Экология и природопользование

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет биологических наук 

Кафедра экологии и природопользования

ЭКОЛОГИЯ

И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

Материалы научной конференции 

«Неделя науки 2013» 

2013

УДК 574; 504; 631.4
ББК 40.3

Э 40

Ответственный редактор:

доктор географических наук, профессор  К.Ш. Казеев

Э 40 Экология и природопользование / Материалы научной конференции 

«Неделя науки 2013». Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2013. 212 с. 

ISBN 978-5-9275-1093-1

Настоящее издание создано на основе авторских материалов, характеризую
щих экологические и биологические особенности территорий и акваторий юга России. В сборнике представлены результаты работы студентов, аспирантов и сотрудников факультета биологических наук Южного федерального университета. 
Представленные работы относятся к разным разделам науки: экологии, природопользованию, почвоведению, микробиологии, биохимии и др.

Работа представляет интерес для специалистов в области биологии, эколо
гии, охраны окружающей среды, почвоведения, сельского хозяйства.

Публикуется в авторской редакции

ISBN 978-5-9275-1093-1

УДК 574; 504; 631.4
ББК 40.3

© Коллектив авторов

Южный федеральный университет, 2013

ВОССТАНОВЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПОСЛЕ ДЕЙСТВИЯ 

РАЗНЫХ СПОСОБОВ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Акименко Ю.В., Казеев К.Ш.

В настоящее время одной из наиболее острых проблем является снижение 

плодородия почв агроценозов. Среди комплекса причин этого явления одно из 
первых мест принадлежит изменению качественного и количественного состава 
почвенной микробиоты и периоду восстановления почвы, после действия различных факторов. 

Возрастающее антропогенное воздействие требует новых эффективных ме
тодов диагностики. Биологическая диагностика почв позволяет определить характер и степень антропогенного воздействия на почвенный покров на ранних стадиях развития процессов. Это позволяет оценить возможные негативные процессы 
при антропогенном воздействии почв и предотвратить снижение их плодородия.

Биологическая активность почв – одна из самых главных характеристик при 

проведении биомониторинга и биодиагностики. Биологическая активность почв 
обусловлена интенсивностью протекающих в ней биологических процессов и состоит из ферментативного пула почвы и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и растений (Козлов, 1962).

На изменение биологической активности оказывают действие различные 

факторы. Одни из самых важных – это высокие температуры, токсические химические вещества и радиация, которые ингибируют активность ферментов и почвенных микроорганизмов.

В настоящее время во многих исследованиях (Денисова, 2005; Колесников, 

Казеев, 2000) показан ингибирующий эффект стрессовых факторов на численность почвенных микроорганизмов и ферментативную активность почв. Однако 
полностью подавить биологическую активность почв не удается.

Актуальность исследования заключается в анализе действия разных способов 

стерилизации на биологическую активность почв и процесса восстановления биологических показателей, а так же возможности использования стерилизации почв.

Представленная работа является частью цикла научных исследований по 

изучению влияния различных факторов на эколого-биологические показатели 
почв юга России. 

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния разных спосо
бов стерилизации на биологические свойства светло - каштановой почвы и процесс восстановления ее биологических показателей. 

В связи с этим в задачи исследования входило:

1. исследовать влияние разных способов стерилизации на численность 

почвенных микроорганизмов;

2. изучить влияние разных способов стерилизации на ферментативную 

активность почвы;

3. проанализировать процесс восстановления биологических показате
лей почвы после действия разных способов стерилизации. 
В качестве объекта исследования был выбран чернозем обыкновенный южно
европейской фации (Ботанический сад ЮФУ)

Методика исследования, заключалась в следующем: образцы почвы (Апах0
25см) подвергали воздействию термических (тиндализация) и химических (анти

биотики) факторов в соответствующих дозах. Стерилизация проводилась методом 
фумигации, который основан на интенсификации дыхания почвенного образца 
при его обработке фумигантом. Почвенные образцы обрабатывали раствором антибиотиков бензилпенициллина и нистатина в концентрации 600 мг/кг. Для обработки почвы термическим способом использовали метод тиндализации. Тиндализация – это метод стерилизации, заключающийся в повторном воздействии на 
стерилизуемые объекты относительно невысокой температурой с суточными интервалами. Тиндализацию проводят в следующих условиях: трехкратно при температуре 90 С в течение часа. Исследовали состояние биологических показателей 
на 1, 30, 60, 120 сутках опыта.

При получении аналитических данных, используемых в настоящей работе, 

применялась разработанная и апробированная методология исследования биологической активности (Казеев, 1996; Вальков и др., 1999; Колесников и др., 2003) с 
использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов (Хазиев, 
1990; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991). Для изучения биохимических свойств почвы были использованы методы А.Ш.Галстяна (1978, 1982).
Комплексное исследование микробоценоза почв включало определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп методом посева соответствующих разведений (2;3;5) на элективные среды: бактерий 
- на мясо-пептонном агаре, микромицетов - на среде Чапека.

