CC BY
96
Расход влаги на создание единицы продукции у зерновых, однолетних трав и трав 2-го года пользования уменьшается, по сравнению с фоном, в случае применения органических удобрений в 1,1-1,4 раза, сочетания навоза с одинарной дозой полного минерального питания - в 1,27-1,56, с двойной дозой NPK - в 1,44-1,83 раз.
На травах 1-го года пользования внесение удобрений не оказало влияния на расход влаги единицей урожая, так как, по сравнению с контролем и фоном, оно не обеспечило прироста урожайности.
В неблагоприятные по метеорологическим условиям годы влага использовалась менее эффективно.
Окупаемость 1 кг д.в. минеральных удобрений за ротацию севооборота при одинарной дозе (^3Р35К35) составила 6,9 кг зерн. ед., двойной ^80Р70К70) - 5,2; органических (при расчете на ежегодное внесение ^РЧЖ„„..^„Р„-К„) - 2,2...3,2, сочетании внесения
26 16 26 52 32 52' ' ' '
навоза с минеральным удобрением ^РК и 2NPK) -3,6.5,2 кг зерн. ед.
Величины окупаемости 1 кг д.в. полного минерального удобрения и сочетания его с органическим для одинаковых суммарных доз, содержащихся в них элементов питания, близки, а при внесении навоза и совместного применения органических и фосфорно-калийных удобрений снижаются.
Литература.
1. Система ведения сельского хозяйства Владимирской области. Владимир: Изд-во ВАСХНИЛ НЗ РСФСР, 1983. 341 с.
2. Окорков В.В. Удобрения, плодородие и урожай на серыхлесных почвах Владимирского Ополья. Суздаль: Владимирский НИИСХ, 2001. 337 с.
3. Окорков В.В. Антропогенная трансформация серых лесных почв Владимирского ополья при длительном применении удобрений. Владимир: ВООО ВОИ, 2012. 104 с.
4. Авдонин Н.С., Петербургский А.В., Шедеров С.Г. Известкование кислых почв. М.: Колос, 1976. 304 с.
5. Окорков В.В. Удобрения и плодородие серых лесных почв Владимирского Ополья. Владимир: ВООО ВОИ, 2006. 356 с.
6. Теоретическое и практическое обоснование технологий применения агрохимических средств на серых лесных почвах Владимирского Ополья/ Окорков В.В., Ненайденко Г.Н., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Владимир. ГНУ Владимирский НИИСХ РАСХН, 2010.104 с.
influence of FERTiLiZiNG AND cLIMATic coNDiTioNs oN EFFiciENOY AND MoisTURE usage by field crops on grey forest soils of opolya
V. V. okorkov, o. A. Fenova, L.A. okorkova
Vladimir science and Research Institute on Agriculture of Russian Academy of Agrarian sciences summary. It is shown in the 7 -field grain and grass crop rotation the dependence of the efficiency of precipitation and soil moisture on the climatic conditions and fertilizing. During the years with a equal disssimination of rainfalls during the growing season and moderate air temperatures arable crops use of the moisture out of the soil layers of 40.. .100 cm (20 mm) not intensively, in moderately dry with the lack of moisture in the spring and summer and unfavorable for the growth and vegetation for plants - 20 - 40 mm, in the acute drought years with favorable conditions during the critical phase of vegetation - 40 ... 60 mm and above. Consumption of water per unit of production for grain, annual grasses and grasses of the 2nd year of use reduced in comparison with the background of liming with the application of organic fertilizer at 1.1 ... 1.4 times, a combination of organic fertilizers with a single dose of complete fertilizer - 1, 27 ... 1, 56, organic fertilizer with a double dose of NPK - 1, 44 ... 1, 83 times. Application of the fertilizers at the grasses of the 1st year of use didn't contribute to more efficient use of water by harvest unit in comparison with the control and the background of liming as they did not provide the increase of the yield. Keywords: gray forest soils, air temperature, precipitation, organic and mineral fertilizers, the usage of soil moisture and rainfall, crop rotation productivity, profitability of fertilizer.
