Загрязнение и самоочищение почвы

ЗАНЯТИЕ 8

ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Распространение микробов в природе. Микрофлора почвы, воды, воздуха. Санитарно-показательные микроорганизмы.

УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Рассмотреть распространение микробов в природе. Изучить микрофлору почвы, воды, воздуха. Рассмотреть характеристику санитарно-показательных микроорганизмов и изучить методы их определения.

ЗАДАЧИ ЗАНЯТИЯ:

1. Рассмотреть распространение микробов в природе.

2. Изучить микрофлору почвы, воды, воздуха.

3. Рассмотреть понятие санитарно-показательных микроорганизмов и изучить методы их определения.

Распространение микробов в природе

Взаимоотношения микроорганизмов между собой и с окружающей средой изучает экология. Основной единицей в экологии служит экосистема. В нее входят как биологические, так и абиотические компоненты. Биотические компоненты составляют сообщество организмов, или биоценоз. Размеры микробных экосистем очень разнообразны. Это может быть, например, пруд, озеро или организм человека.

Естественными средами обитания большей части организмов являются вода, почва и воздух. В зонах обитания микроорганизмы образуют микроценозы – сообщества со специфическими и часто необычными взаимоотношениями. Каждое микробное сообщество в конкретном ценозе образуют специфичные аутохтонные микроорганизмы, обычно в них встречающиеся. В природных биоценозах (почва, вода, воздух) выживают и размножаются лишь те микроорганизмы, которым благоприятствует окружающая среда; их рост прекращается, как только условия окружающей среды меняются.

Микрофлора почвы

Почва состоит из неорганических веществ и органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых организмов. Почвенные живые организмы в совокупности составляют почвенный биоценоз. Содержащиеся в почве живые организмы (в том числе микроорганизмы) составляют живую фазу почвы. В нее входят макроорганизмы и микроорганизмы, как животного, так и растительного происхождения.

Макроорганизмы живой фазы почвы включают:

- макрофауну (грызуны, насекомые, клещи, брюхоногие моллюски, многоножки, пауки и кольчатые черви);

- макрофлору (корни растений).

Микроорганизмы живой фазы почвы включают:

- микрофауну (нематоды, простейшие, коловратки);

- микрофлору (водоросли, грибы, бактерии).
Находящиеся в почве микроорганизмы подразделяются на две группы:

- аутохтонные микроорганизмы (резидентные микроорганизмы,
резидентная микрофлора), то есть микробы, которые присущи только конкретному типу почвы;

- аллохтонные микроорганизмы (транзиторная микрофлора), то есть те микроорганизмы, которые в обычных условиях в почве не встречаются.

Микроорганизмы в почве развиваются в водных и коллоидных пленках, покрывающих твердые частицы, и особенно в капиллярной и гравитационной воде, заполняющей поры между минеральными частицами почвы и содержащей растворенные органические и неорганические вещества.

В почве обитают:

1. Водоросли (зеленые, сине-зеленые и диатомовые). Они
распространены повсеместно, особенно в поверхностных слоях почвы.

Наиболее важным экологическим фактором, регулирующим распространение водорослей, является влажность, хотя они способны выдерживать длительные периоды засухи. Морфологическое разнообразие водорослей очень велико, но все они имеют микроскопические размеры, нитевидную форму и состоят из одной клетки. Наиболее многочисленные сине-зеленые и зеленые водоросли. Количество их в 1 г почвы может достигать 100 тыс.

2. Грибы. Из микроскопических грибов в почве обитают, в основном, дрожжевые и дрожжеподобные грибы.

3. Бактерии (актиномицеты, спорообразующие бактерии, спирохеты, микобактерии, псевдомонады, азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии, архебактерии). В окультуренных почвах бактерии превосходят все другие группы микроорганизмов, как по численности, так и по своему разнообразию. В плодородной почве общая биомасса бактерий достигает 500 кг/га и более.

Наибольшее значение для плодородия почв имеют азотфиксирующие бактерии, способные усваивать молекулярный азот (Azotobacter, Nitrobacter, Mycobacterium и другие). К типичным почвенным бактериям относятся актиномицеты и спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium.

4. Простейшие. Во влажных почвах обитают амебы.

Почвенные микроорганизмы принимают участие в процессах почвообразования, самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве имеются все условия для развития микроорганизмов: достаточное количество органических и минеральных веществ для их питания, подходящие влажность и реакция среды, защита от прямых солнечных лучей.

Количественный и видовой состав микроорганизмов в почве обусловлен содержанием в ней органических ве­ществ, влаги, рН, температурой, климатическими усло­виями, способом обработки и т. д.

