Григоренко Л.В., Степанський Д.О.¹, Зайцев В.В.², Акулова О.В.³,

Земляна М.П., Куєвда Т.О., Синько Л.П., Ільченко Л.В.⁴, Візнюк К.М.⁵

Дніпропетровська державна медична академія¹

Дніпропетровська обласна СЕС ²

Дніпропетровська міська СЕС ³

Червоногвардійська районна СЕС міста Дніпропетровська⁴

Марганцевська міська СЕС ⁵

Стійкість ландшафту до антропогенного тиску:

самоочищення чорноземних грунтів від кадмію в межах ґрунтового мікробіоценозу

Вступ. У ландшафтній екології важливе місце займає біоценологія. Усі органічні складники середовища існування, тобто рослини і тварини, які населяють одну з ділянок ландшафту, утворюють біоценоз, становлячи численні взаємосполучення. В організованих біоценозах, до яких відноситься ґрунт, схема кругообігу ксенобіотиків доповнюється стадіями перетворення і вторинного використання. Проте, більша частина біоценозів підпадає під безпосередній або непрямий вплив людини, що призводить до зміни самих біоценозів і порушення рівноваги всередині них [1]. На думку О.А. Шевченка [2], головною причиною наших екологічних негараздів є зростання показника “відходності” функціонування сучасного суспільства. Розглянемо основні антропогенні джерела забруднення ґрунтів важкими металами у ландшафтних системах на сучасному етапі розвитку аграрного і промислового сектору країни.

У сучасному землеробстві на Україні за останні 10-15 років обсяг застосування мінеральних добрив збільшився в 1,5-1,8 разів, що сприяє антропогенному забрудненню грунтів [3]. Останнім часом в Україні особливо загострилися проблеми утилізації накопичених відходів гірничо-видобувної та збагачувальної галузі у шламо- та хвостосховищах, кількість яких сягає мільярдів тонн, що негативно впливає на довкілля. Саме ці об’єкти спричиняють деградацію, просідання та забруднення ґрунту прилеглих територій, забруднення ґрунтових вод, підтоплення території населених пунктів, утворення проваль, зміни у місцевих макро- і мікробіоценозах [4]. Чільне місце серед джерел забруднення важкими металами, посідають господарсько-побутові відходи. Фільтраційні води полігонів захоронення твердих побутових відходів оцінюються як високотоксичні для живих організмів, тому що рухомі сполуки важких металів досить швидко вимиваються водними потоками. На ділянках, які прилягають до комунальних звалищ, перше місце серед забруднювачів посідають кадмій і срібло, вміст кадмію в аномаліях сягає до 1 мг/кг [5]. З гігієнічних позицій актуальність проблеми полягає в тому, що з відходами людина стикається повсякденно, як на виробництві, так і в побуті, що супроводжується впливом на здоров’я. Прямий контакт людини, обмежений за часом, відбувається при утворенні, транспортуванні, переробці, складуванні, захороненні відходів. Не менш шкідливий і більш тривалий опосередкований вплив відходів проявляється через забруднення атмосферного повітря, ґрунту, підземних вод, відкритих водойм, сільськогосподарської продукції рослинного і тваринного походження.

Метою нашого дослідження було вивчення змін мікробіоценозу ґрунту при його техногенному забруднені сполуками кадмію в регіональних умовах Дніпропетровської області.

Матеріали та методи дослідження. Дослідження виконувались на базі кафедри гігієни та екології Дніпропетровської державної медичної академії та за участю фахівців бактеріологічної лабораторії Червоногвардійської районної СЕС міста Дніпропетровська. Експериментальні дослідження та гігієнічна оцінка показників біологічної активності ґрунту та інтенсивності процесів його природного самоочищення, епідемічної безпеки ґрунту здійснювали за комплексом мікробіологічних показників. Проведено вивчення діяльності мезофільних аеробних і факультативних анаеробних мікроорганізмів (МАФАМ), титрів бактерій групи кишкових паличок (E. coli) та анаеробів (Cl. Perfringens), грибів, згідно із загальноприйнятими методиками [6]. При вивченні впливу кадмію на ґрунтовий мікробіоценоз за робочу концентрацію приймали фоновий вміст важкого металу в чорноземах типових Дніпропетровської області – 0,15 мг/кг. Наступні концентрації кадмію розраховували з десятикратним перевищенням від фонової: 1,5 мг/кг; 15 мг/кг; 150 мг/кг ґрунту. Експеримент тривав 2 місяці (60 діб).

Результати дослідження та їх обговорення. Вплив кадмію на пригнічення життєдіяльності фізіологічних груп ґрунтових мікроорганізмів вивчали за кількістю колоній утворюючих одиниць (КУО) мезофільних аеробних і факультативних анаеробних мікроорганізмів (МАФАМ) в 1 грамі ґрунту (таблиця 1).

