Эффективность применения биопрепаратов для восстановления плодородия техногенно-загрязненных почв

растений, почвенное плодородие и поддержание экологического равновесия в агроценозах.

В данной работе представлены результаты исследований по влиянию различных биопрепаратов на биологическую активность антропогенно-нарушенных почв и продуктивность сельскохозяйственных растений.

Исследования проводили в условиях модельного эксперимента и на полях кафедры ботаники, физиологии и селекции Башкирского государственного аграрного университета на образцах серой лесной почвы (гумус 4,54 %, pH водный –6,1; N общ. – 2507мг/кг): чистой (фоновой), загрязненной нефтью в различных концентрациях (5 и 10 % масс.) и подвергнутой биоремедиации. Для обработки почвы и/или семян нами были отобраны следующие биопрепараты:

• -    Белвитамил, являющийся активным илом очистных сооружений целлюлозно-бумажного производства. Содержит от 80 до 90% органических веществ (в т.ч. протеины, липиды, клетчатку) и от 7 до 12% минеральных элементов. Белвитамил представляет собой готовую смесь промышленной ассоциации аэробно-анаэробных микроорганизмов (сапротро-фы, аммонификаторы, нитрификаторы, целлюлозоразрушающие организмы, дрожжи и микромицеты) и относится к группе препаратов, стимулирующих развитие аборигенной углеводородокисляющей микробиоты [6]. Уг-леводородокисляющие микроорганизмы (УОМ) представлены, в основном, родами Arthrobacter , Bacillus , Candida , Desulfimbrio , Pseudomonas (всего 10 видов);

• -    Биопрепарат Ленойл состоит из консорциума микроорганизмов Bacillus brevis и Ar-throbacter species . Указанный консорциум выделен из серой лесной почвы, искусственно загрязненной дизельным топливом и поддерживается в коллекции микроорганизмов Института биологии Уфимского научного центра РАН, коллекционный номер ИБ ДТ 5. Биопрепарат, предназначенный для ликвидации последствий загрязнения окружающей среды нефтепродуктами, производства ГУП «Опытный завод АН РБ» совместно с Институтом Биологии УНЦ РАН [3];

• -    Метаболит Н1 представляет собой экстракт природных биологически активных веществ, который продуцирует гриб-эндофит Scopulariopsis acremonium (Delacr.) Vuill., выделенный из корней трехлетней облепихи и любезно предоставленный профессором Н.М. Нурмухаметовым (рабочая концентрация 0,001%-ный раствор) [5];

• -    Фитоспорин, основой которого являются живые клетки и споры (общий титр 10⁹ КОЕ/мл), а также экзогенные метаболиты штамма Bacillus subtilis 26Д, обладающего антагонистической активностью в отношении фитопатогенных микроорганизмов [7].

Биопрепараты Белвитамил и Ленойл вносили в нефтезагрязненную почву, а Фи-тоспорином и Метаболитом Н1 обрабатывали семена и 20-суточные проростки растений.

Состояние почвы оценивалось по изменению численности некоторых физиологических групп микроорганизмов и активности ферментов [8]. Численность микроорганизмов определяли по общепринятым методам посева на агаризированные среды [4]. Для оценки эффективность биоремедиации определяли содержание остаточных нефтепродуктов в почве [9]. Оценка продуктивности сельскохозяйственных растений проводилась на культурах пшеницы яровой, (Triticum aestivum L. сорт Жница) и сахарной свеклы ( Beta vulgaris L., сорт Милан). Статистическая обработка полученных результатов проведена с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0, а математическое моделирование – Mathematica 5.

В ходе лабораторного эксперимента было проведено исследование содержания остаточных нефтепродуктов в рекультивируемой почве. Через 6 месяцев инкубации в пробах с загрязнением нефтью в концентрации 5% произошло значительное разложение поллютанта (до 23% от первоначального содержания). При использовании Белвитамил и Ле-нойл за это же период времени содержание нефти в почве снизилось до 0,82 и 0,91 г/100г соответственно, а при 10%-ном загрязнении почвы внесение этих препаратов ускорило разложение поллютантов в 4,0-4,5 раза.

