (25 т/га);
7. Фон + ОСВ-2 – по 10 г/кг почвы (50 т/га);
8. Фон + ОСВ-2 – по 10 г/кг почвы (75 т/га);
9. ОСВ-1 – по 20 г/кг почвы (50 т/га);
10.ОСВ-2 – по 20 г/кг почвы (50 т/га);
11.ОСВ-1 по 20 г/кг почвы + селекционные штаммы диазотрофных бактерий;
12.ОСВ-1 по 20 г/кг почвы + селекционные штаммы фосфатмобилизующих
микроорганизмов;
13.ОСВ-1 по 20 г/кг почвы + двойная инокуляция селекционными штаммами
диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов.
В вегетационном опыте было использовано два образца осадков сточных
вод – ОСВ-1 и ОСВ-2.
251
V международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 2009 г.
Серая лесная среднесуглинистая почва, использованная в вегетационном
опыте, характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса – 3,4%,
рНсол. – 4,83, гидролитическая кислотность – 3,40, сумма поглощенных оснований
– 19,0 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного фосфора (Р2О5) – 260 мг/кг,
обменного калия (К2О) – 172 мг/кг.
Содержание кислоторастворимых форм ТМ (мг/кг) в почве составило:
свинец – 0,07±0,01, кадмий – 0,023±0,009, цинк – 2,55±0,51, медь – 0,06±0,01,
никель – 0,33±0,10, хром - < 0,50, кобальт – 0,008±0,002, мышьяк – 0,016±0,006.
Количество микроорганизмов в средней почвенной пробе учитывали методом предельных разведений [3]. Комплексная микробиологическая оценка включала количественное определение активной биомассы микробоценоза:
 аэробные азотфиксаторы – на среде Эшби,
 фосфатрастворяющие – на среде Муромцева,
 денитрификаторы – на среде Гильтея,
 аммонификаторы – на мясо-пептонном агаре (МПА),
 минерализаторы – на крахмало-амиачном агаре (КАА);
 актиномицеты – на крахмало-амиачном агаре (КАА);
 микроскопические грибы – на среде Чапека [1; 4-6].
Результаты и обсуждение. Возможность применения ОСВ в качестве нетрадиционного удобрения зависит от двух характеристик осадков – содержания
органогенных элементов и токсичных соединений. Первая группа элементов традиционно приводит к увеличению биологической активности почв и, как следствие, к увеличению почвенной продуктивности. Наличие элементов и веществ
второй группы может обусловить негативный эффект в отношении растений за
счет ингибирования почвенных процессов. Присутствие в ОСВ токсикантов, в частности металлов, ограничивает их применение в качестве удобрения.
Исходя из вышесказанного, на первом этапе были определены агрохимические характеристики образцов ОСВ (табл.). Как видно из полученных результатов,
образец ОСВ-1 характеризовался высоким содержанием органического вещества,
азота и фосфора. Так, содержание органического вещества в 2,5 раза превышало
установленное минимальное значение, азота в 5,3 раза и фосфора в 2,0 раза. Таким образом, по агрохимическим показателям указанный осадок может быть использован в качестве удобрения.
Таблица – Агрохимические показатели ОСВ
Показатель
Содержание органического вещества, %
N общ., % на сухое вещество
Р2О5, % на сухое вещество
К2О, % на сухое вещество
N-NH4, % на сухое вещество
рН солевой с натуральной влажностью
Зольность, %
ОСВ-1
ОСВ-2
55,02
3,20
3,30
0,47
0,07
5,52
44,98
58,03
2,70
5,30
0,01
0,01
5,07
41,97
Приведенные данные свидетельствуют о том, что ОСВ-1 по указанным показателям приближаются к природным удобрениям, в частности, к навозу крупного
252
V международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 2009 г.
рогатого скота. Калий является единственным элементом питания, содержание которого в осадке уступало таковому в природных удобрениях.
Анализ образца ОСВ-2 показал, что по сравнению с ОСВ-1 в нем содержится чуть больше органического вещества (58,0%) и фосфора (5,3%). Меньше в составе ОСВ-2 оказалось азота, его содержание составило 2,7%. Таким образом, и
этот ОСВ по перечисленным показателям может быть использован в качестве
удобрения.
На следующем этапе было установлено содержание металлов в составе
ОСВ. В результате анализа выявлены следующие закономерности. Максимальное
содержание как в ОСВ-1, так и в ОСВ-2 установлено для цинка. Сравнение содержаний металлов в ОСВ-1 и ОСВ-2 свидетельствует о примерно одинаковом уровне
их загрязнения.
Содержание металлов является основанием для того, чтобы определить
направление дальнейшего использования ОСВ, так как по уровню содержания они
делятся на две группы. Предельное содержание металлов в ОСВ первой группы в
два раза меньше такового для ОСВ второй группы [2]. В связи с этим осадки группы I используют под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зеленных и земляники. Применение осадков группы II ограничено их использованием только под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические
культуры.
