Оценка влияния пестицидов различного назначения по отношению к консорциуму микроорганизмов- деструкторов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

DOI:10.24411/2225-2584-2019-10051 УДК 631.46:631.461.5

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПЕСТИЦИДОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПО ОТНОШЕНИЮ К КОНСОРЦИУМУ МИКРООРГАНИЗМОВ-

ДЕСТРУКТОРОВ

И.А. ДЕГТЯРЕВА1, доктор биологический наук, главный научный сотрудник (e-maihpeace-1963@mail.ru) И.А. ЯППАРОВ1, доктор биологический наук, руководитель Татарского НИИАХП

А.Я. ДАВЛЕТШИНА1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Т.Ю. МОТИНА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

С.К. ЗАРИПОВА2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник З.М. ВАФИНА2, магистр

1Татарский научно - исследовательский институт агрохимии и почвоведения - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН, ул. Оренбургский тракт, 20а, г. Казань, Республика Татарстан, 420059, Российская Федерация

2ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, Республика Татарстан, 420015, Российская Федерация

Резюме: Изучена возможность использования автохтонных микробных сообществ-деструкторов в присутствии пестицидов различного назначения при ремедиации почв, подвергшихся углеводородному загрязнению. Оценено влияние инсектицидов Актара и Фуфанон-Нова, гербицидов Лонтрел и Спрут Экстра, фунгицидов Максим и Фитоспорин по отношению к микроорганизмам-деструкторам консорциума, предлагаемого в качестве компонента биоудобрения. Консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из почв Республики Татарстан, представлен тремя штаммами: Micrococcus luteus М-171 (RCAM03279), Staphylococcus pasteuri S1-717 (RCAM03280), Staphylococcus pasteuri S2-717 (RCAM03281). В динамике (14 и 28 суток) изучено действие шести пестицидов в производственной (1,0) и полупроизводственной (0,5) дозах на численность микроорганизмов. Спустя 14 и 28 суток снижение численности микроорганизмов при увеличении дозы пестицида отмечено в вариантах с консорциумом при добавлении пестицидов Актара, Лонтрел и Фуфанон. Установлено, что инсектицид Актара более токсичен для микроорганизмов консорциума. Токсического влияния изучаемых пестицидов на показатели численности углеводородокисляющих микроорганизмов в течение первых 14 суток не выявлено. Максимальный положительный эффект отмечен в вариантах с консорциумом и Актарой в дозе 0,5. К 28 суткам численность углеводородокисляющих микроорганизмов превышает таковую в контрольных вариантах. Исключение составляют варианты, в которых к консорциуму добавлены гербициды Спрут (дозы 0,5 и 1,0) и Лонтрел (доза 0,5). Следовательно, наличие в почве изучаемых пестицидов при реабилитации экосистем от углеводородного загрязнения не оказывает выраженного отрицательного действия на консорциум, состоящий из автохтонных микроорганизмов-деструкторов углеводородов, предлагаемых в качестве компонентов биоудобрения.

Ключевые слова: пестициды, микроорганизмы-деструкторы, углеводороды, консорциум, биоудобрение.

Для цитирования: Дегтярева И.А., Давлетшина А.Я., Яппаров И.А., Мотина Т.Ю., Зарипова С.К., Вафина З.М. Оценка влияния пестицидов различного назначения по отношению к консорциуму микроорганизмов-деструкторов //Владимирский земледелец. 2019. № 1. С. 31-34. DOI:10.24411/2225-2584-2019-10051.

Сельское хозяйство является отраслью, требующей постоянной модернизации и эффективных разработок, в которой для стабильного получения урожаев принято использовать средства, негативно сказывающиеся на здоровье человека и состоянии окружающей среды [1-3]. К подобным средствам относятся пестициды, которые чрезвычайно устойчивы во внешней среде и способны сохраняться на протяжении долгого времени в воздухе, воде, почве и растениях. Необходимо помнить, что применение пестицидов без учета их свойств, влияния на агробиоценозы может оказать негативное воздействие на природную среду [4, 5]. Нельзя игнорировать и другую проблему: постепенно растет интенсивность применения пестицидов высокой токсичности при минимальных нормах расхода. Жестких стандартов в отношении данных веществ законом не установлено [3]. Однако за последние 10 лет объемы производства и использования пестицидов выросли почти на 500 %.

При обработке почвы пестицидами лишь относительно небольшое их количество проявляет целевое токсическое действие. Значительная же часть остается не использованной и накапливается в верхних слоях почвы. Большинство системных инсектицидов обладает довольно высокой токсичностью для млекопитающих, поэтому при использовании их для защиты сельскохозяйственных культур важно, чтобы в растениях происходила их детоксикация [6].

