Результаты и их обсуждение

Результаты полевых модельных экспериментов представлены на рисунках 1,2. Реакция среды (pH) является важным химическим показателем почв, с одной стороны из-за его влияния на содержание гумусовых компонентов, а с другой стороны из-за его влияния на активность почвенной микробиоты [24]. При исследовании рН чернозема наблюдается тенденция снижения рН в кислую сторону (рис.1), особенно на 30 сут. экспозиции. Скорее всего, данный тренд, наблюдается, т.к., остаются устойчивые группы микроорганизмов, продуктами жизнедеятельности которых, являются соединения содержащие Н⁺. На дальнейших сроках прослеживается смещении реакции среды к первоначальным значениям. Ранее нами, при исследовании влияния антибиотиков на биологические свойства почв в условиях лабораторного моделирования (бензилпенициллина, тетрациклина) показано изменение рН с течением срока экспозиции в щелочную сторону [25,26], т. е. изменение рН зависит от химической природы антибиотика. Таким образом, антибиотики нарушают естественную среду почвенных микроорганизмов, что является причиной изменения их численности и структуры микробоценоза в целом.

Внесение антибиотиков в почву приводило к изменению численности основных групп почвенных микроорганизмов, наблюдалась тенденция снижения их численности на всех сроках экспозиции. Исследованные группы микроорганизмов отличались по их устойчивости к вносимым антибиотикам (рис.2).

Рис. 1. Изменение реакции среды (рН) чернозема при загрязнении антибиотиками.

TYL — tylosin (тилозин), OTC — oxytetracycline (окситетрациклин) Наибольшее подавляющее воздействие на численность аммонифицирующих бактерий (на 20−60% от контроля, р<0,05, n=6) оказал окситетрациклин на всех исследуемых сроках экспозиции. Статистически достоверных различий в численности аммонифицирующих бактерий на 5 и 30 сут. опыта не выявлено. Восстановление численности данной группы бактерий не наблюдается и на 60 сут. опыта.

Аналогичные данные по динамике численности аммонификаторов были получены в модельных экспериментах с различными видами излучения [27]. При загрязнении тяжелыми металлами [28], нефтью и нефтепродуктами [29] относительно небольшими дозами (до 1 ПДК) и в первые сроки от момента загрязнения (до 1 месяца) численность микроорганизмов в почве в ряде случаев увеличивается, затем снижается и даже через 360 дней не восстанавливается полностью. Кроме того, в сравнении с эффектом стерилизации высокими температурами [30] и действием пестицидов [31] действие антибиотиков на почвенные микроорганизмы носит более пролонгированный характер, так как, например, при стерилизации почв высокими температурами численность микроорганизмов восстанавливалась до контрольных значений уже на 60-е сут. эксперимента.

Пролонгированный характер воздействия антибиотиков на почвенные микроорганизмы свидетельствует об их накоплении в почве. Stone et al. [32] детектировали активные метаболиты тилозина на 150 сут. после внесения антибиотика в почву. Loke et al. [33] показали, что при рН ниже 7,4, образуются сильные ионные связи между протонированным тилозином и анионными компонентами почвы, что свидетельствует о высокой сорбции тилозина в почве. Установлена положительная корреляция сорбции тилозина и окситетрациклина с содержанием гумуса, рН и емкостью катионного обмена почв [34]. Высокая способность к сорбции тилозина наблюдается в почвах, богатых гумусом, нежели песчаных почвах [35,36].

Амилолитические бактерии оказались более устойчивы к исследуемым антибиотикам, нежели бактерии — аммонификаторы. На 5 сут. исследования наблюдали максимальное снижение численности бактерий (60% от контроля, р<0,001, n=6). Аналогично с аммонификаторами, наибольшее ингибирующее воздействие оказал окситетрациклин. На дальнейших сроках экспозиции не выявлено достоверных изменений численности амилолитических бактерий, наблюдается тенденция восстановления численности до контрольных значений. В других исследованиях показано, что такие антибиотики как сульфонамид, тетрациклин, триметоприм так же оказывают подавляющее воздействие на численность и активность амилолитиков [37].

По результатам полевого моделирования загрязнения чернозема антибиотиками, не выявлено достоверного воздействия антибиотиков на почвенных микромицетов. Используемые антибиотики подавляют рост и развитие бактерий. Это можно объяснить устранением конкуренции со стороны бактерий и активным заселением микромицетами экологической ниши. На 30 и 60 сут. опыта не выявлено изменений в численности микромицетов.

а.

б в.

Рис. 2. Изменение численности микроорганизмов чернозема при загрязнении антибиотиками (а — аммонифицирующих бактерий, б — амилолитических бактерий, в — микромицетов).TYL — tylosin (тилозин), OTC — oxytetracycline (окситетрациклин) Бактерии р. Azotobacter оказались менее чувствительными к вносимым антибиотикам. Изменение в обилии бактерий наблюдалось только на 3сут. экспозиции (снижение на 30−40% от контроля при воздействии тилозина, и на 50−60%, при воздействии окситетрациклина, соответственно), на остальных сроках не наблюдали никаких изменений. При этом азотфиксирующие бактерии были чувствительнее к загрязнению тяжелыми металлами, нефтью, ионизирующему излучению, чем другие группы бактерий [38,39].

Таким образом, по степени устойчивости к антибиотикам, исследованные микроорганизмы образовали ряд: микромицеты > бактерии р. Azotobacter > бактерии-амилолитики > бактерии-аммонификаторы. Восстановление микробиологических показателей носит не прямолинейный характер, т. е. нельзя сказать, что с увеличением сроков экспозиции происходит все бульшее их восстановление. По скорости восстановления микроорганизмы чернозема обыкновенного образовали следующий ряд: бактерии р. Azotobacter > микромицеты > бактерии-амилолитики > бактерии-аммонификаторы.