Результаты и обсуждение. Одним из основных почвенных компонентов, реа
гирующих на температурное воздействие, являются микробоценозы, что проявляется в изменении структуры и функциональной активности (Сорокин, 1983).

Температура может влиять на почвенные микробные популяции и видовой 

состав в зависимости от интенсивности, максимальных температур, от типа почвы 
и увлажнения, а так же продолжительности воздействия. Термическая обработка 
при свыше 105°С (термошок) приводит соответственно к среднему и сильному нарушению устойчивости микробного сообщества почвы. При термошоке необратимо 
теряется 41% микробной биомассы. 

Исследованиями Е.В. Благодатской с соавторами (1996) показано, что в 

микробном сообществе, сформировавшемся после термического шока, может превалировать г-стратегия, характерная для менее устойчивых местообитаний.

Все исследуемые способы стерилизации однозначно оказали ингибирующий 

эффект на численность почвенных микроорганизмов. Наиболее чувствительными к 
действию исследуемых факторов оказались бактерии. При этом нагревание почвы 
трехкратно при температуре 900С в течение часа подавляло численность бактерий
и грибов меньше (рис.1), чем фумигация антибиотиками (рис.2.). Термическая обработка и фумигация антибиотиками оказались наиболее эффективны в отношении бактерий, нежели грибов.
При исследовании динамики численности почвен
ных микроорганизмов установлено, что уже на 30-е сутки опыта после воздействия температурного фактора происходит восстановление их численности до 80% 
от контроля, а к 120-м суткам наблюдается полное восстановление численности 
как грибов, так и бактерий (рис.1).

В отличие от действия температур, антибиотики показали наиболее пролон
гированный характер действия на численность почвенной микробиоты. Так как 
только лишь на 60-е сутки опыта наблюдается восстановление численности микроорганизмов до 85% для бактерий и до 65-70% для грибов. Затем происходит 

небольшое снижение численности микробиоты к 120-м суткам опыта до 80-82% 
для бактерий и 63 % для грибов (рис.2).

Рис.1. Динамика численности почвенных микроорганизмов после стерилизации 

высокими температурами (процесс тиндализации)

Рис.2. Динамика численности почвенных микроорганизмов под действием ком
плекса антибиотиков бензилпенициллина и нистатина (600 мг/кг почвы)

В почвенных исследованиях достаточное внимание уделяется катализаторам 

многих процессов трансформации органических и минеральных веществ. Такие 
ферменты как уреаза, дегидрогеназа, каталаза, фосфатаза, инвертаза способны 
сохранять устойчивость в случае, когда окружающие условия неблагоприятны для 
жизнедеятельности растений и микроорганизмов. Многие почвенные ферменты 
обладают большой термоустойчивостью и разрушаются лишь при температурах, 
превышающих 100°С (Галстян, 1982).

Исследована устойчивость ферментов класса гидролаз к действию разных 

способов стерилизации. Ферменты оказались более устойчивы к действию исследуемых способов стерилизации, нежели почвенная микробиота. Из исследуемых 
ферментов каталаза более устойчива к действию температур и антибиотиков, чем 
дегидрогеназа (рис.3,4). Активность гидролаз восстанавливается до контрольных 
значений уже на 60-е сутки опыта после стерилизации температурой (рис.3). Действие антибиотиков оказалось так же наиболее эффективно и продолжительно, по 
сравнению с температурой. На 120-е сутки опыта активность гидролаз восстанавливается до 80-85% (рис.4).

0

20

40

60

80

100

0
30
60

%

сутки

Бактерии

Грибы

0

20

40

60

80

100

0
60
120

%

сутки

Бактерии

Грибы

Рис.3. Динамика ферментативной активности почвы после стерилизации высокими 

температурами (процесс тиндализации)

Рис.4. Динамика ферментативной активности почвы под действием комплекса ан
тибиотиков бензилпенициллина и нистатина (600 мг/кг почвы)

Выводы

1. Все исследуемые способы стерилизации однозначно оказали ингибирующий 

эффект на численность почвенных микроорганизмов и ферментативную активность почвы.

2. Почвенная микробиота менее устойчива к действию температур и фумига
ции антибиотиками, нежели ферменты. Из почвенных микроорганизмов 
бактерии менее устойчивы, чем грибы. Из ферментов класса гидролаз каталаза оказалась наиболее устойчива, чем дегидрогеназа.