УДК 502.662.2
ВЫДЕЛЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ, АДАПТИРОВАННЫХ К РАЗЛИЧНЫМ КОНЦЕНТРАЦИЯМ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ИЗ ПОЧВ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
А.Я. ХИДИЯТУЛЛИНА, научный сотрудник И.А. ЯППАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
И.А. ДЕГТЯРЕВА, доктор биологических наук, зав. лабораторией
Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук Е-таН: niiaxp2@mail.ru
Резюме. Исследования по формированию коллекции эффективных микроорганизмов - деструкторов углеводородов,
найденных в естественных условиях Республики Татарстан, состояли из нескольких основных этапов: выделение аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов; характеристика эффективности микроорганизмов-деструкторов в отношении различных углеводородов; идентификация штаммов молекулярно-биологическими методами. Углеводородокис-ляющие микроорганизмы выделяли из черноземной и серой лесной почв по модифицированной методике. Выделение чистых культур осуществляли по методу Коха. При определении видового разнообразия выявлено, что изучаемые консорциумы устойчивы к высоким концентрациям углеводородов. Для выделения активных консорциумов исследовали влияние концентрации дизельного топлива 7, 10 и 12%. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов в вариантах с
7 % дизельного топлива составила 2,1.2,5-10" кл./мл, с 10 % - 2,0...2,3-10" кл./мл, с 12 % - 2,0-10" кл./мл. Спектр углеводородов (дизельное топливо, мазут, вакуумная газоль, гексан, фенол, толуол), утилизируемых микроорганизмами-деструкторами, определяли методом реплик. Большинство консорциумов хорошо развивались в присутствии всех упомянутых соединений, кроме фенола. В результате исследований выделено 15 консорциумов микроорганизмов-деструкторов, способных утилизировать углеводороды в концентрациях от 5 до 12%. Культивирование наиболее эффективного консорциума Б, выделенного из черноземной почвы, приводило к изменению цвета среды Ворошиловой-Диановой и формированию сгустков биомассы бежевого цвета толщиной 5 мм. Указанный консорциум состоит из трех штаммов, каждый из которых способен утилизировать дизельное топливо в концентрации до 10%. Входящие в его состав штаммы-деструкторы идентифицированы и задепонированы в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения Российской академии сельскохозяйственных наук (RCAM): Pseudomonas stutzeri Р-1026 (регистрационный номер RCAM02107); Achromobacter insolitus А-102 (RCAM02108); Achromobacter xylosoxidans А-10 (RCAM02109). Ключевые слова: углеводородокисляющие микроорганизмы, углеводороды, рекультивация, нефтезагрязненные почвы
В последние годы становится все более актуальной проблема загрязнения почвы различными продуктами антропогенной деятельности. В связи с этим большой практический интерес представляет поиск не дорогих, экологически безопасных и эффективных способов очистки техногенно загрязненных территорий. Один из таких альтернативных методов - биологическая очистка или биоремедиация, суть которой состоит в использовании для удаления поллютантов микроорганизмов или других биологических систем [1...3].
Среди основных загрязнителей окружающей среды можно назвать нефть и нефтепродукты. В результате аварийных ситуаций при добыче, перевозке и хранении, а также неправильной эксплуатации оборудования происходят утечки, которые наносят значительный урон всей почвенной экосистеме. Это поднимает вопрос о необходимости разработки методов восстановления загрязненных участков.
Компоненты нефти на поверхности почвы частично подвергаются химическому окислению или фотоокислению. Дальнейшее разрушение углеводородов связано с процессами их биохимического окисления. Воздействие нефти на комплекс почвенных микроорганизмов неоднозначно. С одной стороны, она стимулирует рост определенных видов, с другой - ингибирует [4]. Большинство исследований, проведенных в различных биоклиматических зонах, показало, что при нефтяном загрязнении увеличивается численность и активность углеводородокисляющих микроорганизмов. Доказано, что именно они наиболее специфично реагируют на нефтяное загрязнение почвы [5, 6].
