CC BY
1СОСТОЯНИЯ ЗАСОРЕННЫХ ПОЧВ СЫРДАРЬИНСКИЙ ОБЛАСТИ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИХ ПРИРОДНО - БАЗОВОЙ ПЛОДОРОДНОСТИ 1Ибрагимов А.А., 2Шонахунов Т.Э., 3Хусанов Т.С., 4Хамраева З.Т., 5Яхяева М.А.,
6Ахмедова З.Р.
1'2'3'4'5'6Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан, Ташкент, ул. А.
Кадири-7 Б https://doi.org/10.5281/zenodo.10935283
Аннотация. Были изучены степени засоренности почвы бывших аэродромов сельхоз химии Сырдарьинской области (Мирзабадский, Гулистанский, Баяутские районы). Установлено, что, почвы бывших аэродромов трех районов отличаются по составу и остаточной концентраций пестицидов и имеют различные показатели по содержанию и степенью засоленности. По степени загрязнённости Мирзабадкий район оказался сильно загрязнённым, затем Баяутский, менее загрязнённым - Гулистанский район В лабораторных условиях для определения способов биоремедиации и увеличение плодородности засоренных почв аэродромов почвы были изучены энергии прорастания и степени всхожести семян пшеницы сорта «Гозгон», путём использования суспензии самых стойких культур актиномицетов и бактерий, выделенные из засоренных почв: Streptomyces rochei strain N4, Streptomyces violaceoruber, strain № 3, Bacillus sp. -1, Bacillus sp., 2, Pseudomonas sp. Базальная плодородность изучаемых почв показало, что относительно большим, способствующий всхожесть и дальнейший рост пшеницы, что из 15-ти штук посаженных семян пшеницы самую высокую всхожесть пшеницы (14 штук) показал почва (150 гр) аэродрома Гулистанского района. Самым худшим по низкой биогенности, засоленности, высокой остаточной концентрацией пестицидов отличался почва Мирзабадского района, в которой из 15 семян пшеницы не одного всходов не было обнаружено.
Ключевые слова: аэродром, почва, засолённость, пестициды, рН, микробный пейзаж, бактерии, грибы, актиномицеты, хроматография, культивирования, семена пшеницы, всхожесть, плодородность.
Abstract. The degree of soil contamination offormer agricultural chemical airfields in the Syrdarya region (Mirzabad, Gulistan, Bayaut districts) was studied. It has been established that the soils of former airfields in three regions differ in composition and residual concentrations of pesticides and have different indicators in terms of content and degree of salinity. In terms of the degree of pollution, the Mirzabad district turned out to be heavily polluted, then the Bayaut district, and the Gulistan district was less polluted. In laboratory conditions, to determine the methods of bioremediation and increase the fertility ofpolluted soils of airfields, the germination energy and degree of germination of wheat seeds of the Gozgon variety were studied by using a suspension of the most resistant cultures ofactinomycetes and bacteria isolatedfrom contaminated soils: Streptomyces rochei strain N4, Streptomyces violaceoruber, strain No. 3, Bacillus sp. -1, Bacillus sp., 2, Pseudomonas sp. The basal fertility of the studied soils showed that the soil (150 g) of the airfield of the Gulistan region showed the highest germination ofwheat (14pieces), which contributed to the germination andfurther growth ofwheat. The worst soil in terms of low biogenic
content, salinity, and high residual concentration of pesticides was found in the soil of the Mirzabad region, in which out of 15 wheat seeds, not a single seedling was found.
Keywords: aerodrome, soil, salinity, pesticides, pH, microbial landscape, bacteria, fungi, actinomycetes, chromatography, cultivation, wheat seeds, germination, fertility.