3. Действие антибиотиков на биологические показатели чернозема носит бо
лее пролонгированный характер, нежели действие температур (процесс 
тиндализации). Под действием температур наблюдается восстановление 
численности и ферментативной активности почвы уже на 60-е сутки опыта, 
а при действии антибиотиков не происходит полного восстановления показателей даже к 120-м суткам опыта.

0

20

40

60

80

100

0
30
60

%

сутки

Каталаза

Дегидрогеназа

0

20

40

60

80

100

0
60
120

%

сутки

Каталаза

Дегидрогеназа

Литература

Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д. Оценка устойчивости микробных сообществ в 
процессе разложения поллютантов в почве // Почвоведение, 1996, №11, с. 13411346.
Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Методология исследования биологической активности почв на примере Северного Кавказа // Научная мысль Кавказа. 
Издательство СКНЦВШ. 1999. №1. С. 32-37.
Галстян А.Ш. Об устойчивости ферментов почв // Почвоведение, 1982, №4, с. 108110.
Галстян А.Ш. Унификация методов исследования активности ферментов почв // 
Почвоведение, 1978. №2, с. 107-114.
Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф.Влияние гамма излучения на биологические свойства почв // Почвоведение. 2005. №7.с. 877-881. 
Казеев К.Ш. Изменение биологической активности почв предгорий СевероЗападного Кавказа при антропогенном воздействии. Диссертация канд. биол. наук. 
Краснодар. 1996. 133 с.
Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2003. 
204 с.
Козлов К.А. Изучение биологической активности почв Восточной Сибири // Почвоведение. 1962. №4. С. 40-47.
Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2000. №3. С. 193-201.  
Методы почвенной микробиологии и биохимии // Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.; 
Изд-во МГУ. 1991. 304 с.
Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука. 1990. 189 с.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269, 16.740.11.0528, 5.5160.2011.

КАЧЕСТВЕННАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ 

ДЕЙСТВИИ РАЗНЫХ СПОСОБОВ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Акименко Ю.В., Кандашова К.А., Казеев К.Ш.

Биологическая активность почв – одна из самых главных характеристик при 

проведении биомониторинга и биодиагностики. Биологическая активность почв 
обусловлена интенсивностью протекающих в ней биологических процессов и состоит из ферментативного пула почвы и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и растений (Козлов, 1962).

На изменение биологической активности оказывают действие различные 

факторы. Одни из самых важных – это высокие температуры, токсические химические вещества и радиация, которые ингибируют активность ферментов и почвенных микроорганизмов.

Возрастающее антропогенное воздействие требует новых эффективных ме
тодов диагностики. Биологическая диагностика почв позволяет определить характер и степень антропогенного воздействия на почвенный покров на ранних стадиях развития процессов. Это позволяет оценить возможные негативные процессы 
при антропогенном воздействии почв и предотвратить снижение их плодородия.

В настоящее время одной из наиболее острых проблем является снижение 

плодородия почв агроценозов. Среди комплекса причин этого явления одно из 
первых мест принадлежит изменению качественного и количественного состава 
почвенной микрофлоры и периоду восстановления почвы, после действия различных факторов (Дзержинская, 2005).

Поэтому изучение состава и численности микроорганизмов почв является ак
туальным для сельскохозяйственных регионов страны. 

Актуальность исследования заключается в анализе действия разных способов 

стерилизации на разнообразие почвенных микроорганизмов, а так же возможности использования стерилизации почв.

Представленная работа является частью цикла научных исследований по 

изучению влияния различных факторов на эколого-биологические показатели 
почв юга России. 

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния разных спосо
бов стерилизации на разнообразие почвенных микроорганизмов. 

В связи с этим в задачи исследования входило:

1. исследовать влияние разных способов стерилизации на разнообразие почвен
ных микроорганизмов;

2. проанализировать процесс восстановления разных групп почвенных микроор
ганизмов после действия разных способов стерилизации. 
В качестве объектов исследования нами были выбраны чернозем обыкновен
ный южно-европейской фации карбонатный мощный слабогумусированный тяжелосуглинистый на желто-бурых и палево-бурых лессовидных глинах и суглинках, 
отобранный на территории Ботанического сада ЮФУ и светло-каштановая почва 
(г. Элиста).

Методика исследования, заключалась в следующем: образцы почвы (Апах0
25см) подвергали воздействию термических (t 180˚C) и химических (хлороформ) 
факторов.

Стерилизация проводилась методом фумигации, который основан на интен
сификации дыхания почвенного образца при его обработке фумигантом. Почвенные образцы обрабатывали парами хлороформа в анаэробных условиях в течение 
24 часов. Для обработки почвы термическим способом использовали метод высушивания в сушильном шкафу при t 180˚C в течение 3-х часов.

