SELECTING A SUBSTRATE COMPONENTS FOR THE REGENERATION OF PESTICIDE-CONTAMINATED SOILS

Ченцова А.В.

Студент, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет

ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ СУБСТРАТА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗАГРЯЗНЁННЫХ ПЕСТИЦИДАМИ ПОЧВ

Аннотация

В статье дано обоснование необходимости регенерации загрязнённых пестицидами почв биологическими субстратами. Представлен анализ различных компонентов, предлагаемых для получения указанных субстратов с целью выбора наиболее эффективных. Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность действия различных компонентов субстратов и условия, влияющие на интенсивность разложения пестицидов.

Ключевые слова: экология, рекультивация почвы, пестициды, биотехнологии, органические удобрения, субстраты.

Chentsova A.V.

Student of St. Petersburg Agriculture University

SELECTING A SUBSTRATE COMPONENTS FOR THE REGENERATION OF PESTICIDE-CONTAMINATED SOILS

Abstract

The article gives a foundation for necessary of the regeneration contaminated with pesticides soils with biological substrates. The analysis of various components proposed for preparing specified substrates with target to select the most effective. The factors that influence the effectiveness of the various components of substrates and conditions influence the intensity of pesticide residues.

Keywords: ecology, remediation soils, pesticides, biotechnology, organic fertilizers, substrates.

Пестициды являются эффективным средством защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Достаточно отметить, что в индустриально развитых странах пестицидами обрабатывается от 70% до 100% сельскохозяйственных угодий. Причём, как правило, из-за климатических условий и прогнозируемого развития болезней, сорняков и вредителей, эта обработка производится многократно. Наряду с положительным действием применения пестицидов (увеличение урожайности, снижение себестоимости производства сельскохозяйственной продукции) существуют и отрицательные последствия такой деятельности. Обработанные пестицидами почвы занимают огромные площади, которые являются источником загрязнения других природных сред и сельскохозяйственной продукции. Эти загрязнения могут носить комплексный характер, и при их высокой физиологической активности характеризуются низкими концентрациями. В связи с этим, задача оздоровления почв загрязненных пестицидами приобретает особую актуальность.

Пестициды и продукты органического синтеза разлагаются гетеротрофными микроорганизмами. В условиях недостаточной активности почв для разложения пестицидов, целесообразно использовать специально приготовленные субстраты с высокой активностью гетеротрофных микроорганизмов. Для этого им необходим энергетический материал и основные источники питания в виде органических и минеральных соединений, а также соответствующие физико-химические условия среды.

        При подготовке таких субстратов требуется учёт следующих условий:

• Наличие источников питания для микроорганизмов;
• Численность микроорганизмов;
• Видовой состав и активность микроорганизмов;
• Тип почвы (среды) – кислотность;
• Температура;
• Влажность;
• Аэрация;

По отдельным условиям приготовления субстратов имеется достаточно сведений, по другим необходимо дальнейшее исследование.

Для создания необходимых условий для процесса разложения пестицидов необходимо учитывать характер среды – почвы, ключевой особенностью которой является доминирование органических веществ. Органическое вещество является энергетическим материалом и основным источником питания гетеротрофных микроорганизмов. Количество и качественный состав органического вещества определяют уровень микробной биомассы, биоразнообразия, структуру микробного комплекса и соответственно его метаболические возможности.

В состав почвенного органического вещества входят главным образом растительные остатки (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, крахмал, белок, углеводы, органические кислоты и т.д.) и продукты их трансформации, основную часть которых составляют гумусовые вещества.

Органические составляющие субстратов из отходов животноводства и их химический состав представлены в табл.1.

 

Таблица 1 - Химический состав отходов животноводства

Органический материал		N	P2O5	K2O	CaO	MgO
Свежий помёт	кур	1,63	0,54	0,85	2,40	0,74
	гусей	0,55	0,54	0,95	0,84	0,20
	уток	1,00	1,4	0,65	1,7	0,35
Свежий навоз	лошадей	0,58	0,28	0,63	0,21	0,14
	КРС	0,45	0,23	0,50	0,40	0,11
	овец	0,83	0,19	0,67	0,33	0,19
	свиней	0,45	1,54	0,60	0,18	0,09

 

Птичий помёт имеет некоторое преимущество, как по содержанию азота, так и по макро и микро элементам: кальций - 0,5%, магний - 0,2%, медь - 0,008%, марганец - 0,004%, цинк - 0,0026%, кобальт - 0,08%, сера - 0,14%, бор - 0,005%.