Введение. Известно, что засоление является одной из наиболее серьезных проблем деградации земель, с которыми сталкивается весь Мир. Засоленность приводит к плохому росту растений и низкой микробной активности почвы из-за осмотического стресса и токсичных ионов. Почвенные микроорганизмы играют ключевую роль в почве посредством минерализации органического вещества в доступные для растений питательные вещества. Поэтому важно поддерживать высокую микробную активность в почвах. Почвенные микробы, устойчивые к засолению, противодействуют осмотическому стрессу, синтезируя осмолиты, что позволяет им поддерживать тургор клеток и метаболизм. Осмотический потенциал является функцией концентрации солей в почвенном растворе и, следовательно, зависит как от солености (измеряемой как электропроводность при определенном содержании воды), так и от содержания воды в почве. Засоленность и содержание воды в почве меняются во времени и пространстве. Понимание влияния изменений засоленности и содержания воды на почвенные микроорганизмы важно для растениеводства, устойчивого землепользования и реабилитации засоленных почв [1].
Следовательно, основными загрязнителями почвы, воды и других природных объектов являются соли различного типов. Поэтому, солевой стресс является одним из сильных абиотических стрессоров, который может существенно повлиять прежде всего на плодородие, стабильность и биоразнообразие почвы и, следовательно, повлиять на производство продуктов питания за счет снижения роста и урожайности растений [2] Почвы в прибрежных, засушливых и полузасушливых районах, естественно, могут иметь повышенное засоление.
Таким образом, солевой стресс, возникающий в результате чрезмерного накопления солей в почве, может привести к снижению роста и урожайности растений, далее и полному прекращению их роста, засоряя также и водные источники. В будущем из-за изменения климата и климатической нагрузки, изменение циклов осадков и повышение температуры увеличат нагрузку на сельское хозяйство, включая усиление солевого стресса.
Достижения в понимании механизмов солевого стресса микроорганизмов, простейших и других живых существ почвы и растений позволяет разработать подходы, которые лучше стимулируют защитные механизмы растений, возникающие во время возникновения действия полезных микроорганизмов. Как эндофитные, так и ризосферные микробы способствуют смягчению абиотических стрессов у растений, способствуя росту и развитию в условиях солевого стресса [3].
Следует также отметить, что в сельском хозяйстве устойчивая, научно-обоснованная практика позволяет хорошее управление природными системами и ресурсами, что включает освоение и поддержание здоровых почв, разумное использование
воды, минимизацию загрязнения, сохраняющей биоразнообразию почвенных живых существ.
Поэтому, оценка естественного потенциала почвы с целью создания и развития устойчивой сельскохозяйственной технологии и возделывания культур, стойких к солевому стрессу с использованием устойчивых, экологически приуроченных микроорганизмов является актуальной задачей не только микробной биотехнологии, но и охраны окружающей среды, экологии.
Засоленная почва обычно определяется как почва, в которой электропроводность (EC) насыщенного экстракта (ECe) в корневой зоне превышает 4 dS m-1 (приблизительно 40 мМ NaCl) при 25 °C и содержит обменный натрий 1%. Урожайность большинства сельскохозяйственных растений снижается при этом ECe, хотя многие культуры демонстрируют снижение урожайности при более низких ECe [4]. Подсчитано, что во всем мире 20% всех обрабатываемых и 33% орошаемых сельскохозяйственных земель страдают от высокого засоления. Кроме того, засоленные площади увеличиваются на 10% ежегодно по разным причинам, включая малое количество осадков, высокое поверхностное испарение, выветривание коренных пород, орошение соленой водой и др. По оценкам, к 2050 году более 50% пахотных земель будут засолены [4].
Поэтому, изучение влияние солевого стресса обитателей почвы (микроорганизмы, простейшие и др), растениям, являющиеся одним из абиотических стрессоров, которые существенно влияют на плодородие, стабильность и биоразнообразие почвы и, следовательно, оказывающий негативное влияние на производство и качества сельскохозяйственного продуктов питания, снижение снижения роста и урожайности растений является важной задачей проблемы биоремедиации засоленных и засорённых почв [5].
Объекты и методы исследования
Объектами исследования были образцы почв, взятые из различных горизонтов (0-15, 15-30 см) территорий бывших аэродромов сельскохозяйственной авиации Мирзабадского, Баяутского, Гулистанского районов Сирдарьинского вилоятов.
