Грунт має високу буферної здатністю, тобто довгий час може не змінювати своїх властивостей під впливом забруднювачів. Тим не менш, в місті це один з найбільш забруднених компонентів середовища. Грунти міських екосистем характеризуються нерівномірним профілем, сильним ущільненням, зміною рН в бік подщелачивания, забрудненням різними токсичними речовинами.
Особливості якісного складу мікрофлори в грунтах міст досі вивчалися лише з точки зору наявності в них санітарно-показових мікробів. Грунтові мікроорганізми становлять значну частину будь біогеосістеми - екологічної системи, що включає грунт, відстале (неживе) і биокосное (живе чи вироблене живими організмами) речовини - і активно беруть участь у її життєдіяльності.
Мікроорганізми грунтів мають високу чутливість до антропогенного впливу, і в міських умовах їхній склад сильно змінюється. Тому вони є гарними індикаторами забруднення навколишнього середовища. Так, по виду мікрофлори, переважно мешкає (або, навпаки, відсутньої) на даній території, можна визначити не тільки ступінь забруднення, але і його вигляд (яке саме забруднююча речовина превалює на даній ділянці). Наприклад, індикаторами сильного антропогенного забруднення є відсутність коккоідних форм мікроводоростей з відділу Chlorophyta. Найбільш стійкими до забруднення виявилися нитчасті форми синьозелених водоростей (ціанобактерій Cyanophyta) та зелених водоростей.
Разом з тим, мікроорганізми самі є очисниками навколишнього середовища. Справа в тому, що поживними речовинами для багатьох бактерій є абсолютно неїстівні для вищих організмів речовини. У більшості випадків дані речовини (такі, як нафта, метан тощо) є для таких бактерій прямими джерелами енергії, без якої вони не виживуть. У деяких інших випадках такі речовини не є для бактерій життєво важливими, але бактерії можуть їх поглинати у великих кількостях без шкоди для себе.
Створюючи оптимальні умови для росту мікроорганізмів у належним чином спроектованих інженерних системах, швидкості процесів обробки відходів можуть бути значно збільшені, полегшуючи рішення багатьох проблем природоохоронної біотехнології. Крім того, ця дисципліна поступово трансформується від її звичайної функції до нової фази, яка характеризується максимальною рекуперацією ресурсів, що знаходяться у відходах. Кожна територія має певної техноємкого - тобто тим кількістю антропогенного навантаження, яку вона в змозі винести без незворотного порушення своїх функцій. Внесення на забруднені ділянки відповідних мікроорганізмів значно підвищує цей показник.
Вирішення екологічних проблем грунтується, в основному, на фундаменті биокаталитических методів через їхню відносну дешевизну і високої продуктивності, а вся підлегла область називається природоохоронної біотехнологією, що є в даний час найбільшої областю промислового застосування біокаталізу, беручи до уваги обсяги перероблюваних речовин. Філософія в рамках сучасної природоохоронної біотехнології має бути цілісною по відношенню до всіх компартментах навколишнього середовища, а це вимагає інтеграції багатьох наукових дисциплін, і, в першу чергу, детальних знань про механізми що протікають биокаталитических процесів, а також їх ефективного інженерного оформлення.
До теперішнього часу існує ряд биокаталитических та інженерних підходів, для захисту трьох основних компартментов навколишнього середовища - грунту, води та атмосфери. Основне забруднення грунтів і водних поверхонь у світі - це нафтове забруднення. Ряд мікроорганізмів здатні ефективно утилізувати нафта і нафтопродукти, очищаючи будь-які поверхні від небезпечних нафтових плям.
Існує ще одна унікальна і досить широко розповсюджена група бактерій - метанотрофами, що використовують метан як єдине джерело вуглецю та енергії. Інтерес до термофільних метанотрофами обумовлений перспективами їхнього практичного застосування як у науці, так і в сфері екології. У біотопах в основному зустрічаються метанотрофних бактерії пологів Methylocystis і Methylobacter.