Для прогноза воздействия на процессы биоремедиации внесенных препаратов был проведен численный эксперимент с использованием системы уравнений, описанной в [1]. Экспериментальные данные подтвердили адекватность численных экспериментов. Внесение Ленойла и Белвитамила изменяло микробный фон почвы и стимулировало развитие углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ): показатели превышали контрольные значения на несколько порядков уже на третьи сутки проведения опыта. Такое резкое увеличение численности данной группы микроорганизмов способствовало ускорению разложения нефти в почве. Значительная стимуляция развития УОМ при внесении Ленойла происходила в результате их интродукции в составе самого препарата. В то же время популяционный «взрыв» привел к деградации среды, и при внесении Ленойла численность УОМ снова стала быстро снижаться (рис. 2). При внесении Белвитамила численность УОМ сохранялась на высоком уровне. При внесении в почву биодобавки (Белвитамил), вероятно, не только увеличивалась численность УОМ, но и расширился круг микроорганизмов-деструкторов, за счет включения микроорганизмов активного ила, способных к соокислению .

Нефтяное загрязнение почвы оказало негативное влияние на многие группы почвенных микроорганизмов. Внесение биопрепаратов нивелировало токсичность нефти для разных физиологических групп микроорганизмов (бактерий, использующих минеральные и органические формы азота, а также цел-люлозолитиков). Численность гетеротрофных микроорганизмов превышала контрольные показатели в результате интродукции микроорганизмов в составе препаратов. При 5% загрязнении численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, при внесении Ленойла достигала фонового значения. Однако при 10%-ном загрязнении почвы нефтью численность целлюлозолитиков даже при обработке биопрепаратом Белвитамил была значительно сниженной из-за токсического действия нефти (0,71*105 КОЕ/г почвы) в то время как в контроле этот показатель составлял 3,4105 КОЕ/г почвы). Обработка семян биопрепаратами Метаболит и Фитоспо-рин также оказало стимулирующее влияние на численность микроорганизмов различных физиологических групп в нефтезагрязненной почве. Численность целлюлозолитиков повышалось при обработке посевов биопрепаратом в эдафосфере: как в фоновой, так и нефтезагрязненной почве, что свидетельствует об интенсификации процессов разложения клетчатки и, в конечном счете, улучшении углеводного питания растений под влиянием метаболитов эндомикоризного гриба, входящих в состав биопрепарата.

время, мес.

Рис. Результаты моделирования биодеградации нефти (А) и численности УОМ (Б) в нефтезагрязненной почве при внесении Белвитамила (1) и Ленойла (2).

При изучении ферментативной активности почвы в качестве индикационного показателя нами была выбрана каталазная активность. Этот фермент является чувствительным и ингибируется при внесении поллютанта. Применяемые углеводородокисляющие препараты оказали положительное влияние на ферментативную активность, уровень которой значительно превышал соответствующий показатель в загрязненных образцах. Обработка семян сахарной свеклы биопрепаратом не дала однозначных результатов: активность каталазы в нефтезагрязненной почве с внесением биопрепарата сохранялась на низком уровне.

Также следует отметить, что нефтяное загрязнение негативно сказывалось на росте и развитии сельскохозяйственных растений. Можно отметить, что при загрязнении почвы нефтью происходила перестройка комплекса микромицетов, среди которых доминировали фитотоксичные виды [2]. В связи с этим необходимо изучать влияние биопрепаратов, основанных на микроорганизмах-антагонистах фитопатогенов, а также проводить оценку всех используемых биопрепаратов на продуктивность растений.

Обработка семян и проростков биопрепаратами Метаболит Н1 и Фитоспорин способствовала увеличению урожайности корнеплодов сахарной свеклы на 10-15% по сравнению с вариантом опыта без обработки. Одновременно увеличивалась сахаристость корнеплодов и их лежкость. Однако на нефтезагрязненной почве (5%) такого эффекта не наблюдалось. Для более полного восстановления биологической активности нефтезагрязненной почвы, очевидно, необходима неоднократная обработка посевов биопрепаратами Метаболит Н1 и Фитоспорин.

Нефтяное загрязнение почвы неблагоприятно сказалось на продуктивности пшеницы, выращиваемой на серой лесной почве. Урожайность растений значительно снизилась по сравнению с урожайностью растений, выращенных на почве контрольного варианта (табл.). Внесение препаратов не привело в полному восстановлению данного показателя, однако следует отметить положительную тенденцию, особенно при использовании Белви-тамила и Фитоспорина.

Таблица. Урожайность яровой пшеницы на почвах, загрязненных нефтью (5% масс.), ц/га

Выводы: внесение биопрепаратов в нефтезагрязненную почву способствовало возрастанию активности нефтеокисляющей микробиоты и стимулировало разложение нефти в почве, что ведет к восстановлению ее свойств, а так же к устойчивости растений к неблагоприятным факторам и повышению их продуктивности. Математическое моделирование показало целесообразность биологической очистки загрязненных почв внесением биостимуляторов (Белвитамила), способствующих созданию оптимальных условий для размножения и функционирования аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов.