Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ПЕСТИЦИДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПОД ХЛОПЧАТНИК, НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ СЕРО-БУРЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ СЕВЕРНОГО ТАДЖИКИСТАНА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПЕСТИЦИДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПОД ХЛОПЧАТНИК, НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ СЕРО-БУРЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ СЕВЕРНОГО ТАДЖИКИСТАНА"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

ВЛИЯНИЕ ПЕСТИЦИДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПОД ХЛОПЧАТНИК, НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ СЕРО-БУРЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ СЕВЕРНОГО ТАДЖИКИСТАНА

•у На правах рукописи

ХАМ ИДО В А Муаззам Джалоловна

УДК 631.468: 577.15 :в32.»5{575.3)

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1983

у? ■

с^". /'.«л ? t.e i i/.*^

'S

(

Работа выполнена в Таджикском научно-исследовательском институте почвоведения и на кафедре микробиологии Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В. Т. Емцев.

Официальные оппоненты — С. В. Летунова — доктор биологических наук, старший научный сотрудник, А. К. Миненко— кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

Ведущее учреждение ,— Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны природы и заповедного дела МСХ СССР.

Заш.ита диссертации состоится «¿м. » ¿¿.tfiJs:/(Х-1983 г. в . час, на заседании Специализированного совета К-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева (127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., дом 47).

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

1983 г.

Ученый секретарь Специг грованного совета — кандидат с ^хозяйственных наук

Н. А. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Применение пестицидов в сельском хозяйстве дает большой экономический эффект н позволяет резко сократить затраты общественного труда .на единицу вырабатываемой продукции. В настоящее время считает; ся, что без применения пестицидов невозможно получение высоких и устойчивых урожаев практически всех сельскохозяйственных культур.

Производство пестицидов в развитых странах постоянно возрастает и в настоящее время достигает более двух миллионов-тонн. Общий мировой ассортимент пестицидов насчитывает более 1000 наименований (Fryer, 1977).

Однако в связи с огромными масштабами применения пестицидов с каждым годом все более отчетливо стали проявляться нежелательные последствия, связанные с загрязнением ими окружающей среды, и заметно вырос интерес к качеству урожая различных культур, обрабатываемых пестицидами.

К настоящему времени в окружающей среде обнаружено более 55000 различных химических соединений — продуктов хозяйственной деятельности человека, многие из которых могут представлять определенную опасность для различных видов жнвых организмов, немедленно или путем длительного воздействия вызывать те или иные нежелательные изменения в жизни растений, животных и человека (Кабачник и др. 1978). Это обусловлено тем, что многие пестициды не поддаются разложению естественным путем, они весьма устойчивы во внешней среде. Так показано, что для- разложения 95% внесенного ДДТ требуется от 4 до 30 лет (Pollero et al., 1978).

Широкая химизация земледелия, предусматриваемая решениями XXVI съезда КПСС, вызывает необходимость глубокого и всестороннего изучения влияния химических средств за-, щиты растений на биологические процессы, протекающие и почве п растениях, для разработки наиболее рациональной системы применения пестицидов, исключающей загрязнение почв и водоемов. Одним из ключевых вопросов данной проблемы

f!■-' •!-". «учк 1 Í'ÜZ -Jf^í f

lisc-:. С^Д, £v;:.t;;d ишоз, J

и І* T-.M ,„— L

Является взаимодействие пестицидов с почвенной микрофлорой, от жизнедеятельности которой зависит детоксикация химических и биологических загрязнений, поступающих в почву, II плодородие последней'

Цель и задачи исследований, В связи с тем, что пестициды-разлагаются в почве главным образом микроорганизмами, возникает необходимость изучения их деградационной способности и определении путей интенсификации жизнедеятельности микроорганизмов е целью быстрого разложения и дето-ксикацин химикатов.

В связи с этим целью наших исследований явилось изучение влипши комплекса пестицидов, используемых под хлопчатник, на биологическую активность серо-бурой каменистой ночны, изучение процесса микробиологической трансформации этих соединений и разработка способов интенсификации микробиологических процессов с целью ускорения разложения пестицидов в почве.

Научная новизна. В результате проведенных исследований показано взаимодействие (токсический эффект или стимуляция) почвенных микроорганизмов с различнымик пестицидами — котораном, БИ-58, фозалоном и бутифосом.

Обнаружено, что пестициды оказывают неоднозначное влияние на различные группы почвенной микрофлоры. Многие группы почвенных микроорганизмов, начинают размножаться в почве интенсивнее после внесения в нее пестицидов, что указывает на возможность использования пестицидов микроорганизмами в качестве источников углерода и азота. Это открывает перспективу стимуляции биодеградацни пести-, цидов путем усиления размножения определенных группировок микроорганизмов. ■ ■ , Установлено также, что главным фактором, лимитирующим скорость разложения пестицидов, является число почвенных микроорганизмов, способных использовать определенное соединение. Выявление группировок микроорганизмов, обладающих способностью использовать тот или иной пестицид, и изучение их физиологических особенностей позволяет влиять на;численность их в почве и активность трансформации применяемых соединений.

Доказана также возможность трансформации пестицидов с помошью определенных микроорганизмов. Впервые установлено, что разложение пестицидов происходит внутри клетки и внеклеточно, причем процесс внутриклеточной трансформации идет более интенсивно.

Практическая^ценность работы. Изучено влияние пестицидов на группы микроорганизмов, принимающих участие в агрономически важных процессах .(нитрификации, денитрифи-

кации, азотфнксацни), тесно связанных с уровнем плодородия почвы.

В процессе работы выделены чистые культуры микроорганизмов, способных трансформировать изучаемые пестициды, и определена возможность стимуляции их жизнедеятельности с целью ускорения этого процесса.

Предлагаются способы интенсификации микробиологических процессов в почве с целью ускорения трансформации комплекса пестицидов, применяемых под хлопчатник.

Показано также сниженне уровня фитотоксической активности пестицидов при внесении в почву чистых культур микроорганизмов совместно с органическими добавками. ■

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на республиканской научной конференции «Освоение целинных земель под орошение в Таджикистане», проходившей в г. Душанбе в 1980 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи.

• Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 разделов, выводов, содержит 135 страниц печатного текста, 40 таблиц, 10 рисунков, списка литературы нз 267 наименований (нз них 97 зарубежных) и 70 приложений.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методы изучения взаимодействия почвенных микроорганизмов с пестицидами. Для определения взаимодействия микроорганизмов серо-бурой каменистой почвы с пестицидами котораном, БИ-58, фозалоном н бутнфосом на протяжении 3-х лет с 1979 года по 1981 год проводились полевые и лабораторные опыты.

При закладке опытов опытное поле было разделено на 2 участка. Контрольный участок с обеих сторон отделялся от обрабатываемых опытных участков защитными делянками, на которые пестициды также не вносились. Площадь опыта 6 га. Площадь каждого варианта — 1,8 га (1,8X2 = 3,6 га). Площадь защитных делянок — 2,4 га (1,2x2=2,4 га). Отбор почвенных проб производился с глубины 0—10 и 10—20 см за 1 сутки до обработки, через 1, 3, 7 и 30 суток после обработки пестицидами.

■ Обработка опытных делянок котораном против однолетних сорняков производилась в дозе 1,5 кг/га, против сосущих вредителей хлопчатника инсектицидами БИ-58 в дозе 1,5 кг/га и фозалоном в дозе 2,5 кг/га. Дефолиация хлопчатника бутнфосом была проведена в дозе 3 кг/га. Контрольные делянки пестицидами не обрабатывались.

Нами исследовано взаимодействие различных групп-поч-

венных микроорганизмов с пестицидами. С этой целью изучены сапрофитные микроорганизмы, использующие органические формы азота — на мясо-иептониом агаре (МПА), микроорганизмы, способные использовать . минеральные, формы азота—на крахмало-аммиачном агаре (КАЛ), спорообразую-щне бактерии — на смеси равных частей мясо-неитонного агара (МПЛ) и сусло-агара (CA), участвующие в минерализации гумусовых веществ — на нитритном агаре, целлюлозораз-лагающие бактерии — на среде Гетчннсона, грибы — на су-сло-arape (CA), аэробные азотфиксаторы на среде Эшби, анаэробные азотфиксаторы Clostridium pasteurianum учитывали: на жидкой среде Виноградского, Clostridium acetobutylicum— на питательной среде с кукурузным затором, нитрифицирующие бактерии — на жидкой среде Виноградского. Денитрифицирующие бактерии вылвляли на среде Гнльтая (Селибер,-1962- Звягинцев, 1978; Теппер и др., 1979; Звягпниеи н др., 1980),

Параллельно с определением взаимодействия почвенных микроорганизмов с пестицидами проводили общие агрохимические анализы почвы опытных и контрольных делянок- (Белоусов, 1063).

Методы-выделения.микроорганизмов, разлагающих пестициды.'1. С целью определения предельной концентрация пестицида, при которой еще отмечается развитие микроорганизмов, и для выделении микроорганизмов, выдерживающих высокие концентрации пестицидов, был проведен лабораторный опыт. Для этого в питательные среды (МПЛ, КЛЛ, CA) вносили различные количества пестицидов (которан,. БИ-58, фо-залон и бутифос), в %: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 15; 20. Контролем служили те . же среды без пестицидов. Пестициды предварительно проверяли на стерильность нысевом исходного вещества непосредственно на питательные среды.