Как показывают исследования последних лет, многие пестициды оказывают неоднозначное, часто отрицательное влияние на почвенную биоту [7, 8]. Вклад микроорганизмов в процессы деградации различными авторами оценивался в 10-70 % [9]. Такая вариабельность показателей объясняется разнообразием химических соединений, используемых в качестве пестицидов.

Микроорганизмы используются в

биотехнологических процессах для различных промышленных и экологических потребностей. Одним из применений является деградация ими загрязнителей окружающей среды in situ, накапливающихся в результате разливов нефти и нефтепродуктов. Деградация загрязняющего

ВлаЭимгрскт Земледелец*

№ 1 (87) 2019

вещества может происходить непосредственно одним микроорганизмом или несколькими через синергизм смеси микробов, сформированных либо встречающихся в природе (консорциумов).

Применение микроорганизмов in situ подвергает их различным нагрузкам, что может привести к значительному снижению выживаемости микробного штамма-деструктора, а также эффективности удаления им загрязняющих веществ. Наиболее распространенным стрессом, возникающим при этом, является не только повышенная концентрация загрязнителя, но и перекрестное загрязнение других нецелевых загрязнителей, в частности пестицидов. Поэтому роль бактериальной адаптации к более высокой концентрации загрязняющих веществ становится чрезвычайно важной для успешной реализации биоремедиации. Лишь некоторые микроорганизмы проявляют устойчивость к токсичным химическим веществам и защищают себя от вредных эффектов. Микробная способность противостоять химическому стрессу объясняется различными адаптивными ответами, проявляемыми толерантными микроорганизмами.

Применение биоудобрений на основе эффективных микроорганизмов является перспективным направлением в решении вышеуказанной проблемы. При использовании микробиологических удобрений повышается биологическая активность почвы, улучшаются ее агротехнические и экологические характеристики, ускоряется разложение ранее накопленных пестицидов [10-12]. Поэтому необходимы исследования комплексного взаимодействия микроорганизмов, составляющих основу

биоудобрений, с биоцидами различного назначения.

Цель работы - изучить влияние различных пестицидов по отношению к микроорганизмам-деструкторам консорциума, составляющего основу биоудобрения.

Условия, материалы и методы. Исследования по использованию углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в качестве компонента биоудобрений состояли из несколько этапов: выделение природных ассоциаций [13], определение их свойств [14], характеристика эффективности микроорганизмов-деструкторов в отношении различных углеводородов (метод реплик), определение солеустойчивости штаммов и др. Количество УОМ учитывали на среде Ворошиловой-Диановой методом предельных разведений с последующим пересчетом по таблице Мак-Креди [13].

Схема опытов включала учет нескольких факторов: изучаемый консорциум; изучаемые пестициды; их дозы (производственная (1,0) и полупроизводственная (0,5)). Консорциум микроорганизмов-деструкторов, выделенных из почв Республики Татарстан,

№ 1 (87) 2019

представлен тремя штаммами: Micrococcus luteus М-171 (RCAM03279), Staphylococcus pasteuri S1-717 (RCAM03280), Staphylococcus pasteuri S2-717 (RCAM03281).

Использовали гербициды Лонтрел-300 Д и Спрут Экстра, инсектициды Актара и Фуфанон-Нова, фунгициды Максим дачник и Фитоспорин М. Рабочие растворы пестицидов готовили в производственной дозе в соответствии с рекомендациями. Производственные дозы внесения пестицидов (1,0) на 100 мл среды: Актара - 0,08 мл; Лонтрел-300Д - 0,1 мл; Максим - 0,5 мл; Спрут Экстра - 0,56 мл; Фитоспорин -0,15 г; Фуфанон-Нова - 0,13 мл.

Наращивание биомассы консорциума и учет численности различных групп микроорганизмов осуществляли по разработанному алгоритму [14]. Определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп при влиянии пестицидов на сохранение жизнеспособности и рост микроорганизмов, входящих в консорциум, проводили на 14 и 28 сутки методом посева соответствующих разведений на элективные среды [15]. Численность гетеротрофных бактерий - на мясо-пептонном агаре, углеводородокисляющих - на среде Ворошиловой - Диановой и Бэрка. Определение числа жизнеспособных клеток - методом высева на агаризованную среду Бэрка [16].

