На поверхности почвы обычно мало микроорганизмов, что обусловлено низкой влажностью и действием прямого солнечного света. Основная масса микрофлоры сосредоточена на глубине 10-20 см (в необработанной почве — на глубине 5-10 см). Затем по мере увеличения глубины количество микроорганизмов падает и на глубине до 1 м достигает сотен и десятков.

При этом важно отметить, что лабораторные манипуляции при посеве часто приводят к недоучету количества определенных микроорганизмов, если в естественной среде обитания они испытывали стресс. Так, например, при посеве на богатую питательную среду значительная часть популяции может погибнуть, если до посева клетки испытывали голодание («ускоренная субстратом гибель»). А поскольку голодание типично для микроорганизмов, обитающих в почве, то часто наблюдается недоучет бактерий на концентрированных средах по сравнению с разбавленными. С другой стороны, устранение вторичного стресса путем добавления каталазы на поверхность питательной среды может привести к возрастанию полноты учета Е. coli почти в 100 раз.

Качественный состав микрофлоры почвы очень разнообразен. Простейшие, грибы, водоросли, бактерии и вирусы являются обычными ее обитателями. Однако не все почвы одинаковы в этом отношении. Так, например, почвы полярных областей и пески пустынь характеризуются меньшим разнообразием микроорганизмов, по сравнению с почвами средних широт.

Микроорганизмы почвы принимают важнейшее участие в круговороте углерода, азота, фосфора и других элементов, что позволяет многократно использовать ограниченное количество каждого ресурса. Первостепенное значение здесь имеют минерализация органического вещества, обеспечиваемая почвенной микрофлорой, и иммобилизация ресурсов (временное консервирование части ресурсов в биомассе почвенных микроорганизмов). В естественных условиях оба этих процесса тесно связаны с ростом растений.

Функционально микрофлору почвы (грибы и бактерии) можно весьма условно разделить на несколько групп.

1. Сапрофитные микроорганизмы, которые разлагают попадающие в почву органические вещества растительного и животного происхождения; в основном это бактерии родов Mycobacterium, Pseudomonas, Arthrobacter, Cytophaga, Cellvibrio, спорообразующие бактерии (разнообразные представители родов Bacillus, Clostridium), актиномицеты, грибы. С. Н. Виноградский назвал их «зимогенными» (от zume — закваска).

2. Микроорганизмы, способные разлагать перегнойные вещества (гумус); в основном это бактерии из числа Nocardia, Arthrobacter, Pseudomonas. Они названы Виноградским автохтонными (от khthonos—почва).

3. Олиготрофные микроорганизмы, способные ассимилировать легко доступные органические соединения из растворов очень низкой концентрации; эти микроорганизмы (по определению Г. А. Заварзина, «микрофлора рассеяния», или диссипотрофы) участвуют в минерализации остатков органических соединений, в основном разрушенных сапротрофами; к таким микроорганизмам относятся простекобактерии, спирохеты и др.

4. Хемолитоавтотрофные микроорганизмы, способные получать энергию от окисления минеральных соединений (нитрифицирующие бактерии, водо-родокисляющие бактерии, бактерии, окисляющие соединения серы, железа и т. д.).

Таким образом, попадающие в почву органические вещества сначала подвергаются воздействию сапрофитной (зимогенной) микрофлоры. Затем продукты распада растительных и животных остатков в основном перерабатываются олиготрофами и частично превращаются в гумус (преимущественно циклические соединения). Последний может быть разрушен автохтонной микрофлорой (к ней можно отнести и некоторые сапрофиты, способные разлагать сложные циклические соединения).

Эти микроорганизмы также являются олиготрофами в том смысле, что, медленно разлагая труднодоступное органическое вещество, они растут при очень низком содержании доступных органических веществ. Соединения, образующиеся при разрушении гумуса, минерализуются диссипотрофами. Некоторые неорганические соединения, накапливающиеся в почве при разложении органических веществ (NH₄, H₂S, Н₂ и т. п.), могут быть использованы хемолитоавтотрофами, которые, окисляя эти вещества, получают энергию.

Почва принимает на себя колоссальное количество загрязнений. Загрязнение почвенного слоя веществами растительного и животного происхождения прежде всего сказывается на состоянии сапрофитных микроорганизмов. Внесение в почву органических веществ приводит к резкому увеличению количества сапрофитной микрофлоры. Следующий за этим спад до средних первоначальных показателей говорит об окончании переработки микроорганизмами внесенных в почву соединений. Как было отмечено выше, в процессе минерализации органических веществ одни группы микроорганизмов закономерно сменяют другие. Следовательно, определенные сведения о процессе самоочищения почвы можно получить учитывая те или иные группы и виды сапрофитных микроорганизмов.

Кроме того, весьма показательным в этом плане является количество нитрифицирующих бактерий в почве. В загрязненных почвах резкое усиление процессов нитрификации обычно происходит во второй фазе самоочищения, когда количество сапрофитов начинает заметно уменьшаться и доходит почти до нормы. Это обусловлено накоплением на данном этапе продуктов распада белка, в основном аммиака, активно используемого нитрификаторами.

В результате фекального загрязнения в почве появляется большое количество представителей микрофлоры кишечника. Обычно попавшие в почву представители нормальной микрофлоры человека и животных, а также патогенные микроорганизмы не находят достаточных условий для размножения и постепенно вымирают. Однако быстрота вымирания разных видов неодинакова. Многие представители нормальной микрофлоры человека могут включаться в биоценоз почвы, а отдельные виды (Е. coli, Cl. perfringens, Enterococcus и некоторые другие) становятся практически постоянными обитателями почв, на которых осуществляется деятельность человека.

