Введение к работе
Актуальность проблемы. Микроорганизмам принадлежит главная роль в биогеохимических процессах круговорота элементов и веществ, протекающих как в наземных, так и в водных экосистемах. Эти же процессы прямо или косвенно влияют и на состав атмосферы Земли. Поэтому ключевым условием поддержания жизни на Земле является обеспечение сбалансированной деятельности природных микробных сообществ.
Вместе с тем в течение последних десятилетий из-за интенсификации промышленного и сельскохозяйственного производства во многих странах резко усилилось загрязнение почвенного покрова и водных бассейнов различными химическими веществами. Многие из этих веществ даже в относительно низких концентрациях могут подавлять жизнедеятельность микроорганизмов и тем самым изменить существующее в природе биогеохимическое равновесие - гомеостаз, создать реальную угрозу биологической безопасности каждой из этих стран, отдельных регионов или биосферы в целом. Не случайно, что именно микробиологии отведена особая роль при составлении разнообразных прогнозов в региональном и глобальном масштабах, в краткосрочных и долгосрочных шкалах времени.
Полученные нами и многими другими исследователями знания позволяют утверждать, что при необходимости прогноза возможных изменений состояния природных сред наиболее перспективным является оценка потенциальной устойчивости основных природных сообществ микроорганизмов к важнейшим группам загрязнителей, доминирующим в этих средах.
С другой стороны, нередко продукты жизнедеятельности микроорганизмов могут сами выступать в роли загрязнителей природной среды. Хорошо известна роль микроорганизмов в образовании гумусоподобных веществ, которые загрязняют поверхностные и грунтовые воды, вызывая снижение их хозяйственной ценности и резко ухудшая качество питьевой воды.
Среди важнейших полезных проявлений метаболизма и кометаболизма микроорганизмов особо следует выделить трансформацию и деградацию разнообразных органических загрязнителей - ксенобиотиков, относимых к так
называемым приоритетным загрязнителям природной среды. Оценка спосоС ности природных популяций микроорганизмов осуществлять эти процесс также представляет большой научный и практический интерес.
Дель и задачи исследования. Основной целью работы являлось изуче ние устойчивости (и роли, пассивной и активной) естественных микробнь сообществ по отношению к широко распространенным органическим загряг нителям природной среды ( почв, воды и воздуха), трансформация эта веществ микроорганизмами и образование ими загрязнителей питьевой вс ды.
В соответствии с этим в работе решались следующие экспериментам ные задачи:
-определение влияния хлорированных углеводородов, как наиболе распространенных и опасных загрязнителей природной среды, на числе* ность и ферментативную активность основных групп микроорганизмов почвах;
-выявление действия разнообразных загрязнителей органической щя роды на численность и активность микроорганизмов грунтовых вод;
-оценка действия отходов биотехнологической промышленности на де ятельность почвенных микроорганизмов и на свойства почв;
-выяснение роли и масштабов участия микроорганизмов в загрязнега воды гумусовыми и гумусоподобными веществами;
-оценка роли природных популяций микроорганизмов в трансформащ и деструкции некоторых природных и синтетических полимеров.
Научная новизна работы. Впервые по единой методике проведеї оценка действия разнообразных загрязнителей на численность и актш ность основных групп микроорганизмов почв,грунтовых вод И В0Д0ЄМ0І Впервые установлены различия в действии хлорированных углеводородов і отдельные группы микроорганизмов и их ферментативную активность в по*
ВЄ. Определена СТепеНЬ УСТОЙЧИВОСТИ МИКРОфЛОрЫ ГРУНТОВЫХ ВОД К ЗТІ
химическим загрязнителям. Подробно исследована роль почвенных микроо; танизмов в разложении пластмасс типа полиуретана. Впервые исследоваї роль микроорганизмов в генезисе гумусоподобных веществ - загрязнителі воды из фоссилизированных и свежих растительных остатков.Впервые опр(
делена скорость трансформации гумшювых веществ микроорганизмами в маршевых болотах.
Научно-практическая ценность работы. Экспериментальные результаты, полученные при выполнении работы, позволили раскрыть разнообразие механизмов деградации органических загрязнителей микроорганизмами почв и воды и дать количественную оценку потенциальной устойчивости природных микробных популяций к этим загрязнителям. Для ряда этих соединений определена концентрация в природных средах, оказывающая ингибирующее действие на эти популяции, в силу чего их роль как биогеохимических агентов резко падает. Полученные оценки использртся при составлении прогностических моделей для конкретных регионов Германии и могут быть полезны при проведении соответствующих работ в других странах. В отношении ряда химических загрязнителей определен предельно допустимый уровень концентрации,при котором еще возможна их микробиологическая деградация, что необходимо для решения вопроса об изменении соответствующих промышленных технологий и разработки системы очистки природных сред. Показано, что некоторые отходы биотехнологической промышленности могут использоваться в качестве органических удобрений,резко усиливающих активность почвенных микроорганизмов. Установлено, что фоссилизи-рованные древесные остатки, находящиеся в нижних горизонтах почв Северной Германии, не играют существенной роли в поступлении гуминовых веществ в грунтовые воды. Вместе с тем микробиологическая трансформация свежих растительных остатков оказывает существенное влияние на этот процесс, хотя ранее образование и трансформацию гуминовых веществ связывали в основном с абиотическими процессами (диагенез).
Апробация работы. Материалы, представленные в работе, докладывались на следующих симпозиумах и конгрессах: Международный симпозиум "Микробные сообщества почв",Копенгаген,Дания,1985; Международный симпозиум "Биодеградация материалов",Кранфилд,Великобритания,1985; Международное собрание Общества по изучению гуминовых веществ,Осло,Норвегия, 1986; Нагойя, Япония,1990; Международный симпозиум "Микробиология грунтовых вод",Куопие,Финляндия,1987; Международный симпозиум "Микробиология глубинных горизонтов",Орландо, США,1990; Сьезд Германского
- б -
общества почвоведов "Органические загрязнители в почвах",Гиссен,199: Съезд Германского научного общества "Загрязнители грунтовых вод",Шту: гарт,1992; Первый латиноамериканский симпозиум по биодеградации мат< риалов, Кампос де Шордао,Бразилия,1992; Собрание международного о( щества по изучению гумшювых веществ, Монополи,Италия,1992; Сан Аугу< тин, Тринидад и Тобаго,1994; Сьезд американского микробиологичесш общества "Качество воды в Западной гемисфере", Сан Хуан.Пуэрто Рига 1993; Международный симпозиум по биогеохимии, Саламанка,Испания,199! X Международный конгресс почвоведов,Киото.Япония,1992; Международы симпозиум памяти Л.Пастера, Папеэтэ,Таити,1995.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 43 печати работах, в том числе в 8 обзорах и в 14 коллективных монографиях.