При решении проблемы реабилитации нефтеза-грязненных почв перспективно применение штаммов и сообществ углеводородокисляющих микроорганизмов, отобранных в результате селекции и адаптированных к конкретным условиям применения [7, 8].
Цель работы - выделение из почв Республики Татарстан микроорганизмов-деструкторов, адаптированных к различным концентрациям загрязнения нефтепродуктами, и изучение спектра углеводородов, окисляемых аборигенными сообществами.
Условия, материалы и методы. Исследования по изучению углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) включали несколько этапов: выделение природных ассоциаций; определение их свойств; ха-
рактеристика эффективности в отношении различных углеводородов.
Выделение УОМ осуществляли по модифицированной методике [9, 10]. Количественный учет проводили на среде Ворошиловой-Диановой [9]. В качестве единственного источника углерода и энергии в среду вносили дизельное топливо (ДТ). Микроорганизмы-деструкторы выделяли из черноземной и серой лесной почвы, которую предварительно просевали через сито (2 мм), готовили почвенную болтушку и инкубировали ее в течение 1 ч при принудительном перемешивании. Образовавшуюся суспензию вносили в среду Ворошиловой-Диановой (ВД) с различными концентрациями дизельного топлива (ДТ) - 1, 3, 5, 7, 10, 12%. В качестве контроля использовали пробу с 5% ДТ без микроорганизмов. В течение 30 сут. следили за появлением пленки из микроорганизмов, по степени разложения которой судили об активности УОМ. Через каждые 30 сут. проводили пересев на свежеприготовленную среду.
Выделение чистых культур УОМ осуществляли по методу Коха на мясо-пептонной среде и поддерживали в пробирках со скошенной средой (МПА) при комнатной температуре [9].
Чистоту всех выделенных культур периодически проверяли микроскопированием с фазовым контрастом и высевом на элективные питательные среды.
Родовую идентификацию выделенных штаммов УОМ проводили на основании изучения морфологических, культуральных, физиолого-биохимических признаков в соответствии с общепринятыми методами [11.13], видовую - методами молекулярной биологии: секвенирование фрагмента последовательности гена 16S рРНК и мультисубстратное тестирование с помощью системы ОЕМИ Мюгор^е (В^од).
Спектр утилизируемых микроорганизмами-деструкторами углеводородов (дизельное топливо, мазут, вакуумная газоль, гексан, фенол, толуол) определяли методом реплик. В каждую ячейку репликатора добавляли физиологический раствор и выделенные ассоциации УОМ. Затем осуществляли посев на среду ВД с 5% исследуемого вещества. По степени роста микроорганизмов судили об их углеводородокисляю-щей способности.
результаты и обсуждение. Через 30 сут. эксперимента мы исключили пробы с низким содержанием ДТ (1 и 3%), а затем активизировали изучаемые сообщества микроорганизмов-деструкторов, способные расти при высоких концентрациях углеводородов (второй пассаж). Уже на 9 сут. после этого цвет среды Ворошиловой-Диановой начал меняться, на поверхности образовывались хлопья. При третьем пассаже вначале появлялась незначительная пленка на поверхности, а на 7 сут. происходило изменение цвета среды. При четвертом пассаже изменения происходили на третьи сутки, а при пятом - на первые.
При посеве углеводородокисляющих микроорганизмов на мясо-пептонный агар на каждой чашке Петри выросло несколько колоний, что свидетельствует об ассоциации видов.
При определении видового разнообразия было установлено, что изучаемые консорциумы устойчивы к высоким концентрациям углеводородов. Поэтому для выделения активных сообществ исследовали варианты с концентрациями дизельного топлива 7, 10, 12%. Численность УОМ при 7% ДТ составила 2,1...2,5-10" кл./мл, при 10% ДТ - 2,0.,.2,3-Ю11 кл./мл, при 12% ДТ - 2,0-10" кл./мл.