Таблиця 1

Динаміка численності МАФАМ під впливом різних концентрацій

кадмію в чорноземах типових

Тривалість спостереження, доба	Концентрація кадмію, мг/кг ґрунту
	контроль		0,15		1,5		15		150
	кількість КУО в 1г ґрунту	% зміни	кількість КУО в 1г ґрунту	% зміни	кількість КУО в 1г ґрунту	% зміни	кількість КУО в 1г ґрунту	% зміни	кількість КУО в 1г ґрунту	% зміни
1	1,9·10^5	100	1,8·10^5	94,7	1,7·10^5	89,5	1,6·10^5	84,2	1,9·10^5	100
2	1,9·10^5	100	1,9·10^5	100	1,7·10^5	89,5	1,6·10^5	84,2	1,9·10^5	100
3	1,9·10^5	100	9,0·10^4	47,3	8,3·10^4	43,6	8,0·10^4	42,1	7,0·10^4	36,8
5	1,9·10^5	100	8,5·10^4	44,7	8,0·10^4	42,1	7,5·10^4	39,5	7,0·10^4	36,8
7	1,9·10^5	100	7,7·10^4	40,5	6,4·10^4	33,6	6,5·10^4	34,2	6,0·10^4	31,5
10	1,9·10^5	100	3,0·10^4	15,7	2,0·10^4	10,5	2,7·10^4	14,2	1,5·10^4	7,8
14	1,9·10^5	100	1,2·10^4	6,3	1,1·10^4	5,7	1,1·10^4	5,7	9,5·10^3	5,0
20	1,9·10^5	100	8,5·10^3	4,5	9,5·10^3	5,0	9,5·10^3	5,0	8,5·10^3	4,5
30	1,9·10^5	100	8,0·10^3	4,2	8,0·10^3	4,7	9,0·10^3	4,7	8,0·10^3	4,2
45	1,9·10^5	100	7,5·10^3	3,9	7,5·10^3	4,5	8,5·10^3	4,5	7,5·10^3	3,9
60	1,9·10^5	100	7,0·10^3	3,6	7,0·10^3	3,4	6,5·10^3	3,4	6,5·10^3	3,4

Як свідчать дані експериментальних досліджень, найбільш значне пригнічення кількості сапрофітних мікроорганізмів спостерігалось у ґрунті при концентрації кадмію 150 мг/кг. Численність МАФАМ у цих зразках ґрунту дорівнювала їх кількості у „контрольних” ґрунтах протягом 1 та 2 доби, а потім відбувалось стрімке зменшення мікроорганізмів до 6,5·10³ КУО в 1 г ґрунту на 60 добу, що становить 3,4% відносно „контролю”.

З третьої доби після внесення розчинів сульфату кадмію до ґрунту, відбувається тенденція до зменшення загальної численності сапрофітних мікроорганізмів до 14 доби в усіх зразках ґрунту. Кількість КУО до 60 доби зменшилася від 3,6% (при концентраціях кадмію 0,15-1,5 мг/кг) до 3,4% (при концентраціях кадмію 15-150 мг/кг). На сьому добу, численність МАФАМ становить 7,7·10⁴ КУО (40,5%) у ґрунті при концентрації кадмію 0,15 мг/кг і починає стрімко зменшуватись у дослідних зразках з концентраціями кадмію 1,5 мг/кг, 15 мг/кг і 150 мг/кг, що становить 33,6%, 34,2% і 31,5% відповідно.

До фізіологічних груп ґрунтового мікробіоценозу також належать плісняві гриби і дрожі. Вплив кадмію в різних концентраціях на численність грибів і дрожів вивчали протягом 60 діб (рисунок 1).

Рисунок 1. Динаміка численності пліснявих грибів і дрожів у чорноземних важкосуглинкових ґрунтах під впливом різних концентрацій кадмію.

Результати експериментальних досліджень свідчать, що після сьомої доби спостереження, відбувається тенденція до зменшення численності грибів і дрожів у всіх зразках ґрунту. При цьому, найбільш виражений вплив кадмію на ґрунтовий мікробіоценоз виявлено в зразках ґрунту з концентрацією кадмію 150 мг/кг: кількість пліснявих грибів і дрожів зменшувалась від 70 КУО до 10 КУО, що становить відповідно 77,7% і 11,1% на 10 та 60 добу. При концентрації важкого металу 1,5 мг/кг на 45 добу інкубації було виявлено 30 КУО пліснявих грибів, що відповідає їх зниженню на 33,3% у порівнянні з „контрольним” зразком ґрунту, де міститься 90 КУО грибів і дрожів в 1 г ґрунту.

