Агроэкология. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Bacillus megaterium 501RIF как антидот гербицида прометрина в посевах овса и кукурузы
Статья научная
Использование гербицида прометрина - 4,6-бис-(изопропиламино)-2-метилтио-1,3,5-триазина для борьбы с сорняками на посевах сельскохозяйственных культур приводит к возникновению ряда агротехнологических и экологических проблем в связи с его относительно высокой персистентностью в окружающей среде. Предпринимаются попытки использовать для биоремедиации почв микроорганизмы. Особый интерес представляют споровые бактерии Bacillus megaterium , продуцирующие ряд физиологически активных веществ, повышающие эффективность фотосинтеза, стимулирующие рост и формирование генеративных органов растений, а также утилизирующие некоторые пестициды. В настоящей работе впервые показано, что культура B. megaterium 501rif снижает фитотоксичность гербицида и разлагает его в ризосфере овса и кукурузы. Целью работы было изучение приживаемости культуры Bacillus megaterium 501rif в ризосфере овса и кукурузы, оценка ее влияния на устойчивость растений к прометрину и эффективность разложения этого гербицида в почве. B. megaterium 501rif - мутант, устойчивый к антибиотику рифампицину, получен методом градиентного отбора из исходного штамма, выделенного нами из чернозема обыкновенного (Кокчетавская обл., Казахстан). Для проведения вегетационных опытов B. megaterium 501rif выращивали на ротационной качалке в течение 48 ч при 30 °С и 140 об/мин. Титр бактерий составлял 5½108 КОЕ/мл и включал не менее 90 % вегетативных клеток. Семена овса посевного ( Avena sativa L.) сорта Победа и кукурузы ( Zeal mays L.) сорта Росс 199 Мв инокулировали 2-суточной жидкой культурой B. megaterium 501rif, после чего высаживали в вегетационные сосуды объемом 2,0 кг. Почва - дерново-подзолистая, среднесуглинистая, c содержанием органического вещества 2,3 %, рНсол. 5,8. Гербицид прометрин в виде водной суспензии смачивающегося порошка («Panama Agrochemical Inc.», Панама) вносили в количестве 0,12; 0,22; 0,67 и 1,23 мг/кг в опыте с овсом и 3,4; 6,8 и 20,4 мг/кг в опыте с кукурузой. В последнем случае дополнительно был введен вариант с парующей почвой, содержащей прометрин (6,8 мг/кг). Контролем служили аналогичные варианты без инокуляции. Растения выращивали в световой камере Фитос-4 (ФГУП «Фитос», Россия) при температуре 22-25 °С. Сухую биомассу растений, содержание прометрина в почве и численность бактерий в ризосфере учитывали через 30 сут после появления всходов. Полевой опыт проводили в 2010 году на опытном поле Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин, Ленинградская обл.). Почва - дерново-подзолистая среднесуглинистая, с содержанием органического углерода 2,3 %, рН 5,6. Гербицид прометрин вносился в верхний слой почвы на глубину 0-10 см в дозе 500 мг/м2, что соответствует 1,5 мг/кг. Семена кукурузы сорта Росс 199 Мв перед посевом инокулировали жидкой культурой B. megaterium 501rif с титром 5½108 КОЕ/мл. В контрольном варианте инокуляцию не проводили. Наземную массу растений и содержание гербицида в почве определяли спустя 30 сут после появления всходов. Бацилла B. megaterium 501rif хорошо приживалась в ризосфере овса и кукурузы. Численность бактерий составляла от 300 до 500 тыс. КОЕ/г почвы, причем от 58 до 80 % бактерий находилось в виде физиологически активных вегетативных клеток. При инокуляции культурой B. megaterium 501rif биомасса овса в варианте без гербицида возрастала на 11 %, кукурузы - на 20 %. Эффективность инокуляции увеличивалась на фоне прометрина. Существенно повышалась устойчивость растений к гербициду, содержание прометрина в почве под овсом снижалось в 2-3 раза, под кукурузой - в 20 раз. В полевых опытах через 30 сут после появления всходов масса растений кукурузы в контроле составляла 257±15 г/м2, при инокуляции B. megaterium 501rif - 287±20 г/м2. Содержание гербицида в почве в варианте с инокуляцией уменьшалось почти в 3 раза по сравнению с контролем (0,15±0,03 против 0,4
Бесплатно
Методология оценки рисков для агроэкосистем в условиях техногенного загрязнения
Статья научная