Таблица. Комплексная характеристика выделен- Активный рост проявили 15 ассоциаций микроорганизмов-деструкторов (см. табл.). Большинство из них хорошо развивались в присутствии всех изучаемых углеводородов (дизельное топливо, мазут, вакуумная газоль, гексан, фенол, толуол), кроме фенола. Наибольшую активность по отношению к ним проявили ассоциации с шифрами 717 (А) и 1026 (Б). При культивировании сообщества А на жидкой среде Ворошиловой и Диановой формировались оранжевые сгустки биомассы с образованием пленки толщиной 3 мм, количество ДТ уменьшалось на 7-е сут. более чем на 80%. Культивирование консорциума Б приводило к изменению цвета среды, формированию сгустков биомассы и бежевой пленки толщиной 5 мм, количество ДТ на 6-е сут. уменьшалось на 85%.
При изучении консорциума Б были выделены три штамма, каждый из которых способен утилизировать ДТ в концентрации до 10%. Их идентифицировали и задепонировали в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения Россельхозакадемии (RCAM): Pseudomonas stutzeri Р-1026 (регистрационный номер RCAM02107); Achromobacter insolitus А-102 (RCAM02108); Achromobacter xylosoxidans А-10 (RCAM02109).
Выводы. Таким образом, из почв Республики Татарстан выделено 15 сообществ аборигенных микроорганизмов-деструкторов, утилизирующих углеводороды в концентрации 5.12%. Наиболее эффективен - консорциум Б в составе трех штаммов микроорганизмов (Pseudomonas stutzeri Р-1026; Achromobacter insolitus А-102; Achromobacter xylosoxidans А-10).
Литература.
1. Фокина А.И., Злобин С.С., Домрачева Л.И., Трефилова Л.В. Свойства некоторых видов грибов р. Fusarium - основа для создания биосорбента тяжёлых металлов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. №2. С. 49-52.
2. Фрейберг И.А., Фэн Фуцзюань К вопросу ремедиации почв лесных питомников от пестицидной токсичности с помощью микроорганизмов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. №4. С. 41-43.
3. Чеботарь В.К., Щербаков А.В., Чижевская Е.П., Петров В.Б. Влияние засоления и тяжелых металлов на ростстимулирую-щую и антагонистическую активность почвенных бактерий и перспективы использования микроорганизмов для биоремедиации почв //Достижения науки и техники АПК. 2011. №7. С. 28-31.
4. Кожевин П.А. Биотический компонент качества почвы и проблема устойчивости // Почвоведение. 2001. №4. С. 44-48.
5. Рогозина Е.А., Калимуллина Г. К. Балансовая сторона и динамика утилизации микроорганизмами нефтяного загрязнения почвы // Нефтегазовая геология. Теория и практика: электронный науч. журн. 2009. №4. URL: http://www.ngtp.ru/7/19_2009. pdf.
6. Бабаев Э.Р. Анализ активности штаммов-деструкторов в отношении нефтезагрязнений почв Апшеронского полуострова // Башкирский химический журнал. 2010. Том 17. № 2. С. 17-20.
7. Кудрина Е.А., Максимов А.Ю. Биодеградациядибензотиофена и алканов нефти бактериями рода Rhodococcus//Актуальные аспекты современной микробиологии: тез. III Междунар. молодежной школы-конференции. М., 2007. С. 57-58.
8. Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. Оценка влияния природных ассоциаций углеводородокисляющих микроорганизмов на состояние нефтезагрязненной почвы// Ученые записки Казанского ун-та. 2011. Том 153. кн. 3. С. 137-143.
9. Методы почвенной микробиологии и биохимии/ под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ. 1991. 304 с.
10. Колешко О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум// Минск: Высшая школа. 1981. 175 с.
11. ЛысакЛ.В., Добровольская Т.Г., Скворцова И.Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий // М.: МАКС Пресс. 2003. 123 с.
12. Определитель бактерий Берджи: в 2 т. / под ред. Дж. Хоулта. М.: Мир. 1997. 800 с.
13. Watanabe T. Pictorial atlas of soil and seed fungi: Morphologies of cultured fungi and key to species 113 // Florida. 2000. 411 p.