2, Модельный опыт по выявлению микроорганизмов, использующих пестициды которан, БИ-58, фозалон и бутифос в качестве единственного источника урлерода, азота или углерода и азота, проводили на крахмало-аммиачном агаре (КАЛ) и нитритном агаре (НА).

В КЛА источники С и N и в НА — Na-NOa заменяли пестицидами.

Методы изучения трансформации инсектицидов микроорганизмами. Для изучения трансформации инсектицидов БИ-58 н фозалона выделенными чистыми культурами микроорганизмов был проведен лабораторный опыт. С этой целью в колбы на 750 мл с 200 мл стерильной среды Alexander следующего состава КгНРОч — 1,6 г; КНгР04 — 0,4 r; MgS04 — 0,2 г; СаС12 — 0.02 г; РеС13*6Н20 — 0,023 г дистиллированная во-

да 1 л, вносили определенное количество пестицида в качестве единственного источника С и N и 10 мл суспензни чистых культур микроорганизмов (9—10 тыс. клеток в 1 мл), выделенных в предыдущих модельных опытах. Контролем служила питательная среда с пестицидом без внесения микроорганизмов. Культивирование микроорганизмов проводили на качалке. Пробы для определения содержания БИ-58 н фоза-лона в клетках микроорганизмов и в культуральнон жидкости отбирали через .1, 3, 5, 7 и 15 суток после закладки опыта.

Содержание пестицидов определяли методом газожндко-стной хромотографии (Клисенко, 1977; Бабкина и др., 1980).

Изучение фитотоксических свойств пестицидов проводилось по методике О. Л. Берестецкого (Берестецкпй, 1972).

Изучение влияния косубстратов на процесс трансформации пестицидов микроорганизмам». Работа проводилась с темп же пестицидами — котораном, БИ-58, фозалоном и бутнфосом. В качестве косубстратов использовали такие органические ■удобрения, как .навоз, солому злаковых растении, гуза-пап (стебли хлопчатника) и глюкозу.

Влияние пестицидов на ферментативную активность почвы определяли по методам, изложенным Ф. X. Хазневым (1976).

Идентификация микроорганизмов. Видовую принадлежность выделенных бактерий определяли по руководствам Н. Л. Краслльникова (1949), Берги (1Й74), а также по работам Г. Л. Заварзнна (1980) и И. Н. Скворцовой (1981).

Математическая обработка экспериментальных данных. Для статистической обработки полученных данных применяли метод дисперсионного анализа (Доспехов, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние пестицидов, используемых под хлопчатник, на микробиологические процессы н ферментативную активность серо-бурых каменистых почв

Влияние гербицида которана на микрофлору почвы. Одновременно с посевом хлопчатника в течение трех лет производилась обработка опытных делянок гербицидом котораном в дозе 1,5 кг/га. В результате трехлетних наблюдений выявили, что число микроорганизмов, использующих органические формы азота, увеличивалось на 7-е н особенно на'30-е сутки после обработки котораном. Существенно усиливалось развитие Вас. ше5еп1ег|си5, которые составляли в контрольном вариан-. те 5,3 тыс. клеток на 1 г абс. сухой почвы, а в опытном •20,6 тыс. клеток на 1 г абс. сухой почвы. Группа аэробных ■ целлюлозоразлагаюншх бактерий, микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, и группа мнкроскопичс-

ских грибов слабо реагировали на внесение которана. Процессы нитрификации и деннтрификации под его воздействием: не .подвергались существенным изменениям.

Значительным было действие которана на азотфиксирую-шне микроорганизмы. Так, развитие аэробного азотфиксатора азотобактера стимулировалось на 7-е сутки в исследованиях .1979 г. и на 1-е и 3-й сутки после обработки в исследованиях 1981 г. Если в контрольном варианте на 3-й год исследований через 1 сутки после обработки было всего 19,3 тыс. клеток на 1 г абс. сухой почвы, то в опытном варианте — 43,4 тыс. клеток, через 3 суток в контроле — 23,1 тыс. клеток, а в опыте — 45,3 тыс. клеток на I г абс. сухой почвы. Развитие анаэробного азотфиксатора С1. асе1оЬ1ПуИсит также усиливалось через 7 суток после обработки. Действие которана на С1. раэ1еипапит было токсичным. Количество клеток этого микроорганизма на глубине 10—20 см через 7 суток после обработки в контрольном варианте составляло 211,9 тыс. клеток, а в опытном — всего лишь 10,5 тыс. клеток на 1 г абс. сухой почвы (табл. 1).

Таблица 1

Влияние которана на содержание азотфиксируюшнх микроорганизмов.в почве.-Полевой опыт 1979 г.