Схема опыта с консорциумом: 1) консорциум; 2) консорциум + Актара 0,5; 3) консорциум+ Актара 1,0; 4) консорциум + Лонтрел 0,5; 5) консорциум + Лонтрел 1,0; 6) консорциум + Максим 0,5; 7) консорциум + Максим 1,0; 8) консорциум + Спрут 0,5; 9) консорциум + Спрут 1,0; 10) консорциум + Фитоспорин 0,5; 11) консорциум + Фитоспорин 1,0; 12) консорциум + Фуфанон 0,5; 13) консорциум + Фуфанон 1,0. Все параметры измеряли в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов осуществляют с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.

Результаты и обсуждение. Оценено влияние инсектицидов Актара и Фуфанон-Нова, гербицидов Лонтрел и Спрут Экстра, фунгицидов Максим и Фитоспорин по отношению к микроорганизмам-деструкторам консорциума, используемого в качестве компонента биоудобрения. В динамике изучено действие пестицидов в производственной и полупроизводственной дозах на численность гетеротрофных и углеводородокисляющих

микроорганизмов, входящих в консорциум микроорганизмов-деструкторов углеводородов.

Установлено, что микроорганизмы отличаются по своей чувствительности (табл.). В первые 14 суток отмечено увеличение численности гетеротрофов на 2-8 порядков при инкубации с изучаемыми пестицидами в обоих дозах. Максимальное увеличение отмечено

ВлаЗимгрскт ЗемдеШецТ)

Действие различных пестицидов на численность гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов, входящих в консорциум, КОЕ/г

1,0.

К 28 суткам практически во всех вариантах отмечено снижение численности гетеротрофов по отношению к контролю. Исключением является вариант, в котором к консорциуму добавлен инсектицид Актара в дозе 0,5, численность микроорганизмов при этом в 4 раза выше контроля. В варианте консорциум + Фитоспорин 1,0 количество микроорганизмов сопоставимо с контрольными значениями. Спустя 14 и 28 суток снижение численности микроорганизмов при увеличении дозы пестицида отмечено в вариантах с консорциумом при добавлении пестицидов Актара, Лонтрел и Фуфанон. Следовательно, инсектицид Актара более токсичен для микроорганизмов консорциума.

Таким образом, можно предположить, что наличие в почве изучаемых пестицидов при реабилитации экосистем от углеводородного загрязнения не оказывает выраженного отрицательного действия на консорциум, состоящий из углеводородокисляющих микроорганизмов. Более того, в ряде случаев можно ожидать повышения их численности.

Выявленная тенденция воздействия пестицидов на гетеротрофы позволила предположить, что и углеводородокисляющие микроорганизмы будут достаточно устойчивы к их действию. И действительно токсическое влияние изучаемых пестицидов по показателю численности в течение первых 14 суток не выявлено. Максимальный положительный эффект отмечен в вариантах с консорциумом и Актарой в дозе 0,5.

К 28 суткам численность УОМ превышает таковую в контрольных вариантах. Исключение составляют варианты, в которых к консорциуму добавляли гербициды Спрут (дозы 0,5 и 1,0) и Лонтрел (доза 0,5). В вариантах, где к консорциуму добавлен инсектицид Актара, отмечено уменьшение численности при увеличении дозы пестицида и на 14, и на 28 сутки, а при добавлении гербицида Лонтрел - увеличение.

Выводы. Таким образом, показано, что пестициды различного назначения не оказывают токсического влияния на консорциум микроорганизмов-деструкторов углеводородов, предлагаемый в качестве компонентов биоудобрения. Литература.

1. Авдеева К.С. Экологическая роль пестицидов//Сетевой научный журнал ОрелГАУ. 2015. Т. 4, № 4-3. С. 3-7.

2. Кожевников Н.В., Заушинцена А.В. Анализ применения пестицидов в Кемеровской области // Вестник Кемеровского государственного университета. 2015. № 4-3 (64). С. 35-41.

3. Завьялова Я.С., Богданова В.Д. Влияние пестицидов на организм человека//Medicus. 2017. № 1 (13). С. 16-18.

4. Добышев А.С., Скакун Н.И., Горностаев Ю.О. Внесение пестицидов и жидких минеральных удобрений в корнеобитаемую зону растений //Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2015. № 1 (14). С. 161-166.

5. Кононова Т.В., Сычев В.Г., Жиленко С.В., Березнов А.В. Обеспечение экологической безопасности агроэкономической эффективности применения пестицидов в земледелии // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего. 2016. № 4 (32). С. 41-47.

6. Мисриева Б.У. Результаты испытаний системных фунгицидов Кабрио Топ, ВДГ и Акробат-топ Мц, ВДГ, от эпифитотийно-опасных болезней винограда в Дагестане //Аграрная Россия. 2013. № 4. С. 11-13.

