Биологическое загрязнение почв. Биологическое загрязнение почв чужеродными микроорганизмами происходит в результате попадания в почву бытовых и сельскохозяйственных отходов и отбросов, а также за счет аэрозолей микробиологических производств. С бытовыми отбросами в почву могут попадать потенциально опасные микроорганизмы патогенные и токсикогенные, способные вызывать кишечные инфекции и пищевые отравления у человека, эпидемические заболевания у животных, токсикозы растений.

В санитарно-эпидемиологических почвенных исследованиях определяют содержание в почвах бактерий группы кишечной палочки (E.coli) и патогенных клостридий и бацилл: возбудителей столбняка (Сl. tetani), сибирской язвы (Вас. апthrаcis), газовой гангрены (Сl. реrfringens) и др. Бактериальные энтомопатогенные препараты (энтомобактерин, дендробациллин, боверин, мускардин) содержат споры бацилл (Вас. Сеrеиs, Вас. thuringiensis), которые в течение многих лет сохраняются и размножаются в почве. При применении этих препаратов методами аэрораспыления происходит массовое обсеменение растительности и почвы спорами этих бактерий, что может привести к нарушению природного равновесия в микробных сообществах.

Почва способна к самоочищению от несвойственных ей микроорганизмов. Механизмы, лежащие в основе самоочищения почв, пока остаются непознанными. Они могут быть разной природы. В первую очередь это связано с отсутствием в почвенной среде условий, необходимых для развития попадающих извне микроорганизмов, а также неблагоприятного действия физических и химических факторов (кислотности, низких значений температур, высушивания, солнечной радиации и т. д.).

Другой механизм элиминации микроорганизмов взаимодействие с членами почвенной биоты: выедание, лизис и др. В некоторых случаях при загрязнении небольших территорий рекомендуется применять для очистки почв химические дезинфектанты (формалин, окись этилена, тиазол и др.) или специфические препараты пестицидов. Нарушение экологической среды под влиянием разного рода токсикантов одна из важнейших проблем современности, поэтому разработка принципов и методов ранней диагностики повреждения почвенной биоты под воздействием пестицидов, тяжелых металлов, нефти и отходов ее переработки, минеральных удобрений в высоких дозах и других загрязнителей представляет собой одну из самых насущных задач биологии почв.

Изучение реакции на различные антропогенные воздействия активно функционирующих в почве микробных сообществ позволило сформулировать положение о том, что независимо от природы загрязняющего агента изменения микробиоты почвы в ответ на возрастающие антропогенные нагрузки выражаются в последовательной смене четырех адаптивных зон. Под адаптивной зоной понимается интервал концентраций изучаемого агента, определяющих совокупность изменений активно функционирующего в почве микробного сообщества. Эти изменения обеспечивают приспособление сообщества к данным условиям. Каждая из выделенных зон соответствует определенному уровню антропогенной нагрузки.

Перваяадаптивнаязона, характеризующая низкий уровень нагрузки, зона гомеостаза микробной системы почвы. На примере действия кадмия показано, что от 0 до 7 мг кадмия на один килограмм дерново-подзолистой почвы изменяется только общая биомасса активно функционирующего сообщества микроорганизмов. Вторая адаптивная зона, которая характеризует средний уровень нагрузки, зона стресса микробной системы почвы. В этой зоне происходит перераспределение степени доминирования членов микробного сообщества при внесении минеральных удобрений, некоторых гербицидов и отдельных тяжелых металлов. Наблюдается преимущественное развитие токсинообразующих микроорганизмов (грибы рода Penicillium).

Третьяадаптивнаязона микробной системы почвы зона резистентности. Она характеризует высокий уровень нагрузки и проявляется при высоких дозах всех изученных загрязнителей независимо от их природы. На примере действия нефти эта зона обнаружена в интервале концентраций вещества от 10 до 100 л/м2 почвы. Видовое разнообразие резко сокращается, а преимущественное развитие получают устойчивые к данному фактору популяции микроорганизмов. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к полному элиминированию роста и развития микроорганизмов в почве. Это свидетельствует о переходе в следующую, четвертую зону зону репрессии микробной системы почвы, которая характеризует очень высокий уровень антропогенной нагрузки.

Адаптационные свойства микробной системы почвы могут быть в общем виде охарактеризованы четырьмя типами изменений в сообществе активно функционирующих в почве микроорганизмов. Последователь ность этих изменений в градиенте антропогенной нагрузки выглядит следующим образом: сохранение стабильности состава сообщества (зона гомеостаза), перераспределение доминантных популяций (зона стресса), преимущественное развитие устойчивых популяций (зона резистентности), полное подавление роста и развития микроорганизмов в почве (зона репрессии). Для биоиндикации различных уровней загрязнения почвы при антропогенных воздействиях предлагается следующее.

Низкий уровень загрязнения следует устанавливать по превышению фоновых концентраций поллютантов с помощью химических методов анализа. Для индикации среднего уровня загрязнения в наибольшей степени подходят микробиологические показатели. В этом интервале загрязнения происходит перераспределение доминирования среди активно функционирующих в почве микроорганизмов. В качестве дополнительных индикаторных признаков среднего уровня загрязнения можно использовать снижение вариабельности показателей биохимических процессов в почве, сокращение видового богатства и разнообразия комплекса почвенных микроорганизмов, а также увеличение в нем доли токсинообразующих форм микроорганизмов. Для индикации высокого уровня загрязнения почв экзогенными химическими веществами подходят многие микробиологические показатели, например широкое распространение в микробном сообществе почвы высокоустойчивых форм микроорганизмов. Однако более целесообразно для этого использовать другие тесты. Поскольку почвы при данном уровне загрязнения будут обладать общей высокой токсичностью, более удобно, наглядно и просто определять наличие этого уровня с использованием реакции высших организмов.

Устойчивость почвенной системы по отношению к загрязняющим агентам оценивается по величине зоны гомеостаза, которая для разных почв может варьировать в больших пределах. Таким образом, если за норму принять равновесное состояние биоты (в зоне гомеостаза), то степень повреждения оценивается по появлению изменений в сообществе на уровне последующих зон. Одна и та же доза загрязнителя может вызвать разной степени повреждения, поэтому при нормировании следует учитывать, что единого значения ПДК (предельно допустимой концентрации) для различных почв быть не может. При разработке системы мониторинга состояния почвенного покрова в связи с антропогенными нагрузками используются все показатели, характеризующие биологическую активность почв.