Для выделения микроорганизмов и определения микробного пейзажа были использованы питательные среды, описанные в пособиях Егорова А.Е. и Нетрусова. А.И. [7]. В работе использовались готовые питательные среды: Среда МПА для определения общего количества сапротрофных микроорганизмов, МПБ для аммонифицирующих бактерий определения общего количества семейства Enterobacteriaceae и производства Hi Media
Для изучения грибов использовали среды: Чапека-Докса (для выделения микроскопических грибов) (г/л): NaNOs - 2; KH2PO4 - 1; KCl - 0,5; MgSÜ4 * 7 H2O - 0,5; FeSÜ4 * 7 H2O - 0,01; Сахароза - 30; Агар-агар - 20, остальное дистиллированная вода -1000 мл. Среду стерилизуют при 0,5 атм 20-30 мин.
Для приготовления разведений стерильную водопроводную воду разливают по 9 мл в стерильные сухие пробирки. Затем 1 мл исследуемой суспензии стерильной пипеткой переносили в пробирку с 9 мл стерильной водой, данное разведение довели до разведение-
10. Полученное разведение тщательно перемешивали новой стерильной пипеткой, несколько раз вбирая в пипетку и выпуская из неё полученную суспензию клеток. Затем той же пипеткой отбирают 1,0 мл суспензии и переносят во вторую пробирку, получая второе разведение. Таким же образом готовили последующие разведения. Степень разведения рассчитывали от плотности исследуемой популяции микроорганизмов; соответственно она тем больше, чем больше плотность популяции. [6].
Видовые принадлежности выделенных почвенных микроорганизмов определяли на анализаторе MALDI-TOF масс-спектрометр по методу [7].
Остатки пестицидов определяли методом ^Х-МБ), взятые из засоренных почв в разрезе 0-30 см из следующих районов: 1-объект- аэродром сельхоз химии Мирзабадского района, 2-объект- аэродром сельхоз химии Баяутского района, 3-объект- аэродром сельхоз химии Гулистанского района. Стандарты активного вещества: имидаклаприд (конфидор), фипронил (адонис), пестицидов растворяли в хлороформе и сравнивались стандартами в системе хлороформ -этилового спирта (10:1).
Результаты и их обсуждение
Для оценки степени засоренности солями и пестицидами изучали образцы почвы, привезенные из засоренных почв трех районов Сырдарьинской области на наличие солей, остатков пестицидов, а также базальная плодородность почвы в лабораторных условиях с использованиям семян пшеницы и хлопчатника.
Изучение агрохимических показателей по степени засоленности исследуемых почв показали, что типы засоления, рН, свойства почвы показали различия в исследуемых показателей.
Таблица-1. Показатели засоленности почвы аэродромов сельхоз химии Сырдарьинской области
Место отбора Степень Типы по Есе, рН Пока Норма
образцов почвы засоленности
по Есе, dS/m засоления затель рН почвы
сильнозасоленная Сильнощело 7,0
Мирзабадский район 2,9 почва, сульфатно хлоридно-типа 8,7 чная
очень Средне
Баяутский район 2,5 сильнозасоленная почва, хлоридно-сульфатного типа 7,9 щелочная
Среднезасоленная Слабо
Гулистанский район 1.9 почва, хлоридно-сульфатного типа 7,3 щелочная
Почвы районов отличались между собой по показателям рН, имеющие значения рН-8,7, рН-7,9, рН-7,3, что соответствует сильно и средне щелочному показателю. Типы относились к сильно засоленной сульфатно-хлоридного, хлоридно-сульфатного типов.
Из состава сильно засоренной почвы пестицидами Мирзабадского района было выделено и идентифицированы следующие культуры микроорганизмов: Streptomyces violaceorubidus, Streptomyces rochae, Kocuria rosea, Pseudoarthrobacter oxydans, Pseudomonas xanthomarina, Klebsiella pneumaniae, Arthrobacter crystallopoietes, Bacillus cereus, Citrobacter braaki, Providencia retgeri, Bacillus megaterium. Bacillus subtilus, Pseudomonas aeruginosa.