Окрім вивчення діяльності сапрофітних мікроорганізмів, пліснявих грибів і дрожів, в експерименті також досліджували кількість кишкових паличок (Escherichia Coli) і анаеробних мікроорганізмів (Clostridium perfringens) в 1 грамі чорноземного ґрунту. Спостереження за поведінкою кишкових паличок в ґрунтах, забруднених кадмієм, проводили протягом 60 діб, включаючи „контрольні” зразки (рисунок 2).

Рисунок 2. Динаміка численності E.Сoli у чорноземних важкосуглинкових ґрунтах під впливом різних концентрацій кадмію.

Результати експерименту свідчать, що на другу добу інкубації у всіх дослідних зразках чорнозему типового спостерігалось пригнічення діяльності E. Coli від 1% до 9,9% порівняно з „контролем”. Указаний діапазон пригнічення розвитку кишкової палички залишається однаковим у всіх дослідних зразках ґрунту: при концентрації кадмію 0,15 мг/кг – до 10 доби; 1,5 мг/кг – до 14 доби; 15 мг/кг і 150 мг/кг відповідно до 5 доби інкубації. Отримані нами дані свідчать, що кадмій в межах 15-150 мг/кг чинить виражене пригнічення діяльності клітин кишкової палички: на 5 добу із 100-999 клітин E.coli у ґрунтах залишається 1-9 клітин у 1 г чорнозему.

Анаеробні мікроорганізми роду Clostridium perfringens знаходилися в кількостях < 1 в 1 г ґрунту в усіх дослідних і контрольних взірцях чорнозему.

Висновки.

1. Чутливість ґрунтового мікробіоценозу до дії солей сульфату кадмію зростала в чорноземних ґрунтах у такій послідовності: МАФАМ > кишкові палички > плісняві гриби і дрожі. Максимальна концентрація, яка пригнічувала більшість ґрунтових мікроорганізмів з 7 до 30 доби експерименту, в середньому на 33,6-50%, становить 1,5 мг/кг кадмію в чорноземах типових Дніпропетровського регіону, що відповідає кларковому значенню важкого металу.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Давиденко В.А. Ландшафтна екологія / Давиденко В.А., Білявський Г.О., Арсенюк С.Ю. – Київ: Лібра, 2007. – 280 с.

2. Шевченко О.А. Актуальні питання еколого-гігієнічного забезпечення системи поводження з токсичними промисловими відходами // Гігієна населених місць. – Вип. 41. – К., 2003. – С. 136-141.

3. Жовинский Э.Я., Кураева И.В. Геохимия тяжёлых металлов в почвах Украины. – Киев, 2002. – 68 с.

4. Станкевич В.В., Акімов В.А., Коваль Н.М., Трахтенгерц Г.А. Деякі аспекти проблем поводження з різними видами відходів та можливі шляхи їх вирішення // Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України: Збірка тез доповідей науково-практичної конференції. – К., 2007. – С. 38-39.

5. Гумарова Ж.Ж. Эколого-гигиеническая опасность химического загрязнения твёрдых бытовых отходов // Гигиена и санитария. – №2. – 2006. – С. 22-25.

6. Методические рекомендации по санитарно-микробиологическому исследованию почвы: № 1446-76: Утв. МЗ СССР / МЗ СССР. – М., 1976. – 47 с.

Автори

Прізвище	Григоренко
Ім’я	Любов
По батькові	Вікторівна
Учений ступінь	здобувач на ступінь кандидат медичних наук
Учене звання	немає
Посада	викладач циклу „загальна гігієна”
Місце роботи	кафедра гігієни та екології
Адреса	50051, м. Кривий Ріг, вул. Орджонікідзе, буд.12, кв. 35
Телефон (факс)	роб.(0562) 713-53-61, моб.8097-838-27-43
Е-mail	toxysan@rambler.ru
Науковий керівник	Завідуючий кафедрою гігієни та екології, доцент Шевченко О.А.
Назва статті	Стійкість ландшафту до антропогенного тиску: самоочищення чорноземних грунтів від кадмію в межах ґрунтового мікробіоценозу
Співавтори	Степанський Д.О.- аспірант Дніпропетровської державної медичної академії; Зайцев В.В.- лікар-гігієніст Дніпропетровської обласної СЕС; Акулова О.В.-лікар-гігієніст Дніпропетровської міської СЕС; Земляна М.П., Куєвда Т.О., Синько Л.П., Ільченко Л.В. – лікарі-бактеріологи Червоногвардійської районної СЕС м.Дніпропетровська; Візнюк К.М.-лікар-гігієніст Марганцевської міської СЕС.

Вельмишановний оргкомітет конференції, просимо Вас надіслати 2 збірки тезів, вартість придбання 1 додаткового

екземпляру оплачено (квитанція №11372.236.1).

З повагою, авторський колектив!