Оба исследованных нами образца осадков могли бы быть отнесены к осадкам группы I. Однако, наличие в них бактерий группы кишечной палочки (408 и
1000 клеток/г ОСВ-1 и ОСВ-2 соответственно) свидетельствует, что такое их количество позволяет отнести оба образца ОСВ только к группе II. На основании этого
можно заключить, что ОСВ-1 и ОСВ-2 могут быть использованы под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические культуры.
Анализ численности отдельных групп микроорганизмов в почвах, удобренных ОСВ и засеянных рапсом, производили один раз во время уборки урожая.
Внесение как ОСВ-1, так и ОСВ-2 привело к незначительному увеличению
численности гетеротрофных микроорганизмов. Этот результат не является случайным, поскольку в ОСВ присутствует большое количество органического вещества,
что и стимулирует рост гетеротрофов.
Аналогичный эффект был установлен при анализе численности актиномицетов. Рост представителей этой группы также стимулируется в присутствии органического вещества. Количество актиномицетов в вариантах 1 и 2 (контроль без удобрений и NPK-100 мг/кг почвы – фон) составило 0,9 и 1,1 млн. КОЕ/г. В 8 варианте
(фон + ОСВ-2 по 10 г/кг почвы) кратность превышения составила около 17 раз. Высокое превышение (в 6-9 раз) отмечено и в вариантах с внесением селекционных
штаммов микроорганизмов.
Внесение ОСВ не привело к увеличению численности микромицетов. Количество почвенных грибов в вариантах 2-14 варьировало на уровне 25,0 – 160,0 тыс.
КОЕ/г и было сопоставимо с контрольными вариантами (130,0 и 110,0 тыс. КОЕ/г).
При анализе численности бактерий, участвующих в круговороте азота,
было выявлено следующее. Внесение NPK увеличивало количество азотфиксаторов. Аналогичный эффект оказывало и внесение ОСВ. Максимальная числе нность диазотрофных микроорганизмов была отмечена в варианте 7 (фон +
ОСВ-2 по 10 г/кг почвы) и в вариантах с внесением селекционных штаммов
микроорганизмов (11-13). Следует отметить, что все опытные варианты демонстрировали большую численность азотфиксирующих микроорганизмов по сра внению с контрольными вариантами.
253
V международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 2009 г.
Интересны результаты, полученные при анализе денитрифицирующих микроорганизмов. Численность денитрификаторов в контрольном варианте составила
0,6 млн. КОЕ/г, внесение NPK снизило их численность до 0,25 млн. КОЕ/г. Все
опытные образцы продемонстрировали значительно меньшее количество микроорганизмов, осуществляющих восстановление нитратов, которое варьировало в интервале 0,025-0,25 млн. КОЕ/г.
Численность бактерий, использующих минеральные формы азота, незначительно различалась в опытных и контрольных вариантах. Исключение составляет 8 вариант (фон + ОСВ-2 по 10 г/кг почвы), численность в котором оказалась
в 10-11 раз выше контрольных вариантов.
При анализе фосфатрастворяющих микроорганизмов выявлено, что внесение ОСВ достоверно не повлияло на их количество. Так, если в контроле без удобрений и NPK-100 мг/кг почвы – фон (варианты 1 и 2), их численность составила
15,0 и 17,0 млн. КОЕ/г, то в опытных вариантах их количество варьировало в интервале 7,5-34,0 млн. КОЕ/г.
Заключение. Микробиологические исследования свидетельствуют о широком спектре ответных реакций различных эколого-трофических групп микроорганизмов на внесение ОСВ при возделывании рапса в условиях вегетационного опыта. В большинстве исследованных вариантов внесение ОСВ не приводило к ухудшению в состоянии микробного сообщества почв. При использовании специально
селекционированных штаммов азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих микроорганизмов наблюдалось некоторое улучшение состояния микробоценоза.
Благодарности. Работа проводилась под руководством доктора биологических наук, старшего научного сотрудника И.А. Дегтяревой и доктора биологических
наук, профессора С.Ю. Селивановской.
Литература
1. Аникиев, В.В. Руководство к практическим занятиям по микробиологии
/ В.В. Аникиев, К.А. Лукомская. – М.: Просвещение, 1977. – С. 108-113.
2. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений (принят и
введен в действие Постановлением Госстандарта РФ от 23.01.2001 N 30-ст)
3. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы / О.И. Колешко. – Лабораторный практикум. - Минск: Высшая школа, 1981. – 175 с.
4. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева.- М.: МГУ, 1991. – 304 с.
5. Семенов, С.М. Лабораторные среды для актиномицетов и грибов / С.М.
Семенов. – М.: Агропромиздат, 1990. – 240 с.
6. Сэги, Й. Методы почвенной микробиологии / Й. Сэги. – М.: Колос,
1983. – 284 с.
7. Rost, U. Effects of Zn enriched sewage sludge on microbial activities and
biomass in soil / U. Rost, R.G. Joergensen, K. Chander // Soil Biology and Biochemistry.
– 2001. – Vol.33. – P. 633-638.
8. Khan M. Effect of soil on microbial responses to metal contamination / M.
Khan, J. Scullion // Environmental Pollution. – 2000. – Vol.110. – P. 115-125.
254