Превалирующей концентрацией отличались 3 культуры бактерий: Bacillus megaterium, Bacillus subtilus, Pseudomonas aeruginosa и 2 -культуры актиномицетов: Streptomyces violaceorubidus, Streptomyces rochae.
Далее, были продолжены лабораторные опыты по созданию способов биоремедиации с использованием выделенных доминирующих культур стойких микроорганизмов из засоре С использованием аборигенных культур (бактерий, актиномицетов) выделенных из почвы склада пестицидов Мирзабадского района были исследованы всхожести семян пшеницы сорта «Гозгон» и опушённых видов хлопчатника сорта «С 6524». Семена в количестве по 15 штук были посажены в специальные сосуды (содержание почвы 150 гр.) почвы, обрабатывали с КЖ выделенных культур (каждой о отдельности) и вели наблюдения в течение 7-14 суток в комнатных и освещенных условиях. Полив проводили вертикальной диффузией через каждые 3-дня. Последовательностью работы провели путям обработки семян с разной степенью разбавления культур микроорганизмов. При этом использовались уровни разбавления 5% для почвы и 10% для семян. Семена до посева вымачивали 30 минут. В каждой горшочке было посажена по 15 семян пшеницы.
Таблица-2. Влияние солеустойчивых аборигенных культур микроорганизмов на испытание плодородности почвы бывшего аэродрома Гулистанского района на всхожесть семян пшеницы сорта «Гозгон» в лабораторных условиях.
I цикл
Коли
Название культур Числ о горш ков Колич ества всходо в, штук) Всхож есть семян на 7- сутки (%) Средняя длина стеблей (всех проросших растений) (см) честв а всход ов до 14 суток штук Всхоже сть семян на 14 сутки, (%) Общее число проросш их растени й, штук Средн яя длина стебля (см)
7 сутки 14 сутки
Streptomy ces sp 1 A1 б 40,0 2,0 1 4б,ббб7 7 12
Streptomy ces sp 2 A2 7 4б,бб7 7,б 3 бб,ббб7 10 8
Bacillus sp 1 A3 7 46,667 9 3 66,6667 10 15
Bacillus sp 2 A4 14 93,333 9 0 93,3333 14 13,5
Pseudomo nas sp A5 6 40,0 1,3 2 53,3333 8 15
Control A16 3 20,0 3,3 6 40,0 9 10
Из данных таблицы видно, что самую высокую эффективность оказал КЖ Bacillus sp 2, где всхожесть почти всех семян пшеницы (14 штук) и быстрый рост растений, в которой средняя длина всех растений в течени е 14 суток роста составила 13,5 см. Далее, Bacillus sp 1, Streptomyces sp 2, Pseudomonas sp оказывали благоприятное влияние на рост и развитие хлопчатника в лабораторных условиях.
Таблица-3. Влияние солеустойчивых аборигенных культур микроорганизмов, выделенных из засоренных почв пестицидами на тест плодородности исходной почвы аэродрома Мирзабадского района на всхожесть семян пшеницы сорта «Гозгон».
I цикл
Название культур Число горшков Количес тва всходов, штук) Всхож есть семян до 7- суток, (%) Средняя длина стеблей (всех проросш их растений ) (см) Коли честв а всход ов до 14 суток, штук Всхо жест ь семя н на 14 сутк и, (%) Общее число проросших растений, штук Сре дняя дли на стеб ля (см)
7 сутки 14 сутки
Streptomyces sp 1 A6 0 0 0 0 0 0 0
Streptomyces sp 2 A7 0 0 0 0 0 0 0
Bacillus sp 1 A8 0 0 0 0 0 0 0
Bacillus sp 2 A9 0 0 0 0 0 0 0
Pseudomonas sp A10 0 0 0 0 0 0 0
Control A17 0 0 0 0 0 0 0
Из данных таблицы видно, что всхожести почти всех семян пшеницы (15 штук) во всех во всех вариантах опыта не было обнаружена никаких признаков всхожести и роста семян пшеницы в течение 7 и дальнейших 14 суток наблюдения.