Существовать длительное время и даже размножаться в почве и отбросах способны также и некоторые патогенные микроорганизмы (возбудители столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма, актиномикозов и др.). Из инфицированной почвы и с зараженными стоками патогенные микроорганизмы могут попадать в источники водоснабжения и способствовать распространению болезней. Существует опасность заражения и при непосредственном контакте с почвой (особенно для детей). Кроме того, зараженная почва может служить источником обсеменения сельскохозяйственной продукции.

На сроки выживания патогенных бактерий в почве влияют состав и тип почвы, температура, pH, влажность, атмосферные осадки, степень загрязнения, а также его характер (органическое, микробное или химическое). Самоочищение почвы от болезнетворных микроорганизмов происходит в результате воздействия неблагоприятных для них условий окружающей среды, отсутствия необходимого питательного материала, антагонистического воздействия почвенных микроорганизмов (включая как конкурентные взаимодействия, так и воздействия имеющихся в почве бактериофагов, бактерий-паразитов и простейших). Очень сложные взаимодействия складываются между растениями и патогенными бактериями.

Установлено, что при попадании некоторых болезнетворных микроорганизмов в ризосферу ряда растений происходит либо более быстрое их отмирание, либо сроки их выживания увеличиваются. Патогенные микроорганизмы, обнаруживаемые в почве, по срокам выживания можно разделить на три группы.

1. Патогенные микроорганизмы, постоянно обитающие в почве (например, Clostridium botulinum, возбудители подкожных микозов, виды Actinomyces, некоторые возбудители микотоксикозов).

2. Спорообразующие патогенные микроорганизмы (Bacillus anthracis, Clostridium tetani, виды Clostridium, вызывающие анаэробные инфекции). Эти бактерии попадают в почву с выделениями человека и животных или с трупами погибших животных. При благоприятных условиях они могут размножаться и сохраняться в виде спор длительное время (годами и десятилетиями).

3. Патогенные микроорганизмы, попадающие в почву с выделениями человека и животных и сохраняющиеся сравнительно недолго (в течение нескольких недель или месяцев). Это различные неспоровые бактерии (виды Salmonella, Shigella, Vibrio, Brucella, Francisella, Mycobacterium, Leptospira, Pseudomonas), энтеровирусы, вирус ящура.

Цель санитарно-микробиологических исследований почвы:

— подробная характеристика санитарного состояния почвы;

— определение пригодности исследуемого участка для строительства жилья и водопроводных сооружений, а также для устройства мест отдыха и детских площадок;

— охрана водосборных территорий;

— контроль за работой сооружений, в системе которых почва играет роль главного или дополнительного фактора очистки (поля фильтрации, орошения, ассенизации, биотермические методы обезвреживания отбросов, свалки и др.);

— оценка эффективности реабилитационных и санитарно-природоохранных мероприятий;

— эпидемиологические исследования при выяснении путей заражения и сроков выживаемости патогенов.

Оценку санитарного состояния почв проводят с учетом комплекса показателей: подсчитывают общее количество сапрофитных микроорганизмов и определяют наличие санитарно-показательных микроорганизмов (БГКП, ОКБ, фекальные энтерококки Clostridium perfringens, термофильные микроорганизмы, Proteus). При необходимости исследуют состав нитрифи пирующих и аммонифицирующих бактерий, азотфиксаторов, актиномицетов, грибов, целлюлозолитических микроорганизмов, споровых бактерий и др. Кроме того, исследуют токсичность почв для микроорганизмов. По эпидемическим показаниям выявляют возбудителей кишечных инфекций, патогенные энтеробактерии, энтеровирусы и др.

Высокая численность сапрофитной микрофлоры свидетельствует об органическом загрязнении, при микробной контаминации преобладают санитарно-показательные микроорганизмы. На свежее фекальное загрязнение почвы указывает высокий индекс БГКП при низких титрах нитрификаторов, термофилов, а также относительно высокое содержание вегетативных форм Clostridium perfringens. Обнаружение энтерококков всегда свидетельствует о свежем фекальном загрязнении, так как, попадая в почву, они достаточно быстро вымирают. Высокое содержание термофильных микроорганизмов также указы вает на характер загрязнения (компосты, навоз, удобрение сточной жидкостью, фекалиями). В чистых почвах практически не встречается Proteus (его присутствие может свидетельствовать о загрязнении гниющими отбросами, навозом, мусором).

Санитарно-эпидемиологические требования предъявляются к жилым территориям, рекреационным и курортным зонам, зонам санитарной охраны водоемов и прибрежных водоемов, территориям сельскохозяйственного назначения и другим, где возможно влияние загрязненных почв на здоровье человека и условия проживания. На территории городских и сельских поселений, а также сельскохозяйственных угодий содержание потенциально опасных для человека микроорганизмов в почвах на разной глубине не должно превышать предельно допустимых уровней, установленных санитарными правилами и гигиеническими нормативами.

Нормативы, позволяющие оценить эпидемическую опасность почв населенных пунктов, приведены в таблицах ниже. Если прямое определение энтеробактерий и энтеровирусов в почве невозможно, то можно провести ориентировочную оценку по СПМ. Так, почву оценивают как чистую без ограничений при отсутствии патогенов и индексе СПМ до 10 клеток на 1 г почвы. Индекс БГКП и энтерококков достигает 10 и более клеток на 1 г почвы при загрязнении сальмонеллами. На загрязнение почвы указывает также концентрация коли-фага в 10 и более БОЕ на 1 г.

Санитарно-микробиологическую оценку почвы проводят по комплексу показателей, из которых наиболее важным является степень фекального загрязнения.

- Читать далее "Отбор проб почвы для микробиологического исследования"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 29.09.2019