Наиболее богаты микро­организмами черноземные, каштановые почвы, сероземы и специально обработанные почвы. Бедны микрофлорой песчаные, горные и ли­шенные растительности почвы.

Наиболее многочисленны микроорганизмы в верхнем 5-15-сантиметровом слое, меньше их на глубине 20-30 см и минимальное количество на глубине 30-40 см. Однако бактерии были найдены в почве даже на глубине 5 м.

Численность микроорганизмов в почве увеличивается по направлению с севера на юг, причем весной количество их значительно возрастает, достигая максимума к началу лета, осени; зимой — резко уменьшается.

Загрязнение и самоочищение почвы

Почва населенных мест загрязняется твердыми и жид­кими отбросами, выделениями людей и животных, остатками растений, хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами. Вместе с органичес­кими загрязнениями в почву попадает большое количество микроорганизмов. Особенно опасны в эпидемиологи­ческом отношении сточные воды боен, мясокомбинатов, предприятий по переработке кожи, шерсти, которые мо­гут содержать патогенных бактерий.

В связи с этим почва может служить фактором передачи возбудителей инфекционных заболеваний. Через почву может происходить обсеменение сапрофитными и болезнетворными микробами сырья, пи­щевых продуктов, кормов. Поэтому отбросы, поступающие в почву, должны подвергаться очистке и обезврежи­ванию. Длительность выживаемости в почве патогенных бактерий зависит от биологических свойств и условий среды обитания. Наиболее длительно живут спорообразующие микробы – возбудители столбняка, ботулизма; споры бацилл сибирской язвы могут сохраняться на протяжении десятилетий. При благоприятных условиях микроорганизмы в почве не только выживают, но и долго (недели, месяцы и даже годы) сохраняют вирулентные свойства.

Классификация почвенных патогенных микроорганизмов:

- патогенные микроорганизмы, постоянно обитающие в почве (например, возбудитель ботулизма). Бактерии попадают в почву с испражнениями человека и животных, их споры сохраняются в ней неопределенно долго.

- патогенные спорообразующие микроорганизмы, для которых почва
является вторичным резервуаром (например, возбудитель сибирской язвы). Бактерии попадают в почву с фекалиями и прочими выделениями больных животных, а также с трупами погибших животных.

- патогенные микроорганизмы, попадающие в почву с выделениями
человека и животных и сохраняющиеся в течение нескольких недель или
месяцев. В эту группу входят различные не образующие споры
микроорганизмы. Основные факторы, приводящие к быстрой гибели
микроорганизмов, - неспособность к спорообразованию и антагонистические
свойства микрофлоры почвы (конкуренция за источники энергии и питания).

Продолжительность выживания патогенных микроор­ганизмов в почве зависит от биологии возбудителя, со­держания влаги и соответствующих питательных веществ, рН, температуры, наличия микробов-антагонистов, бакте­риофагов. Во влажных почвах их выживаемость в 2-4 раза длительнее, чем в сухих.

Неспорообразующие микроорганизмы погибают быстрее, чем спорообразующие. Патогенные неспорообразующие микробы выживают в почве незначительное время: возбудители дизен­терии - от 10 дней до 9 месяцев; холерные вибрионы - от 10 дней до 4 месяцев; бактерии брюшного тифа - от 14 дней до 10 месяцев; бактерии туляремии - от 10 дней до 2,5 месяцев; микобактерии тубер­кулеза - от 3 до 7 месяцев и более; бруцеллы - от 2 до 3 месяцев. Выживаемости в почве неспорообразующих микробов способствует попадание вместе с возбудителем достаточ­ного количества питательных веществ (кал, мокрота, гной и т. д.), наличие благоприятных физико-химических условий среды, отсутствие микробов-антагонистов.

Наиболее опасной является почва, загрязненная фе­калиями больных кишечными инфекциями. Возбудители дизентерии, холеры, брюшного тифа, сальмонеллезов, энтеровирусных заболеваний попадают в организм чело­века с загрязненными землей овощами, фруктами и дру­гими пищевыми продуктами. Установлена прямая зави­симость между уровнем заболеваемости населения ки­шечными инфекциями и неудовлетворительным санитар­ным состоянием почвы.

Описан ряд водных вспышек кишечных инфекций, причиной которых были загрязненная почва и стоки не­чистот.