Кроме того, птичий помёт содержит (в пересчете на сухое вещество):

30,2-35,6% - сырой протеин;

12,3-14,3% - сырая клетчатка;

30,0-37,6% - безазотистые экстрактивные вещества;

3,4-5,0% - жиры;

11,5-16,6% - золы.

Внесение соломы повышает биологическую активность почвы, так как это способствует повышению численности азотфиксирующих и целлюлозоразлагающих микроэлементов, значит, будет полезно и при приготовлении субстратов [1].

Известно, что группа аммонифицирующих микроорганизмов разлагает белки, пестициды и аминокислоты с освобождением NH₃ . Рост этих бактерий возрастает при внесении 4-8 г соломенной муки на 600 г почвы в присутствии 2,4 денитрофенола (ДНФ), что коррелирует как с ростом целлюлозоразлагающих бактерий, так и с ростом грибов [2].

Из литературных данных известно, что скорость разложения соломы (как и других органических материалов) зависит от ее химического состава.

 

Таблица 2 - Химический состав различных видов соломы.

Вид соломы	Целлюлоза	Пентозаны	Лигнин	Сырой протеин	Декстрины	Зола
Овес	35,43	21,33	20,40	4,70	2,02	4,81
Ячмень	32,93	21,45	18,66	3,70	1,40	5,56
Озимая пшеница	34,27	21,67	21,21	3,00	0,67	4,33

 

В любых растительных остатках, поступающих в почву как с пожнившей массой, так и с органическими удобрениями содержится довольно большое количество лигнина. Лигнин является важнейшим компонентом в процессе гумусообразования, прежде всего как источник углерода и энергии. Но его избыточное содержание затрудняет разрушение тканей, в частности волокон клетчатки. При 15% содержании лигнина расщепление значительно замедляется, при 20%-30% - ещё больше замедляется, а при 40% - ткань практически не поддается разрушению [3].

Химический состав спелой соломы зерновых характеризуется высоким содержанием безазотистых веществ (целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина) и довольно низким содержанием белка (азот) и минеральных веществ.

Основным источником энергии роста микроорганизмов является углерод. Оптимальное соотношение C : N < 20-30. Если это соотношение > 30 наступает гибель микроорганизмов из-за недостатка азота.

Недостаток азота для синтеза клеточного белка микроорганизмами может тормозить разложение соломы при быстром потреблении доступного азота целлюлозоразрушающей микрофлорой. Следовательно, при внесении источников азота целлюлозоразрушение усиливается, увеличивается выход гумусовых веществ и ускоряется процесс их синтеза и минерализации. В 5-6 раз увеличивается  целлюлозоразрушение при внесении аммиачных и нитратных солей. Фосфор, цианид кальция, микроэлементы Mn, Mo, B, Cu оказывает положительное влияние на разложение соломы, при этом усиливаются процессы аммонификации и минерализации органического фосфора.

Усиленное развитие целлюлозоразлагающих бактерий приводит к обогащению субстрата продуктами их жизнедеятельности, аминокислотами, витаминами и другими биологически активными веществами.

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:

1. Органическое вещество субстрата для разложения пестицидов является не только важнейшим фактором, обеспечивающим процессы микробиологической деградации пестицидов, но и существенно влияет на характер их трансформации, что необходимо учитывать при выборе компонентов субстрата и разработке методов биоремедиации загрязненных пестицидами почв.
2. Для приготовления субстрата, способного эффективно разлагать пестициды, возможно использование рассмотренных материалов. Важно учесть химический состав входящих в него элементов, характеристику почвы, на которой он будет применяться, состав самого пестицида и на основании этого возможно определение объемов выбранных материалов для приготовления субстрата.
3. На интенсивность разложения пестицидов большое влияние оказывают физико-химические условия, такие как температура, аэрация, влажность, кислотность.

Литература

1. Порфирьева И.А., Исакова А.Э. Численность азотфиксирующих и целлюлозоразлагающих микроорганизмов в почве и их связь с количеством внесенной соломы. Питание и физиология растений. Труды ВСХОЗО, 1975, вып.106, с 72-78
2. Иванов К.Д. Стимуляция роста микрофлоры 2,4-динитрофенолом в компостах с соломенной мукой. Технология производства и эффективность применения бактериальных удобрений. М., 1982.
3. Мишустин Е.Н. Использование соломы как органического удобрения. М.1980.
4. Брюханов А.Ю., Субботин И.А. Автоматизированное проектирование технологических линий приготовления органических удобрений на основе навоза и помета // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2009. Т. 20. № 3. С. 222-227.
5. Живаев Д.А. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы на фоне минеральных и бактериальных удобрений / Д.А. Живаев, Г.Е. Гришин // Земледелие. 2007. - №2.