SELECTiON OF MiCROORGANiSMS-DESTRUCTORS OF THE SOiL OF THE REPUBLiC OF TATARSTAN, ADAPTED TO DiFFERENT CONCENTRATiONS OF HYDROCARBON CONTAMiNATiON
A.Ya. Hidiyatullina, I.A. Yapparov, I.A. Degtereva
Tatar Research institute of Soil Science and Agricultural Chemistry of the Russian Academy of Agricultural Sciences
Summary. The studies on shaping the collections efficient microorganism-destructor hydrocarbon, found in natural condition of the Republic Tatarstan, consisted of several main stages: separation aboriginal hydrocarbon-oxidizing microorganism; the feature to efficiency microorganism-destructor in respect of different hydrocarbon; molecular-biological methods to identifications culture. Hydrocarbon-oxidizing microorganisms selected from chernozem and sulphur of timber soil on modified to methods. The separation pure cultures realized on method Koha. At determination of the aspectual variety is revealled that under study consortiums firm to high concentration hydrocarbon. For separation active consortium researched the concentrations of the diesel oil 7, 10, 12 %. The number
ных консорциумов
Шифр Почва Описание ассоциаций на 7 сутки (цвет среды, наличие и цвет пленки) Численность, УОМ, х1011 кл./мл
717(А)черно- среда желтая, пленка
зем светло-розовая, на свету
стала оранжевой 2,5±0,12
718 серая среда светло-желтая,
лесная пленка розовая 2,2±0,10
728 серая среда желтая, пленка бе-
лесная лая 2,1±0,10
737 серая среда бесцветная, пленка
лесная розовая 2,1±0,11
738 черно- среда бесцветная, пленка
зем белая 2,4±0,11
7131 серая среда желтая, пленка бе-
лесная жевая 2,2±0,10
7244а черно- среда светло-желтая,
зем пленка бежево-розовая 2,3±0,11
7244б черно- среда светло-желтая,
зем пленка белая 2,4±0,11
7245 черно- среда бесцветная,
зем пленка бежевая 2,3±0,11
7251 черно- среда светло-желтая,
зем пленка светло-розовая 2,3±0,11
7252 серая среда светло-желтая,
лесная пленка белая 2,4±0,11
1018 серая среда бесцветная,
лесная пленка бежевая 2,0±0,10
1026 черно- среда бесцветная,
(Б) зем пленка бежевая 2,3±0,11
10352 черно- среда бесцветная, пленка
зем белая 2,2±0,11
1228 черно- среда бесцветная, 2,0±0,10
зем пленка светло-розовая
hydrocarbon-oxidizing microorganism in variant with 7 % diesel oil has formed 2,1-2,5-1011 cell/ml, with 10 % - 2,0-2,3-10" cell/ml, on variant with 12 % - 2,0-1011 cell/ml. The determination of the spectrum utilized hydrocarbon (the diesel oil, fuel oil, vacuum gazol, hexane, phenols, toluene) microorganism-destructor checked the method of the remarks. The majority consortium well developed in whitness of all hydrocarbon, except phenols. As a result of studies is chosen 15 consortiums microorganism-destructor, capable to utilize the hydrocarbons in concentration from 5 before 12 %. Cultivation the most efficient consortium B, chosen from cheronozem soil, brought about change the colour of the ambience Voroshilovoy-Dianovoy and shaping clot biomasses of the beige colour by thickness 5 mm. Given consortium consists of three culture, each of which capable to utilize the diesel oil in concentrations before 10 %. Falling into his composition culture-destructors are identified and depositing in Departmental collection useful microorganism agricultural purpose to Russian academy of the agricultural sciences (RCAM): Pseudomonas stutzeri R-1026 under registration number RCAM02107; Achromobacter insolitus A-102 (RCAM02108); Achromobacter xylosoxidans A-10 (RCAM02109). Keywords: hydrocarbon-oxidizing microorganisms, hydrocarbons, recultivation, oil-contaminated soil
УДК 502.662.2+631.472.74:502.7
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АБОРИГЕННЫХ СООБЩЕСТВ МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ТИПИЧНОМ ЧЕРНОЗЕМЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
И.А. ДЕГТЯРЕВА, доктор биологических наук, зав. лабораторией
А.Х. ЯППАРОВ, доктор сельскохозяйственных наук, директор