В почве обитает много плесневых грибов. Некоторые из них, например грибы из рода Fusarium, попадая на злаковые и другие растения, в процессе своего развития, вырабатывают токсические вещества. При употреблении хлеба, выпеченного из зерна позднего обмолота и пора­женного грибом Fusarium sporotrichiella, у человека воз­никает токсикоз, известный под названием отравления “пьяным хлебом”. Грибы из рода Aspergillus (Asp. flavus, Asp. fumigatus), паразитирующие на земля­ных орехах, зерновых культурах и кормах, могут также образовывать токсическое вещество - афлатоксин. При употреблении в пищу продуктов заражённых афлатоксинов возникает тяжелое отравление, которое характери­зуется некротическим поражением печени, почек, гемор­рагическим воспалением пищеварительного тракта.

Микрофлора воды

В морях, реках, озерах и других водоемах, а также в грунтовых водах содержится значительное число видов микроорганизмов. Совокупность всех микроорганизмов, заселяющих водоёмы, обозначают термином «микробиальный планктон».

Микрофлора природных вод в значительной степени зависит от их происхождения. Различают пресные и морские воды. Пресные воды разделяют на поверхностные, включая проточные (реки, ручьи) и стоячие (озёра, пруды, водохранилища), подземные (почвенные, грунтовые, артезианские) и атмосферные (дождь, снег).

Изучением водных сообществ занимается гидробиология. Возрастающий дефицит пресной воды на Земле заставляет обратить серьезное внимание на процессы формирования экосистемы в водоеме и переработку водными микроорганизмами поступающих в водоем загрязнений. Вода – естественная среда обитания микробов, основная масса которых поступает из почвы, воздуха с оседающей пылью, с отходами, стоками промышленных и животноводческих объектов и др. Особенно много микроорганизмов в открытых водоемах и реках, нередко встречаются они в илистых отложениях океанов, морей, болот, минеральных водах. Их находят как в поверхностных слоях, так и на глубине до 10 тыс. метров. Обитают микроорганизмы и в горячих источниках. Процесс фотосинтеза у них происходит при температуре 75^ОС, а в щелочных водах бактерии выживают при температуре 100^ОС.

Качественный состав обитающих в воде микроорганизмов зависит в основном от свойств самой воды, поступления в нее сточных и промышленных отходов. К постоянно живущим в воде микроорганизмам относятся Azotobacter, Nitrobacter, Micrococcus, Pseudomonas, Proteus, Spirillum и др.

Глубокие почвенные воды, ключевая, артезианская вода почти свободны от микроорганизмов.

Характер микрофлоры водоемов определяется особенностями конкретной водной среды. Микрофлору водоемов образуют две группы: аутохтонные (собственно водные) и аллохтонные (попадающие извне при загрязнении) микроорганизмы.

Аутохтонная микрофлора – совокупность микроорганизмов, постоянно живущих и размножающихся в воде. Микробный состав воды напоминает микрофлору почвы, с которой вода соприкасается (придонные и прибрежные почвы).

Аллохтонная микрофлора – совокупность микроорганизмов, случайно попавших в воду и сохраняющихся в ней сравнительно короткое время.

Количественные соотношения микроорганизмов в открытых водоемах варьируют в широких пределах, что зависит от типа водоема, степени его загрязнения, смены метеорологических условий, времени года.

Микроорганизмы воды играют значительную роль в круговороте веществ, расщепляя органические продукты животного и растительного происхождения и обеспечивая питательными веществами другие организмы, живущие в воде.

Источником загрязнения воды в реках чаще всего служат бытовые и промышленные стоки. В открытые водоемы большая часть микробов попадает из почвы. Поэтому в озерах, прудах, реках наивысшее содержание микрофлоры отмечается в прибрежной зоне.

В воде обитают все известные группы микроорганизмов, но наиболее существенный компонент населения водоемов – бактерии. Как известно, цитоплазматическая мембрана бактерий обладает способностью активного переноса через клеточную стенку питательных веществ. Благодаря этому бактерии способны потреблять питательный субстрат, присутствующий в ничтожно малых концентрациях (1-5 мг/г).

Микробы окисляют до минеральных соединений органические вещества, в огромных количествах попадающие в водоемы. Степень загрязнения, в том числе болезнетворными микробами, может быть препятствием для использования воды. Поэтому любой водный источник необходимо подвергать санитарно-микробиологической оценке.

Самоочищение водоемов обусловливается рядом факторов:

- быстрым течением воды, что ведет к уменьшению концентрации органических веществ;

- бактерицидным действием инсоляции;

- минерализацией органических соединений микробами;

- наличием пищевой цепи: бактерия – простейшие – насекомые – рыба, животные – человек;

- адсорбцией твердыми частицами ила;

- адсорбцией на поверхности растений;

- действием фитонцидов растений.