Сроки отбора ПОЧч венных образцов : Варианты опыта Глубина, см Азотобактер, %. обрастания комочков л оч вы В тыс. кле абс. сух< С1. раз1еи* г1апит ток на 1 г }Й почвы С1. асе1оЬи-1уИсит

До обра- Контроль 0—10 58.6 Ю0.6 104.4

ботки » 10—20 48,6 ■ 922 2 166,7

Опыт 0—10 70.6 219.8 163,0

> 10—20 50,0 116,7 83,3

7 суток Контроль 0—10 18,6 105.6 105,6

после » 10—20 25,2 211,9 164.8

обработки Опыт 0—10 44,0 83,3 1055,6

> 10—20 36,6 10,5 222,2

30 суток Контроль 0—10 34.6 166,6 500.0

после » 10—20 13.2 301.2 301,2

обработки Опыт 0—10 41.2 164,8 494,5

» 10—20 30,6 797,9 159,6

Стимулирующее действие которана на азотобактер объясняется, по-видимому, тем, что этот организм, обладая способностью использовать широкий круг органических веществ, может ассимилировать и синтетические органические вещества. Эти данные говорят о возможности использования азотобактера в качестве организма, обеспечивающего ускорение детокси-кации пестицидов в почве. . ,

Данные по ферментативной активности свидетельствуют об отсутствии негативного влияния полевых доз которана на активность почвенной уреазы, фосфатаэы и инвертазы. . Таким образом, в результате трехлетних исследований выявили, что развитие некоторых групп микроорганизмов, таких, как Вас. mesentericus, аэробного азотфиксатора азотобактера и анаэробного азотфиксатора Cl. acctobutylicum, стимулировалось после внесения которана. Полученные результаты могут служить основанием для утверждения, что некоторые микроорганизмы из этой группировки могут активно участио-вать в разложении которана.

Влияние инсектицидов Б И-58 и фозалона на почвенные микроорганизмы. После посева хлопчатника и обработки ко-тораном опытные варианты обрабатывались инсектицидами БИ-58 и фозалоном (фосфорорганическне соединения).

Трехлетние исследования показали,, что инсектициды БИ-58 и фозалон обладают выраженным токсическим эффектом по отношению к микроорганизмам. Отрицательное действие БИ-58 четко выражено после двухлетней и особенно трехлетней обработки. Через 1 сутки после обработки БИ-58 микроорганизмы, использующие органические формы' азота, в контрольном варианте составляли 46,2 млн. клеток на 1 г. абс. сухой почвы, а в опытном варианте —> 14,1 мли. клеток. Через трое суток розница между этими вариантами составляла 26,3 млн. клеток на І г абс. сухой почвы, увеличиваясь к 7 и 30 суткам. Подобный же эффект был выявлен на спорообра-зующнх бактериях и микроорганизмах, участвующих в окислении клетчатки, и при применении фозалона.

Инсектициды БИ-58 и фозалон не оказали существенного влияния на микроорганизмы, использующие минеральные формы азота и на развитие нитрифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов. Стимулирующий эффект проявился п увеличении численности микроскопических грибов родов Aspergillus и Pénicillium (табл. 2) и, аэробного азотфиксатора азотобактера. На развитие анаэробных азотфнксаторов эти препараты действовали токсически. ,

Изучение'влияния инсектицидов БИ-58 и фозалона на ферментативную активность почвы показало, что БИ-58 через 7 суток,после обработки в опытном варианте усиливал уреаз-ную активность и через 1 н 3 суток — активность дегидрогена-зы, но через 7 суток дегндрогеназная активность значительно снижалась (табл. 3). Препарат БИ-58 через 7 и 30 суток после обработки также отрицательно влиял на активность фосфатази, инвертазы и протеазы. Активность инвертазы, например, на 30-е сутки составляла в контрольном варианте 18,8 мг/г, а в опытном — всего 7,2 мг/г, .

і

•Таблица 2

Влияние БИ-58 на численность грибов в почве' (СЛ). Полевой опыт1981г.

Сроки отбора почвенных образцов Варианты опыта Численность микроорганизмов в тыс. клеток на 1 г абс. сухой почвы

общее количество Aspergillus Pénicillium Muco г

До обработки Контроль 28.0 3.0 2,3 2,3

Опыт 28,9 4,3 1.8 3,4

1 сутки после Kohi роль 58,7 11,9 2,5 2,4

обработки' Опыт 102,4 14,7 4,3 " 2,7

3 суток лосле Контроль 67,9 16.0 2,1"' 6,5

обработки Опыт 126.2 18,8 4,8' 1-І

7 суток после Контроль 101,2 17.1 3.4 10,7

обработки Опит 139,1 62,3 17,2 1.1

30 суток после Контроль 112,0 31.1 9,9 11.4

обработки On ut 147,1 59,7 20,0 15,7

Таким образом, результаты наших исследований показали, что инсектицид БИ-58 в большей степени проявляет токсическое действие на почвенную микрофлору, чем фозалон. Однако при Ьбработке БИ-58 и фозалоном, как и при обработке котораном, стимулируется развитие некоторых групп и видов микроорганизмов. Стимуляция жизнедеятельности этих микроорганизмов, по-видимому, может способствовать: ускорению биоразложення пестицидов в почве. -

