хунок випадіння бур’янів зменшується кількість кореневих залишків. Все це призводить до збіднення запасів органічної речовини фунту. Вміст гумусу за умов застосування пестицидів зменшується на 9-18% порів няно з контролем (без їх застосування).
Не менш важливим аспектом взаємодії мікроорганізмів і пестицидів є трансформація цих сполук мікроорганізмами-деструкторами. Пес тициди є ксенобіотиками, тобто такими сполуками, хімічна структура і характер зв’язків у молекулах яких не мають аналогів серед природних речовин. Незважаючи на те, що пестициди є екзотичними субстратами для мікроорганізмів, Існують численні приклади їх біодеструкції. За да ними М.С. Соколова та Р.Р. Олейникова гербіцид 2,4-Д розкладають бак терії - представники родів Flavobacterium, Nocerdia, симазин - гриби родів Aspergillus, Pénicillium, Trichoderma, Fusarium, a також бактерії ро дів Arthmbacter, Flavobacterium. Виділені культури грибів Asparg0us alliaceus, Pénicillium funiculosum, які є активними деструкторами арилоксифеноксипропіонових гербіцидів. Описана також здатність представни ків роду Pseudomonas розкладати пестицид іпрадин, представників ро дів Flavobacterium та Arthrobacter- інсектициди.
Н Д . Ананьєвою зі співр. було показано, що чим більший вміст мікро бної біомаси у ф унті, тим швидче відбувається деструкція внесених пе стицидів. Тобто мікроорганізми відіфають визначальну роль у очищенні фунту від цих забруднень.
Повна деструкція пестициду однією, навіть активною культурою практично не відбувається. Всі ензими, необхідні для деструкції ксенобіотиків, навряд чи синтезуються одним видом мікроорганізмів, а для ефективного розкладу цих сполук необхідні мікробні уфуповання, що характеризуються ріноманітним видовим складом. Г.К. Скрябин, Л.О. Го ловиьова пояснюють це тим, що на різних стадіях деструкції беруть участь різні групи мікроорганізмів, у результаті чого мікроорганізми одного виду починають процес, а після цього трансформовану моле кулу пестициду атакують мікроорганізми іншого виду. Таким чином, при руйнуванні пестицидів у ф унті спостерігаються зміни в кількісному та якісному складі мікробних уфуповань, тобто сукцесія. Встановлено, зокрема, що представники родів Pseudomonas, Agrobacterium, Nitrococcus здатні використовувати пестицид делапон як джерело вуг лецю.
Можлива деструкція пестицидів як неростових субстратів шляхом комвтаболізму. За Л.О. Головльовою, кометаболізм - це феномен дегра дації або біатрансформацн хсенобіотиків мікроорганізмами за умов при сутності ростових субстратів, які можуть легко засвоюватись. Тобто ви
234
користання додаткових субстратів забезпечує мікроорганізми енергією, кофакторами, ефекторами, окиснювачами, які необхідні для деградації пестицидів.
За наявності у середовищі двох субстратів - ростового і косубстрату мікроорганізми здатні здійснювати перетворення широкого кола речо вин: ароматичних вуглеводнів та їх похідних, алкілпіридинів, феноксиалканових кислот та інш. Як ростові субстрати при кометаболізмі пестицидів можуть бути використані вуглеводи, спирти, органічні кислоти та ін.
У процесі деструкції ксенобіотиків мікроорганізми здійснюють ряд ензиматичних перетворень: гідроліз ефірних зв'язків, відокремлення алкільних груп, гідроскилювання ароматичного ядра, відновлення нітрогруп та ін. Руйнування і мінералізація ксенобіотиків має ряд відповідних метаболічних послідовностей. На рис, 12.4 представлені основні етапи мікробної деструкції гербіцидів нового покоління зеллеку та Ілоксану, які є похідними арилоксифеноксипропЬнової кислоти. Деструкція ЇХ почи нається з гідролізу ефірного зв'язку двоядерних молекул з утворенням кислої форми гербіцидів. Подальша трансформація відбувається шля хом декарбоксилювання, ароматичного гідроксилювання, часткової дегалогенізацїї, можливе також відщеплення ацильної частини з розривом двоядерної структури молекул. Важливу роль у деструкції пестицидів відіграють оксидази широкої субстратної специфічності.
При розкладанні зазначених гербіцидів утворюється від двох до чо тирьох стабільних продуктів деградації - галогенізовані гетероциклічні фенольні структури, які перевищують рівень персистентності і токсичності вихідних гербіцидів. Встановлено, що при деструкції хлорфенолів також можуть утворюватись проміжні продукти - хлоранізоли І поліхпордибенздіоксини, які більш токсичні, ніж пестициди, з яких вони утворились.
Проміжні продукти можуть накопичуватись у середовищі за умов, коли відсутні необхідні кофактори, ферменти або додаткові джерела енергії. Вони отруюють мікроорганізми і можуть зовсім перервати про цеси очищення середовища від ксенобіотиків. Так, симтриазинові гербі циди (атразин, симазин, прометрин) у перші 3 місяці після їх внесення у ґрунт руйнуються на 70-75% , проте повної деструкції препаратів не від бувається. Залишкова їх кількість (3-6% ) виявляється і через рік після застосування. При багаторазовому їх внесенні у фунті накопичуються продукти деструкції, в основному, це деалкіловані молекули, які збері гають гетероциклічне триазинове кільце. Вони характеризуються незна чною гербіцидною дією, але негативно впливають на розвиток фунтової мікробіоти.