При получении аналитических данных, используемых в настоящей работе, 

применялась разработанная и апробированная методология исследования биологической активности (Казеев, 1996; Вальков и др., 1999) с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов (Хазиев, 1990; Методы почвенной 
микробиологии и биохимии, 1991). Комплексное исследование микробоценоза
почв включало определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп методом посева соответствующих разведений 
(2;3;5) на элективные среды: бактерий - на мясо-пептонном агаре, микромицетов на среде Чапека.

Результаты и обсуждение. Одним из основных почвенных компонентов, реа
гирующих на температурное воздействие, являются микробоценозы, что проявляется в изменении структуры и функциональной активности (Сорокин, 1993).

Влияние прогревания среды на микроорганизмы многосторонне, особенно в 

такой гетерогенной среде как почва. Обычно, при прогревании почвы количество 
микроорганизмов в ней в первое время уменьшается. Незначительные различия в 
популяции почвенных микроорганизмов до и сразу после прогревания могут быть 
объяснены относительно низкими температурами почвы.

Температура свыше 127°С стерилизует почву, а воздействие 70°С убивает 

неспорообразующие грибы и некоторые бактерии, актиномицетов, но практически 
не влияет на спорообразующие бактерии и грибы (Bacillus spp., Clostridium).

Исследованиями Е.В. Благодатской с соавторами (1996) показано, что в мик
робном сообществе, сформировавшемся после термического шока, может превалировать г-стратегия, характерная для менее устойчивых местообитаний.

На скорость восстановления микробоценозов почв после воздействия высо
ких температур влияет удаление или сокращение источников органики, изменение 
качественного состава органических субстратов, физико-химических и гидротермических свойств почв. Деструкция органического вещества усиливается при повышении температуры (Благодатская и др., 1996).

Все исследуемые способы стерилизации однозначно оказали ингибирующий 

эффект на разнообразие почвенных микроорганизмов исследуемых почв.

Исследуемые способы стерилизации оказали наиболее сильное подавляющее 

воздействие на микрофлору каштановой почвы, нежели чернозема обыкновенного, что в свою очередь обусловлено свойствами самих почв. Экологически каштановые почвы абсолютные поглотители и накопители загрязняющих веществ (тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды и другие) при суглинистом и глинистом 
гранулометрическом составе, так как глубина промачивания является барьером, 
препятствующим миграции веществ в ландшафтной среде (Вальков и др., 2008).

При помощи качественной идентификации установили, что разнообразие 

штаммов уменьшается в ряду нестерильная почва - стерилизация парами хлороформа - стерилизация температурой. И если пары хлороформа незначительно понижали разнообразие, то воздействие температуры выдерживал только род 
Micrococcus (табл.1).

Подобная закономерность выявлена и при изучении грибов. В варианте чер
нозема, подверженном температурному воздействию, обнаружен только р. Mucor, 
в то время как в таком же образце каштановой почвы р. Trichoderma (табл.2).

Таблица 1

Качественная идентификация микроорганизмов чернозема обыкновенного, под
верженного термической обработке и фумигации хлороформом

*Доминантный род

Таблица 2

Качественная идентификация микроорганизмов светло-каштановой почвы, под
верженной термической обработке и фумигации хлороформом

*Доминантный род

Образцы почв, стерилизованные данными способами, были засажены озимой 

пшеницей (сорт «Зерногрядка 11), для исследования влияния стерилизации на 
рост и развитие растений, а так же восстановления разнообразия различных групп 
почвенных микроорганизмов. 

При исследовании качественного состава бактерий (после вегетации расте
ний) в контрольном и нестерилизованных образцах чернозема не наблюдалось 

Контроль
t 1800С
Хлороформ

Бактерии
Bacillus sp.*

Bacillus mycoides*

Pseudomonas
Cytophaga*
Micrococcus

Micrococcus*
Bacillus sp.
(2 штамма)

Bacillus sp.

Pseudomonas
Micrococcus*

Примечания

большинство бациллярных 

форм

выражена пигментация 

колоний кокков, бациллы в 
минимальном количестве

большинство кок
ков

Грибы
Aspergillus *

Penicillum

Mucor

Trichoderma

Mucor*
Mycogone*
Penicillum

Примечания (пигменты)

черный *, оранжевый *, бе
лый, серый

желтый *, зеленый
зеленый *, черный

Контроль
t 1800С
Хлороформ

Бактерии
Bacillus sp.

Bacillus mycoides

Pseudomonas*

Cytophaga
Micrococcus

Micrococcus
(2 штамма)

Bacillus sp.

Bacillus mycoides

Pseudomonas*

Cytophaga
Micrococcus

Примечания

большинство псевдомонад
выражена пигментация 

колоний кокков

большинство псевдомонад, характерно угнетение общего коли
чества

Грибы
Aspergillus
Penicillum *

Mucor

Trichoderma
Mucor

Примечания (пигменты)

черный, белый
желтый, зеленый
желтый, белый