Микробиота почвы

Глава 6. МИКРОБИОТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В биосфере Земли повсеместно присутствуют микроорганизмы, жизнедеятельность которых необходима для поддержания динамического равновесия в биосфере. Естественными средами обитания микроорганизмов являются вода, почва, растения, животные и человек.

Микробиота почвы

Почва обильно населена микроорганизмами. В почве они находят все условия, необходимые для их развития: питательные вещества, влагу, достаточную аэрацию, защиту от прямых солнечных лучей и высушивания.

Деятельность микробов играет большую роль в формировании почвы, в создании ее плодородия. Различные почвенные микроорганизмы, последовательно сменяя друг друга, осуществляют в почве разнообразные превращения органических и минеральных веществ, определяющие круговорот веществ в природе. Они разлагают растительные и животные остатки в почве и превращают их в гумус, а также минерализуют органические вещества. Под влиянием микроорганизмов происходит синтез новых органических веществ в почве, изменяется ее структура, кислотность. При участии микроорганизмов происходят процессы самоочищения почвы.

Количественный и качественный состав микробиоты различных почв значительно колеблется в зависимости от химического состава почвы, ее физических свойств, структуры, реакции, окислительно-восстановительного потенциала, влагоемкости, степени аэрации. Существенно влияют также климатические условия, время года, степень освоения и способы сельскохозяйственной обработки почвы, характер растительного покрова, степень загрязнения отходами хозяйственной деятельности человека и многие другие факторы.

Количество микроорганизмов в почве измеряется от сотен до десятков миллионов КОЕ в 1 грамме. Численный состав микроорганизмов почв отличается большой динамичностью. Даже за относительно короткие промежутки времени число микроорганизмов в почве может значительно меняться. Наибольшее количество микроорганизмов содержится в почвах южных регионов. По мере перехода от более теплого южного климата к холодному северному уменьшается и количество микроорганизмов в почве.

Плотность микробиоты особенно высока в черноземных, каштановых почвах, хорошо удобряемых сероземах. Например, в северных подзолах осенью содержится около 2× 10⁶ КОЕ/г, а в каштановых степных почвах в это же время года более 40× 10⁶ КОЕ/г. В 1 грамме плодородной почвы обычно содержится несколько миллионов бактерий и до миллиона спор мицелиальных грибов.

Неодинаково распространены микроорганизмы и по горизонтам почвы. Меньше всего их содержится обычно в самом поверхностном, толщиной всего несколько миллиметров, слое почвы, где микроорганизмы подвергаются неблагоприятному воздействию солнечного света и высушиванию. Особенно обильно населен микроорганизмами слой почвы на глубине от 5 до 15 см. В этом горизонте на 1 акре (это приблизительно 0, 4 га) может содержаться до 2-х тонн микробной биомассы.

По мере углубления число микроорганизмов сокращается. На глубине в 25 см количество их в 10-20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1-2 см. На глубине более 1, 5 м встречаются лишь единичные особи. Меняется с глубиной и качественный состав микробиоты. В верхних слоях почвы, содержащих в большом количестве остатки растительных и животных тканей, а также подвергающихся хорошей аэрации, преобладают аэробные организмы, которые способны разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем беднее они органическими веществами, доступ воздуха в них затруднен, поэтому здесь преобладают анаэробные микроорганизмы.

Микробиота почвы представлена разнообразными видами бактерий, актиномицетов, грибов, простейших. В меньшей степени в почве содержатся дрожжи, водоросли, вирусы. На активность микроорганизмов и формирование их сообществ в почве влияет ряд природных, абиотических и биотических факторов, а также антропогенные факторы.

К постоянным обитателям почвы относятся спорообразующие гнилостные бактерии; из аэробов чаще встречаются Bacillus mycoides, Bacillus mesentericus, Bacillus megaterium, из анаэробов - Clostridium perfringens, Clostridium sporogenes, Clostridium putrificum. В почве обитают маслянокислые, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирую-щие бактерии, бактерии разлагающие клетчатку. Наряду с сапрофитными микроорганизмами в почве могут встречаться и патогенные микроорганиз-мы, преимущественно спорообразующие бактерии, например, возбудители столбняка, газовой гангрены, пищевого отравления – ботулизма и др.

Загрязнение почвы патогенными микроорганизмами.

Почва постоянно загрязняется различными отходами жизнедеятельности людей, выделениями человека и животных, мертвыми тканями растений и животных. С этими загрязнениями в почву попадают патогенные микроорганизмы – возбудители инфекционных заболеваний.

Попадая в почву, значительная часть патогенных микроорганизмов, не образующих спор, погибает. Продолжительность выживания в почве возбудителей кишечных инфекций (например, дизентерии – Shigella dysenteriae, Shigella flexneri, Shigella sonnei, брюшного тифа – Salmonella typhi, холеры – Vibrio cholerae, чумы – Yersinia pestis, бруцеллеза – Brucella abortus, Brucella suis, Brucella ovis, туляремии – Francisella tularensis, туберкулеза – Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium bovis широко варьирует и составляет от нескольких часов до нескольких месяцев. Значительно дольше сохраняются в почве спорообразующие патогенные бактерии, например споры возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis, возбудители столбняка Clostridium tetani, газовой гангрены Clostridium perfringens, ботулизма Clostridium botulinum. Их споры могут сохраняться в почве десятки, сотни и даже тысячи лет, особенно в высушенном состоянии и при низкой температуре (известно, что при раскопках римских гробниц и египетских мумий через 1800 лет после захоронения археологи обнаружили жизнеспособные микроорганизмы). При наступлении благоприятных условий такие споры могут прорастать в вегетативные, активно размножающиеся клетки. Зараженные подобными микроорганизмами почвы представляют большую опасность в эпидемиологическом отношении, так как они могут явиться причиной инфицирования сырья и пищевых продуктов патогенными микроорганизмами непосредственно или через воду. Поэтому все отходы, поступающие в почву, следует обезвреживать и систематически проводить оценку санитарно-микробиологического состояния почвы и процессов ее самоочищения.

Это необходимо учитывать не только при проектировании и строительстве жилых и промышленных предприятий, но и в целях соблюдения санитарно-гигиенического режима на пищевом предприятии.

Санитарная оценка почвы. Оценка степени эпидемиологической опасности почвы приведена в санитарных правилах и нормативах «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. СанПиН 2.1.7.1287-03».

При санитарной оценке почвы учитывают результаты химического, гельминтологического и микробиологического анализов.

При микробиологическом исследовании почвы в зависимости от поставленной задачи применяют краткий или полный санитарно-микробиологический анализ. Краткий анализ почвы предусматривает определение двух микробиологических показателей: КМАФАнМ (общего количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов) и индекса бактерий группы кишечных палочек (количество бактерий данной группы в 1 г почвы). Полный анализ включает в себя определение КМАФАнМ, индекса БГКП, а также титра анаэробов, в частности Clostridium perfringens, бактерий рода Proteus, термофильных бактерий.

Показатель КМАФАнМ чистой почвы не превышает 1, 5× 10⁵ КОЕ/г, в загрязненной почве он в несколько раз больше. Наличие в почве БГКП и Clostridium perfringens свидетельствует о ее фекальном загрязнении. Выявление в почве бактерий рода Proteus свидетельствует о ее загрязнении органическими веществами животного происхождения или фекалиями людей. Термофильные микроорганизмы являются показателями загрязнения почвы навозом, компостами. В чистых почвах термофилы не обнаруживаются. В табл. 2 приведены значения некоторых показателей загрязненности почвы при определении степени ее эпидемической опасности.

Таблица 2