В настоящее время перед мировым научным сообществом стоит задача выявления и минимизации экологических рисков, связанных с влиянием на экосистемы, в особенности аграрные, антропогенных факторов (А.А. Музалевскиий с соавт., 2011). Основополагающая роль оценки экологического риска заключается в определении вероятности возникновения эффектов различной природы в экосистемах в результате влияния техногенных (радиационные, химические, биологические) факторов и принятии мер по предотвращению их негативного воздействия. Наиболее часто источниками загрязнения агроэкосистем становятся: аэральные выпадения от выбросов промышленных предприятий и транспорта, загрязнение водоемов промышленными сточными водами, осадки сточных вод, органические и минеральные удобрения и средства защиты растений, отвалы золы, шлака, руд, шламов (S.C. Barman с соавт., 2000; Yu.N. Vodyanitskii с соавт., 2011; E.C. Rowe с соавт., 2015). Как правило, риски при этом оцениваются ситуативно, а используемые методы применимы для конкретного фактора (агента), действующего в анализируемом случае, и объекта его воздействия. Целью представленного теоретического исследования была разработка единой методологии оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями техногенного загрязнения. В предлагаемой методологии использовано математическое моделирование. Ее основу составляют принципы и критерии минимизации угроз безопасности при техногенных загрязнениях аграрных экосистем. В качестве главного источника техногенного воздействия рассматривается атмосферный путь поступления загрязнителей, при этом учитывается различный временной характер такого воздействия - от острого (включая аварийные чрезвычайные ситуации) до хронического. Для определения агроэкологических рисков в качестве критерия предложена оценка снижения продуктивности компонентов агроэкосистемы как важнейшего интегрального показателя развития живых организмов. Методология состоит из четырех этапов оценки агроэкологических рисков: идентификация опасности - обобщение доступной информации об агроэкосистеме, установление источников техногенного воздействия и их природы, выделение «критических» компонентов агроэкосистемы; оценка воздействия - измерение или расчет интенсивности и продолжительности, а также путей воздействия техногенных факторов на компоненты агроэкосистемы; оценка зависимости «доза-эффект» - определение количественной связи между степенью воздействия техногенных факторов на компоненты агроэкосистемы и вероятностью возникновения в них негативных эффектов; характеристика риска - анализ степени надежности полученных данных, описание рисков от отдельных техногенных факторов и их сочетаний, а также оценка вероятности возможных неблагоприятных эффектов для компонентов агроэкосистемы. Обоснован выбор метода оценки агроэкологических рисков (детерминистский, вероятностные 1-го и 2-го типа, интегральный вероятностный) в зависимости от степени информационного обеспечения показателей, включая критерии оценки риска и степень техногенного воздействия. При характеристике риска осуществляется его классификация и оценка соответствия приемлемому экологическому уровню (использование величин предельно допустимых концентраций и полулетальных доз). В рамках каждого этапа учитываются неопределенности при оценке агроэкологических рисков. Предложен алгоритм реализации методологии оценки агроэкологических рисков: 1 - анализ базы данных и формирование выборок, включающих значения рассматриваемых негативных эффектов при различной степени техногенного воздействия; 2 - определение метеорологических параметров модели поведения загрязнителей в атмосфере для конкретных условий выброса; 3 - определение величины осаждения загрязняющих веществ на земную поверхность расчетными или экспериментальными методами в зависимости от особенностей техногенного воздействия; 4 - определение величины загрязнения радионуклидами или химическими токсикантами компонентов агроэкосистемы расчетными или экспериментальными методами; 5 - расчет или измерение степени воздействия радионуклидов или химических токсикантов на компоненты агроэкосистемы. Предложенные подходы к разработке моделей, необходимых для оценки агроэкологического риска, применимы для решения широкого класса экологических задач.
Бесплатно