Таблица 3

Влияние БИ-58 на ферментативную активность серо-бурых каменистых почв (среднее из 3-Х повторностей)

Сроки отбора почвенных образное Варианты • опыта Уреаза NH< м г/г Фосфатаза PiQs м г/г Дегидро-геназа ТФФ 10-1 мг/г Инвер* таза, глюкозы мг/г Протеаза, амннного азота , иг/г

До обработки Контроль Опыт 0,464 0,62 t 0,007 0,009 4,4 6.1 30,6 20,4 0,247 0,247

1 сутки после обработки Контроль Опыт 0,504 0,504 0,020 0,031 в;< 6,8 15,3 13,6 0,209 - 0,209

3 суток после обработки Контроль Опыт 0,540 0,491 0,031 0,019 4,8 5,7 14,4 18,8 0.285 0,247

7 суток после обработки Контроль Опыт 0,267 0,423 0.024 0,003 : 5.7 4.3 24,5 . ' 13,6 0.285 0,228

30 суток после обработки Контроль Опыт ■ 0,144 0,129 . 0,003 , 0,018 4.8 2.6 18,8 . 7-2. 0,209 0,190 .

S

, Влияние дефолианта бутифоса: на микроорганизмы- и микробиологические процессы в; почве. В сентябре-октябре проводилась дефолиация опытных делянок бутифосом (фосфор-органическое соединение)'в дозе 3 кг/га.

В результате 3-летних исследований было выявлено, что дефолиант бутифос оказывает незначительное действие на микроорганизмы и . микробиологические процессы в почве. Препарат практически не действовал на микроорганизмы, использующие органические формы азота, на микроорганизмы, находящиеся в почве в состоянии спор, и на микроорганизмы, использующие минеральные формы азота. Группа микроорганизмов, участвующих в окислении клетчатки, также слабо отзывалась на обработку хлопчатника бутифосом. Обработка бутифосом не сказывалась и на общем содержании микроскопических грибов в почве. Незначительный ннгибирующий эффект на группе деннтрификаторов выявлялся в верхнем горизонте почвы на 7-е сутки посте обработки этим препаратом: Развитие аэробного азотфнксатора' азотобактера стимулировалось на 7-е сутки и оставалось более высоким, чем в контроле, и на 30-е сутки после обработки. Подобный же эффект был выявлен на группе анаэробных азотфиксаторов. Полученные данные указывают на то, что азотобактер и С1. разіеигіапиш, по-видимому,- могут участвовать в трансформации бутифоса в почве.

Изучение влияния бутифоса на ферментативную активность почвы показало, что активность одних ферментов (ин-вертазы,, дегидрогеназы- и фосфатази) повышалась после обработки препаратом, активность других (уреазы, протеази) снижалась в присутствии бутифоса.

Результаты трехлетних исследований показали, что пестициды неоднозначно влияют на различные группы почвенной микрофлоры. Из испытанных пестицидов в большинстве случаев БИ-58 и фозалон оказали токсический эффект на ряд микроорганизмов и некоторые биологические процессы. Однако многие группы почвенных микроорганизмов серо-бурой каменистой почвы-начинают размножаться интенсивнее после внесения в нее пестицидов. Это указывает, по-видимому, на то, что пестициды в большинстве случаев служат хорошими источниками углерода и азота для микроорганизмов.

Участие почвенных микроорганизмов в разложении пестицидов в условиях накопительных и чистых культур

Влияние возрастающих концентраций пестицидов на выживаемость отдельных.. групп < микроорганизмов; В результате опытов по действию пестицидов на отдельные группы микроорганизмов выявлено, что микроорганизмы, использующие органические формы азота,, могут выдерживать довольно высоко

кие концентрации которана и бутифоса и в меньшей степени БИ-58 и фозалона. Предельными концентрациями для этих микроорганизмов оказались: которан — 10 %, БИ-58 — 0,5%, фозалон — 3% и бутнфос — 10% ' (табл. 4).