7. Жантасов К.Т., Шалатаев С.Ш., Жантасов М.К., Калымбетов Г.Е. Исследования основ получения глифосата и его влияния на окружающую среду//Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 4-2. С. 55-61.

Вариант Гетеротрофы УОМ

14 сут 28 сут 14 сут 28 сут

Консорциум (контроль) 0,5х102 50,0х106 0,5х106 0,5х104

Гербициды

Консорциум + Лонтрел 1,0 0,5х106 5,0х106 4,5х106 8,0х106

Консорциум + Лонтрел 0,5 40,0х106 6,0х106 0,5х106 0,5х104

Консорциум + Спрут 1,0 25,0х106 0,5х106 12,5х106 0

Консорциум + Спрут 0,5 11,5х106 2,0х106 0,5х106 0,5х104

Инсектициды

Консорциум + Актара 1,0 1,0х106 8,5х106 1,0х106 5,0х106

Консорциум + Актара 0,5 200,0х106 200,0х106 11,0х106 11,0х106

Консорциум + Фуфанон 1,0 0,5х104 20,0х106 0 7,5х106

Консорциум + Фуфанон 0,5 2,0х106 27,5х106 0,5х106 7,5х106

Фунгициды

Консорциум + Максим 1,0 13,5х106 3,0х106 10,0х106 1,5х106

Консорциум + Максим 0,5 6,0х106 3,5х106 7,5х106 5,0х106

Консорциум + Фитоспорин 1,0 19,0х106 50,0х106 5,0х106 7,5х106

Консорциум + Фитоспорин 0,5 24,5х106 27,5х106 5,0х106 3,0х106

Примечание. Различия между опытными и контрольным вариантами достоверны при Р<0,05.

при воздействии дозе инсектицида Актара в дозе 0,5, а минимальное - в варианте консорциум + Фуфанон

ВлаЭимгрсШ ЗемлеШецТ)

№ 1 (87) 2019

8. Перспективный штамм бацилл для разработки микробного биопрепарата для снижения пестицидной нагрузки при выращивании овощебахчевой продукции и картофеля в Астраханской области / Сопрунова О.Б., Байрамбеков Ш.Б., Баубекова Д.Г. и др. //Известия Уфимского научного центра РАН. 2015. № 4 (1). С. 147-149.

9. ГоловлеваЛ.А., Ганбаров Х.Г., Скрябин Г.К. Разложение лигнина грибными культурами//Микробиология. 1982. Т. 51, № 4. С. 543-547.

10. Петров В.Б., Чеботарь В.К. Микробиологические препараты в практическом растениеводстве России: функции, эффективность, перспективы //Рынок аПк. 2009. №7. C. 16-18.

11. Эффективность биопестицидов и регуляторов роста растений в защите пшеницы от болезней / Санин С.С., Назарова Л.Н., Неклеса Н.П., Полякова Т.М., Гудвин С. //Защита и карантин растений. 2012. №3. С. 16-18.

12. Гериева Ф.Т., Басиев С.С., Гериева М.А. Особенности действия применения бактериальных удобрений на продуктивность и биохимические показатели качества клубней при возделывании картофеля в условиях Северного Кавказа // Вестник АПК Ставрополья. 2016. № 3 (23). С. 156-159.

13. Колешко О.И. Экология микроорганизмов почвы: лабораторный практикум. Минск: Высшая школа, 1981.175 с.

14. Создание и применение биоудобрения на основе эффективного консорциума микроорганизмов- деструкторов углеводородов для рекультивации нефтезагрязненных почв Республики Татарстан/Дегтярева И.А., Яппаров И.А., Яппаров А.Х. и др. // Нефтяное хозяйство. 2017. №5. С. 100-103.

15. Методы почвенной микробиологии и биохимии/под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991.304 с.

16. Луста К.А., Фихте Б.А. Методы определения общей жизнеспособности микроорганизмов. Пущино, 1990.186 с.