235
Рис. 12.4. Схема мнробноїтрансформаціїгербіцидів зелпвкутаілоксану (за А. Міху, 1998р.)
236
У ґрунті пестициди та продукти їх деградації можуть взаємодіяти з гумусовими сполуками і входити до їх складу, що підвищує стабільність цих небезпечних забруднень.
При тривалому застосуванні пестицидів відбувається перебудова мікробних угруповань із переважним розвитком мікроорганізмів, стійких до внесених сполук і здатних до утилізації цих речовин і їх аналогів. Це підштовхує виробників пестицидів на пошуки нових, ще більш токсичних препаратів. Тому ідея захисту рослин шляхом застосування штучно си нтезованих токсичних сполук є тактично, екологічно й економічно недо цільною. Більшу перспективу мають екологічно нешкідливі біологічні методи (див. розділ 10.1).
12.2. Техногенне забруднення ґрунтів
Прогресуюче насичення біосфери полютантами викликає велике занепокоєння і вимагає особливої уваги. Мігруючи в оточуючому сере довищі, шкідливі речовини негативно впливають на важливі структурнофункціональні блоки екосистем, акумулюються у ґрунтах, рослинах, в організмах тварин і людини.
Для того щоб оцінити стан забруднення ґрунту, необхідно провести нормування вмісту полютантів. В основу нормування вмісту шкідливих речовин у ґрунті покладено принцип, що припускає додаткове надхо дження їх до ґрунту у кількостях, безпечних для живих організмів. Гра нично допустимою концентрацією (ГДК) шкідливої речовини у ґрунті вважають таку максимальну її кількість (виражену у мг на 1 кг фунту), що гарантує відсутність негативного прямого чи опосередкованого впливу на здоров'я людини та санітарні умови проживання населення. При оцінці безпеки надходження шкідливих речовин необхідно виходити з неприпустимості перевищення межі адаптаційних можливостей орга нізму І самоочищувапьної здатності фунту, тобто порогу безпечної дії. Під порогом безпечної д ії хімічних речовин розуміють таку їх кількість, яка ще не викликає деструктивних змін в організмі, але перевищення якої призводить до появи негативних функціональних наслідків. У різних країнах світу значення ГДК неоднакові. Для визначення інтенсивності впливу техногенних забруднень на біологічні об’єкти використовують загальну схему типу доза-відповідь. У токсикологічних дослідженнях виділяють такі критерії д ії токсикангів: порогові концентрації, при яких дія полютанту ще не проявляється; критичні (токсичні), при яких ток сичний вплив забруднення найбільш негативний, проте не призводить до загибелі організмів; петельний, який викликає загибель організмів.
237
Для характеристики останнього найчастіше використовують такий по казник, як ЬРю - доза токсиканта, що викликає загибель половини попу ляції.
12.2.1. Забруднення іонами важких металів
Важкі метали - це група хімічних елементів із густиною більше ніж 5 г/см3 або відносною атомною масою більшою за 40. Ряд важких мета лів' (Мп, Со, Си. 2п. Мо та ін.) давно відомі як мікроелементи, вони при сутні в мікрокількостях у ґрунтах і необхідні для нормальної життєдіяль ності рослин, тварин і людини. Відома позитивна роль цих металів в утворенні ряду біологічно активних речовин - ферментів, вітамінів, ан тибіотиків тощо. Доведено, що метали, входячи до складу багатьох фе рментів, є активаторами їх дії. Метали утворюють з ферментами різно манітні металорганічні з’єднання різної міцності, завдяки чому беруть участь у процесах переносу електронів, зв’язують фермент із субстра том, на який він діє, І таке інше. Метали відіграють важливу роль у вуг леводному обміні, процесах дихання, утворенні пігментів.
Виділяють групу металів, за якими закріпилось негативне поняття - “важкі", тобто токсичні. Це - ртуть (Нд), кадмій (Сф, свинець (РЬ), хром (Сг), цинк (1п), кобальт (Со) та Інші. їх іони відносять до найбільш не безпечних забруднень навколишнього середовища. Механізм токсичної дії важких металів може бути обумовлений антиметаболітною роллю, здатністю утворювати стабільні осади (хелати) з конструктивними мета болітами, можливістю каталізувати розпад життєво важливих метаболі тів, у результаті чого вони стають недоступними для клітини, здатністю заміщати структурно важливі елементи, що призводить до порушення ферментної чи клітинної функції.
Надмірне накопичення важких металів у ґрунтах порушує перебіг природних процесів і загрожує здоров’ю живих організмів.
Основними джерелами забруднення ґрунту важкими металами є аерозольні викиди в атмосферу промислових підприємств і автотранс порту у вигляді окислів та сульфідів, тверді відходи промисловості, стіч ні води підприємств і тваринницьких комплексів, рідкі і тверді ВІДХОДИ міст, мінеральні добрива, пестициди та інші хімічні препарати, а також самі родовища металів.
Глибина проникнення у ґрунт важких металів, які надходять із газо пиловими викидами промислових підприємств, на відстані від джерела забруднення 1-2 км досягає 25-45 см.
Примітка: тут І далітермін 'Важкіметали"вживаний урозуміннііонноїформи цього
металу.
238