Таблица 4

Влияние различных доз;пестицидов, внесенных в питательную среду, на микроорганизмы, использующие органические формы азота

Название . пестицидов Количество ПЕСТИЦИДОВ, ■% Численность микроорганизмов, в тыс, клеток на I г эбс. сухой почвы

обшсе количество бак* те- ■ рнн Вас. те-sente TICKS Вас. тс-gateri-,um Вас. subtilis Вас. cercus

Контроль 0 241,0 80,2 105,0 . 22 1 19,5 8.0

Которан 5 22,5 11.2 0 2,4 0,9 0

10 1.7 0,6 0 • 1,0 0 0

БИ-58 0,5 . 28,7 8.5 2,1 " 0.4 5,5 0 ■

Фоззлон . 0,0 85,9 S0,4 0 0 12 2 0

1 29 2 11,2 1,7 6,1 3*4 2.6

3 2,2 1,0 0,06 ; о,7 о- 0

Бутнфос 0,9 85,7 38,8 0 3,4 2.6 0

3 51,9 23.5 11,6 2,9 0,8 1,4

10 2.1 0.9 0,06 0 0,8 0

Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, выдерживали более низкие концентрации которана, БИ-58 и фозалона и росли при предельном содержании в питательной среде которана—5%, БИ-58 —0,3% и. фозалона—.1%. Бутнфос для них оказался малотокснчным, и они выдерживали 10%-ную концентрацию его в среде. Практически те не концентрации были предельными и для микроскопических грибов.

Полученные результаты имеют важное значение при определении возможной максимальной нагрузки пестицидов на ■выживаемость микроорганизмов, что тесно связано с их способностью к адаптации к пестицидам и их последующему разложению.

Выживаемость микроорганизмов пр№ использовании пестицидов в качестве единственного источника питания. В результате исследований показано, что микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, могут расти в среде с кото-раном и БИ-58, внесенными в качестве единственного источника углерода, и в среде с котораиом и фозалоном, используемыми в качестве источника азота.

Большое.чнсло микроорганнзмов.выявлялось.ц на-нигрит--10

ном агаре с добавлением инсектицида БИ-58 в качестве единственного источника азота. • •

Таким образом, проведенные исследования могут служить доказательством способности микроорганизмов разных групп расти на пестицидах и использовать их в качестве источника питания.

Разложение инсектицидов БИ-58 и фозалона чистыми культурами микроорганизмов. В результате проведенной серии работ по воздействию высоких доз пестицидов на различные группы микроорганизмов было выделено 12 бактериальных культур, выдерживающих повышенные дозы препаратов, из которых 4: культуры оказались способными разлагать пестициды. 3 из 4-х культур были идентифицированы и отнесены к следующим видам: Pseudomonas aeruginosa (культура № 1), Agrobacterium radiobacter (культура Ms 2) и Pseudomonas alliicola (культура № 3).

Названные культуры обладали разнообразным набором ферментов и были способны использовать широкий круг уг-леродсодержащих н азотсодержащих соединений, в том числе и сложных органических веществ.

Опыт по изучению способности этих культур к разложению инсектицидов БИ-58 и фозалона показал, что в культуре № ,1 в первые же сутки большая часть фозалона перемещалась из культуральной жидкости в клетки микроорганнзмо», где и происходило постепенное его разложение (табл. 5).

В культуре № 2 препарат проникал внутрь клеток несколько медленнее, и этот процесс продолжался до 7-х суток, в то время как-в культуре .Ns 1 он практически заканчивался на 3—5-е сутки.

В клетках культуры Л"г 3 фозалон не обнаруживался на протяжении всего опыта. Разложение его в культуральной жидкости происходило сравнительно медленно, заканчиваясь к 15-м суткам.

Установлено также, что в разложении инсектицида БИ-58 участвуют две из выделенных культур (№ 1 и Хг 4). Таким образом, культура Хз 1 участвует в разрушении как фозалона,так и БИ-58, но скорость разложения последнего значительно ниже и не заканчивается даже на 15-е сутки.

Таким образом; разложение инсектицидов фозалона и БИ-58 могут осуществлять различные микроорганизмы, Одни-из них ведут этот процесс внутри клеток, т. е. за счет активности эндоферментов, другие — внеклеточно, выделяя в питательную среду экзоферменты. Скорость разложения внутри клеток значительно превышает таковую в культуральной жидкости, . '........

Таблица 5

Динамика разложения фозалона в культ ура.чьи ой жидкости и в клетках чистых культур микроорганизмов

' ' (среднее 1« 3-х ПОВТОрНОСТСЙ)

1 сутки 3 сутки - 5 сутки 7 сутки 15 сутки

количество фо за лона количество фозалона количество фозэлона количество фо за лона количество фо за лона

Парманш опита - ч 2 я * О Р-я к Из р и к Кдв Я К Я преобразовано ммкро-1 организмами х = в § 5 * - о а к я с. 2 гц- а ^ с * « 5 £ о ^ м л X д Ср »Ж: преобразовано микроорганизмами н - ■8а х в (а 5 ^ н» <■, Я ' я а. •я- 2 ч ь. >>п мяо о Ж в преобразовано микроорганизмами ** 6* о * X о 1) к я с. с: г 2 5 а ^ в преобразовано микроорганизмами = § <32 (и 5 * я о к И Р) в я я о. « Ы £ О (т 5 * к к = а а ^ з о в _ я ^ ш 2 о я Я 35 я п л X в ■й о 5-я е. К с. В Я о ' в 5. 5 5 5 я о. 3 ч ■ н <ч -Ж я Я о.