Таблица-4. Влияние солеустойчивых аборигенных культур микроорганизмов, выделенных из засоренных почв пестицидами на тест плодородности исходной почвы бывшего аэродрома Баяутского района на всхожесть семян пшеницы сорта «Гозгон»
Название культур Чис ло гор шко I цикл
Количе ства всходо Всхо жест ь Средняя длина стеблей Всхож есть семян Всхо жест Общее число проросших растений, Средняя длина стебля
в в, штук) семя н на 7- сутк и (%) (всех проросш их растений ) (см) до 14 с уток (+) ь семя н на 14 штук (см)
сутк и, (%)
7 сутки 14 сутки
Streptomyces sp 1 A11 0 0 0 3 20,0 3 12
Streptomyces sp 2 A12 2,0 13.33 3 2,8 1 13,333 3 11
Bacillus sp 1 A13 2,0 13,33 3 3 3 20 5 12
Bacillus sp 2 A14 0 0 0 0 0 0 0
Pseudomonas sp A15 0 0 0 0 0 0 0
Control А18 0 0 0 0 0 0
Было обнаружено, что почва Баяутского района была засорена в средней степени, что из 15 семян процент всхожести составила всего лишь 13,3 % на 7-сутки и количество всходов в течение 14 суток составила всего 5-штук.
Проведенные эксперименты показали, что почвы бывших аэродромов трех районов Сырдарьинской области отличаются по составу и остаточной концентраций пестицидов и имеют различные показатели всхожести семян пшеницы. По степени загрязненности Мирзабадкий район оказался сильно загрязненным, затем Баяутский, менее загрязненным - Гулистанский район Сырдарьинской области.
Таким образом, изучение всхожести семян на засоренных почвах аэродромов (пестицидов) показали разные результаты. В лабораторных условиях для определения способов биоремедиации и увеличение плодородности засоренных почв аэродромов почвы были изучены энергии прорастания и степени всхожести семян пшеницы сорта «Гозгон», путем использования суспензии самых стойких культур актиномицетов и бактерий, выделенные из засоренных почв: Streptomyces rochei strain N4, Streptomyces violaceoruber, strain № 3, Bacillus sp. -1, Bacillus sp., 2, Pseudomonas sp.
Что касается базальной плодородности изучаемых почв, то стало известно, что и з 15-ти штук посаженных семян пшеницы самую высокую всхожесть пшеницы (14 штук) показал почва (150 гр) аэродрома Гулистанского района. Самым худшим по низкой биогенности, засолённости, высокой остаточной концентрацией пестицидов отличался почва Мирзабадского района, в которой из 15 семян пшеницы не одного всходов не было обнаружено.
REFERENCES
1. Azubuike, C.C.; Chikere, C.B.; Okpokwasili, G.C. Bioremediation techniques-classification based on site of application: Principles, advantages, limitations and prospects. World J. Microbiol.Biotechnol.2016, 32, e180.
2. Hazen, T.C. In situ: Groundwater bioremediation. In Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2010; Volume 1, pp. 2583-2596, ISBN 978-3-540-77584-3.
3. Sharma, J. Advantages and limitations of in situ methods of bioremediation. Recent Adv. Biol. Med. 2019, 5, 1.
4. Jamil, A., Riaz S., Ashraf M. and Foolad M.R. (2011) Gene expression profiling of plants under salt stress. Critical Reviews in Plant Sciences 30, 435-458.].
5. Аликулов Б.С. МЕХАНИЗМЫ СНИЖЕНИЯ СОЛЕВОГО СТРЕССА У РАСТЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ СОЛЕУСТОЙЧИВЫХ БАКТЕРИЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ГАЛОФИТОВ.Научное обозрение. Биологические науки. - 2023. - № 1 - С. 98-104]
6. Нетрусов А.И., Егоров М.А., Захарчук Л.М. Практикум по микробиологии //. - М.: Академия, 2005. - С. 96-242.].
7. Зинченко М.К., Зинченко СИ., Борин А.А., Камнева О.П. ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ АГРАРНЫХ ПОЧВ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ. Журнал Современные проблемы науки и образования. - 2017. - № 3]