ASSESSMENT OF THE IMPACT OF PESTICIDES DIFFERENT FUNCTION TO CONSORTIUM OF MICROORGANISMS-DESTRUCTORS I.A. Degtyareva1, I.A. Yapparov1, A.Ya. Davletshina1, T. Yu. Motina1, S.K. Zaripova2, Z.M. Vafina2

1Tatarstan Research Institute of Agrochemistry and Science - economically autonomous structural subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science " Federal Research Center "Kazan Research Center of the Russian Academy of Sciences", ul. Orenbyrgskiy trakt 20a, Kazan, Republic of Tatarstan, 420059, Russian Federation

2Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Kazan National University of Science and Technology, ul. Karl Marx 68, Kazan, Republic of Tatarstan, 420015, Russian Federation

Abstract. It was researched a possibility of using of an autochthonous microbial destructors community simultaneously with pesticides different function to remediate soils, which were polluted by hydrocarbon. It was estimated the influence of insecticides Aktara and Fufanon-Nova, herbicides Lontrel and Sprut Extra, fungicides Maxim and Fitosporin on microbial destructors consortium, which are offered as a part of biofertilizer. The consortium of hydrocarbon oxidizing microorganisms in the soil of the Republic of Tatarstan was represented by three stains: Micrococcus luteus М-171 (RCAM03279), Staphylococcus pasteuri S1-717 (RCAM03280), Staphylococcus pasteuri S2-717 (RCAM03281). It was researched an influence of six pesticides in doses 1.0 and 0.5 on the number of microorganisms. 14 and 28 days later was observed a decrease in a number of microorganisms by applying a higher dose of pesticides Aktara, Lontrel and Fufanon to the consortium. The insecticide Altara is more toxic for microorganisms in the consortium. A toxic influence of the pesticides on a number of hydrocarbon oxidizing microorganisms during the first 14 days wasn't revealed. The consortium with Aktara dosed 0.5 had the maximum positive effect. By the 28th day, the number of hydrocarbon oxidizing microorganisms exceeded that in control variants. The exceptions were the variants, where the herbicides Sprut (dosed 0.5 and 1.0) and Lontrel (dosed 1.0) were applied to the consortium. Therefore, these pesticides in the soil during rehabilitation of ecosystems didn't have a negative effect on the consortium consisted of autochthonous microorganisms-destructors, which were offered as a part of biofertilizer.

Keywords: pesticides, microorganisms-destructors, hydrocarbons, consortium, biofertilizer.

Author details: I.A. Degtyareva, Doctor of Sciences (biology), leading research fellow (e-mail peace-@mail.ru); I.A. Yapparov, Doctor of Sciences (biology), head of the Tatarstan Research Institute of Agrochemistry and Science; A.Ya. Davletshina, Candidate of Sciences (agriculture), senior research fellow; T. Yu. Motina, Candidate of Sciences (biology), senior research fellow; S.K., Zaripova, Candidate of Sciences (biology), senior research fellow; Z.M. Vafina, master.

For citation: Degtyareva I.A., Yapparov I.A., Davletshina A.Ya., Motina T. Yu., Zaripova S.K., Vafina Z.M. Assessment of the impact of pesticides different function to consortium of microorganisms-destructors // Vladimir Agricolist. 2019. №1. P. 31-34. D0I:10.24411/2225-2584-2019-10051.

D0I:10.24411/2225-2584-2019-10052 УДК 631.465 /445

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ

М.К. ЗИНЧЕНКО, кандидат биологических наук, обработку. Почвенные образцы отбирали из слоя 0-20 см в

ведущий научный сотрудник (e-mail: popel62@yandex.ru) мае, июле и сентябре в 2017-2018 гг. В почве учитывалась

активность окислительно - восстановительных

ферментов (каталазы, полифенолоксидазы, пероксидазы) и

Верхневолжский федеральный аграрный гидролитических ферментов (инвертазы и уреазы). Применение

научный центр, ул. Центральная, д. 3, п. Новый, различныхдозизвестинаестественномфоненеоказаливлияния

на активность комплекса окислительно - восстановительных

Суздальский р-н Владимирская обл. 601260, Р°ссийская и гидролитических ферментов относительно контроля.

Федерация На удобренном фоне отмечено положительное влияние

на оксиредуктазную активность одинарной и полуторной

Резюме. На производственном поле в микрополевом дозы извести. Наименее чувствительной к воздействию

опыте на серой лесной слабооподзоленной среднесуглинистой извести и удобрений была пероксидазная активность почвы.

почве проводились исследования по определению влияния Значения активности пероксидазы имели несущественную

различных доз извести на энзиматическую активность почвы. вариабельность по вариантам ты/га. Самым высоким

Известь внесли в количестве: 0,5; 1; 1,5 дозы, рассчитанной потенциалом ферментативной активности обладает

по гидролитической кислотности на естественном и вариант использования извести в дозе Нг + N60Р60К60.

минеральном ^0Р60К60) фоне в 2016 г. под осеннюю зяблевую Средний показатель активности ферментов за период

№ 1 (87) 2019 ВлаЭимгрсШ 3 емлеШецТ)