Кош роль 21,3 0 — 21,3 0 — 23,0 0 — 21,1 0 — 20,0 0 — .

Культура! 2.8 21,5 88,'1 1.2 1,0 0,5 0,80 0 0 0,45 0 0 0 0 0 '

15,0 8,7 35,0 11,4 4,2 17,2 7,9 2,2 9,0 5,2" 0,8 3,2 4,0 0,1 0,4;

Культура 2 . 10,9 13,4- 55.1 10.0 0,9 3,7 2,в 5,9 21,2 0,58 0,3 1.2 0 0 0

11,7 12,0 51,8 10,0 1,7 0,9 4,1 4,6 18,9 2,0 0,2 0,8 0 0,9 3,7 :

Культура 3 10,0 11,3 58,8 • 8,2 1.8 7.4 С,7 0,2 .0,8 3.9 0.9 3,7 0 2,8 11,5

0 0 0 0 0 0 0 0. 0 0 0 0 0 0 о :

Примечание: в числителе — в кулыуралыюй жидкости; в знаменателе — в клетках микроорганизмов.

Способы, интенсификации>микробиологических.процессов '

с целью ускорения.разложения пестицидов в серо-бурой каменистой почве

Применение органических добавок с целью. уменьшения фитотокснчности пестицидов.. В' результате проведенного опыта было показано, что все испытанные пестициды являлись токсичными, и рост проростков кукурузы подавлялся на 82— 100%. . .

При обработке проростков чистой культурой микроорганизмов Ps. aeruginosa, фитотоксическая активность пестицидов уменьшалась. При этом активность которана снижалась на 10,9%, БИ-58 — на 20,6%, 'фозалона — на 22,1,% и бути-фоса — на 23,5% по сравнению с контролем (пестициды).

Внесение навоза существенно снижало фитотоксическую активность пестицидов. Токсичность которана, например, снизилась на 70%, БИ-58 — на 80,9%,' фозалона — на 91,3% и бутифоса — на 87,6% .В этом варианте почти не наблюдалось угнетения роста проростков кукурузы.

Солома зерновых культур вместе с бактериями Ps. aeruginosa также способствовали снижению токсических свойств пестицидов. Добавление гуза-паи (стебли хлопчатника) привело к снижению фитотокснчности в среднем на 37%.

Чистая культура микроорганизмов Ps. alliicola и внесение навоза существенно уменьшали фитотоксический эффект пестицидов, а добавление соломы и клеток этой культуры почти полностью,его снимали. Например, угнетение роста проростков кукурузы котораном снижалось на 71,4%, БИ-58— на 90,1,%, фозалоном — на 78,2% и бутнфосом — на 80,9% по сравнению с фитотоксичностью самих пестицидов.

Подобный эффект был выявлен при совместном внесении чистой культуры микроорганизмов. Agrobacterium radiobacter с такими органическими добавками, как навоз, солома злаковых растений, гуза-наи (стебли хлопчатника) н в меньшей степени при добавлении глюкозы.

При внесении чистой культуры Pseudomonas aeruginosa угнетающее действие пестицидов в среднем уменьшалось на 19,3%, при внесении Pseudomonas alliicola — на 17,3% и Agrobacterium radiobacter — на 40,2%.

Таким образом, в результате лабораторных опытов было установлено, что внесение органических добавок, особенно соломы злаковых растений и навоза, существенно снимает фитотоксическую активность всех пестицидов в присутствии чистых культур микроорганизмов,» способных разлагать эти пестициды. При внесении соломы злаковых растений и навоза фито-токснческая активность пестицидов снижалась в среднем на 70—80%.

Влияние косубстратов на разложение пестицидов микроорганизмами о почве. Как показали результаты опытов, хотя внесение органических добавок не оказало значительного влиянии на численность всех трех культур микроорганизмов, т. е. Ps. aeruginosa, Ps. alliicola и Agrobacterium radiobacter, однако органические добавки все же снижали количество пестицидов В Песке (табл. 6);

Т а б л її ц а 6

Влияние органических добавок.на содержание БИ-58 в песке . при внесении чистой культуры Pseudomonas aeruginosa <

Варианты опыта

Солержанне БИ-58 в мг/кг

через 7 суток через 15 суток через 30 суток

50 40 40

■ 30 12 6

35 12 4

25 9 4

25 12 10

Пссок+ШІ—58 (контроль) . , .