И.А. ЯППАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
А.Я. ХИДИЯТУЛЛИНА, научный сотрудник Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук E-mail: niiaxp2@mail.ru
Резюме. Из почв Республики Татарстан выделены активные консорциумы микроорганизмов-деструкторов углеводородов А и Б. В условиях вегетационного опыта определена их эффективность на типичном черноземе с яровой пшеницей сорта Экада-66. В вариантах консорциум Б, минеральное удобрение + консорциум Б и яровая пшеница + консорциум Б количество углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) превышало контроль в 1,4-5,0 раза на протяжении всего эксперимента. При внесении только консорциума А численность УОМ увеличивалась до 60 сут. (в 1,1 раза выше контроля), после чего наблюдалась стабилизация их численности. В вариантах с высоким количеством УОМ отмечено наибольшее снижение углеводородов к 90 сут: при внесении консорциума Б на 59,0%, при выращивании пшеницы и внесении консорциума Б - на 61,4%, в то время как в варианте с сообществом А величина этого показателя составила 44,5%, растение + консорциум А - 58,3%. Наиболее эффективное снижение углеводородов отмечено при совместном использовании консорциума Б с минеральным удобрением - 73,1%. Численность гетеротрофных микроорганизмов до 30 сут. эксперимента в большинстве опытных вариантов была ниже контрольных значений (в 2,1-9,8 раза). В конце эксперимента количество гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов стало практически одинаковым. В загрязненной почве численность микромицетов была в 1,8-8,5 раз ниже, чем в контрольной. Респираторная активность во всех опытных вариантах возрастала, по сравнению с контрольной почвой, в 2,3-6,8 раз, а при использовании исследуемых консорциумов практически сразу увеличилась вдвое. Внесение минерального удобрения как отдельно, так и с консорциумами микроорганизмов способствовало росту базального дыхания в 1,8-6,6 раза. В целом процесс деградации дизельного топлива в почве протекал более эффективно в вариантах с консорциумом Б.
Ключевые слова: углеводороды, почва, загрязнение, угле-водородокисляющие микроорганизмы, ассоциации, рекультивация, типичный чернозем, минеральные удобрения
Биовосстановление нефтезагрязненных почв основано на стимуляции природных процессов деградации, интенсифицировать которые можно двумя основными способами: внесением промышленных биопрепаратов на основе специальных микроорганизмов-деструкторов и использованием активной аборигенной углеводородокисляющей микрофлоры.
Для применения любого биопрепарата, имеющего в своем составе активные формы микроорганизмов, требуется создание и строгое выполнение оригинальной технологии,которую необходимо корректировать в каждой почвенно-климатической зоне. При этом наиболее эффективными считают биопрепараты на основе природных углеводородокисляющих микроорганизмов, включающих различные таксономические и физиологические группы [1].
Интродуцируемые микроорганизмы-деструкторы должны обладать такими свойствами, как высокая метаболическая активность и скорость потребления углеводородов нефти, конкурентная способность по отношению к аборигенной микробиоте и способность к длительному выживанию в изменяющихся условиях окружающей среды [2, 3].
Цель наших исследований - оценка эффективности аборигенных сообществ микроорганизмов-деструкторов углеводородов на типичном черноземе Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы. Вегетационный опыт по определению эффективности выделенных сообществ микроорганизмов-деструкторов углеводородов проводили на типичном черноземе при выращивании яровой пшеницы сорта Экада-66 в теплице с естественным освещением в летний период в сосудах на 6 кг. Почву загрязняли дизельным топливом в концентрации 5%. На основании результатов ранее проведенных экспериментов [4] в опыте использовали выделенные активные сообщества микроорганизмов- 33