Песок+солом а -Ь Ps. aeruginosa . ,

Песок+навоз+Ps, aeruginosa . , Песок+гуза-лак-fPs. aeruginosa .

Песок+глюкоза+Ps. aeruginosa .

- • По всей вероятности, уменьшение количества пестицидов происходило не только за счет возрастания численности микроорганизмов, но и за счет усиления активности их ферментных систем.

В почве вместе с другими микроорганизмами присутствуют и все представители изученных нами видов (Ps. aeruginosa, Ps. alliicola и Agrobacterium radiobacter), поэтому применение любых органических добавок должно способствовать снижению содержания примененных пестицидов.

Выводы

К Установлено, что применяемые в условиях комплексной обработки посевов хлопчатника пестициды — которая (гербицид), БИ-58 и фозалон (инсектициды) и бутнфос (дефолиант), неоднозначно влияют на различные группы почвенной микрофлоры. Из испытанных пестицидов в большинстве случаев БИ-58 и фозалон оказывают токсические действие на ряд микроорганизмов н некоторые биологические процессы. Угнетение различных групп микроорганизмов снижает общую биологическую активность серо-бурых каменистых почв. ; 2. Впервые показано, что многие группы почвенных микроорганизмов серо-бурой каменистой почвы начинают размножаться интенсивнее после внесения в нее пестицидов. Это указывает, по-видимому, на то, что пестициды в большинстве случаев служат хорошими источниками углерода и азота для

микроорганизмов. К- таковым- относятся, - в частности, мнкро-моноспоры, ар'тробактер, микобактернн, нокарлин, азотобактер и Ci.'pasteurianum. Усиление размножения этих группировок микроорганизмов открывает перспективу стимуляции процесса биодеградации пестицидов.

3. Обнаружено, что при комплексном применении пестицидов токсическое действие препаратов на все группы микроорганизмов усиливается.

. . 4. Установлено, что пестициды которан, БИ-58, фозадон и бутифос неодинаково влияют на ферментативную активность серо-бурых каменистых почв Северного Таджикистана. Активность инвертазы, протеазы и фосфатазы снижается в присутствии препаратов БИ-58 и фозалона, а активность дегндроге-назы повышается после обработки бутнфосом.

5. Изучена максимальная нагрузка пестицидов которана, БИ-58, фозалона и бутифоса на выживаемость отдельных групп микроорганизмов. Найдено, что различные группы микроорганизмов выдерживают неодинаковые концентрации пестицидов, и наиболее токсичными препаратами являются инсектициды БИ-58 и фозалон.,

6. Показано, что микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, потребляют БИ-58 и которан как источники углерода, а фозалон и которан — как источники азота.

7. Впервые из серо-бурых каменистых почв выделены чистые культуры, микроорганизмов, способные разлагать инсектициды БИ-58 н фозалон. Культуры идентифицированы как Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas alliicola и Agrobacte-rium radiobacter. Из них Pseudomonas aeruginosa может трансформировать оба инсектицида, но скорость трансформации фозалона этой культурой значительно выше скорости трансформации БИ-58.

8. Установлено, что разложение и превращение пестицидов происходит как в клетках микроорганизмов, так и в культу-рзльной жидкости. В клетках микроорганизмов процесс разложения идет значительно быстрее, чем в культуральной жидкости.

9. Выявлено, что чистые культуры микроорганизмов совместно с органическими добавками (навоз и солома злаковых растений) снижают фнтотоксическую активность пестицидов в среднем на 70—80%.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

I. Хамидова М. Д. Действие пестицидов которана и БИ-58 на активность почвенной микрофлоры. Тезисы докладов республиканской научной конференции «Освоение целинных зе-

мель под орошение в Таджикистане». Душанбе, Дониш, 1980, с. 56—58.

2. Хамидова М. Д. Разложение инсектицидов БИ-58 и фо-залона чистыми культурами микроорганизмов. — ВНИИТЭИСХ, Депонированные рукописи. Почвоведение, 1982, № 6. Справка № 2259.

3. Хамидова М. Д., Емцев В. Т. Влияние пестицидов кото-рана, БИ-58, фозалона и бутифоса, применяемых под хлопчатник, на микрофлору серо-бурой каменистой почвы, — ВНИИТЭИСХ, Депонированные рукописи. Почвоведение, 1982, № 6. Справка № 2260.

4. Хамндова М. Д., Емцев В. Т., Майорова Л. Г. Влияние возрастающих доз пестицидов (которана, БИ-58, фозалона и бутифоса) на выживаемость микроорганизмов в серо-бурок каменистой почве. — ВНИИТЭИСХ. Депонированные рукописи. Почвоведение, 1982, ,Чв 6. Справка № 2263.

Л 75984 17/1—83 г. Объем 1 п. л. Заказ 34. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127530, Москва И-550, Тимирязевская ул.,-44