Ще до пристосування бактерій як біофільтрів і біоочістітелей, до появи штучних забруднювачів, мікроорганізми вже ефективно виконували очисну роль у природі. Нещодавно російські вчені досліджували зразки мохів з різних боліт тундри північної частини Росії і виявили метанотрофних бактерії, які прекрасно живуть у кислому середовищі і при низьких температурах прямо в клітинах сфагнуму. Отримані дані дозволили вченим стверджувати, що на всій території півночі Росії від Чукотки і Камчатки до Полярного Уралу працює метаноокісляющій бактеріальний фільтр. Цей фільтр тісно пов'язаний з рослинами сфагнуму і являє собою фізично організовану структуру, здатну контролювати потік метану з торф'яних боліт в атмосферу.
Зрозуміло, крім метанотрофних і нафтопереробних бактерій існують і інші види, переробні ряд інших забруднюючих речовин. Ось деякі процеси переробки органічних речовин, які катализируются мікроорганізмами: пряме окислювання пропілену в 1,2-епоксіпропан молекулярним киснем, пряме окислення метану в метанол, м ікробіальное епоксідірованіе олефінів, окиснення вуглеводнів у спирти і метілкетони киснем повітря (з участю газо-асиміляційні мікроорганізмів), епоксідірованіе пропілену іммобілізованими клітинами газо-асиміляційні мікроорганізмів. При цьому, якщо виробничі процеси переробки хімічних забруднювачів зазвичай вимагають високих температур, біокаталітичні процеси проходять у мікроорганізмах при температурі, як правило, в межах 20-40 градусів Цельсія. І, якщо при хімічних процесах утвориться маса побічних продуктів, токсичних самі по собі (наприклад, при окислюванні пропілену в 1,2-епоксіпропан молекулярним киснем утворюються альдегіди, чадний газ, ароматичні органічні речовини), то при «роботі» мікроорганізмів таких речовин не утвориться - вони розкладаються до води і вуглекислого газу, які виділяються аеробними бактеріями.
В даний час виведені мікроорганізми, які можуть утилізувати, тобто переробляти з одержанням для себе енергії, величезна кількість штучних речовин - таких як, наприклад, різні види пластмас, гуми і т.п.
Оцінка стану живуть у грунті організмів, їх біорізноманіття має важливе значення при вирішенні завдань природоохоронної практики: виділенні зон екологічного неблагополуччя, розрахунку збитку, нанесеного діяльністю людини, визначенні стійкості екосистеми та вплив тих чи інших антропогенних факторів. Мікроорганізми та їх метаболіти дозволяють проводити ранню діагностику будь-яких змін навколишнього середовища, що важливо при прогнозуванні змін навколишнього середовища під впливом природних і антропогенних факторів.
Зокрема, серед основних природоохоронних і компенсаційних заходів останнім часом все частіше називають виділення місцевих (характерних для даної екологічної зони) штамів мікроорганізмів, найбільш активно утилізують вуглеводневу сировину, як основи для проведення цих заходів.
Проведення обстежень по виявленню деградованих і забруднених земель з метою їх консервації та реабілітації, а також підбір, розробка і проведення оптимальних комплексів природоохоронних і компенсаційних заходів щодо зниження негативного антропогенного впливу на навколишнє середовище, адаптованих до локальних природних умов і видів впливу. Заключним кроком є оцінка стану екосистем і залишкових наслідків антропогенного впливу на навколишнє середовище після проведення природоохоронних і рекультиваційних заходів.
У сучасному світі мікроорганізми активно використовуються для біоремедіації. Вони «працюють» самі по собі або в складі різних біопрепаратів. Розробляються нові й удосконалюються вже існуючі технології очищення на основі мікроорганізмів. Як приклад можна навести одну з недавніх розробок - біокаталітичний технологію видалення сірководню й рекуперації елементарної сірки із забруднених газів, що практично не вимагає використання реагентів.
Бактерії відіграють роль екологів у самих різних сферах виробництва. З їх допомогою можна проводити очищення не тільки трьох небіологічних (гідро-, літо-, атмосфери) і так звану «живу» (біосфера) оболонок Землі, а й ліквідувати наслідки аварій у винятково антропогенних зонах - наприклад, на підприємствах. Багато мікроорганізмів успещно справляються з корозією, багато хто може боротися зі своїми «побратимами» - бактеріями патогенних видів, роблячи навколишнє середовище людини придатної для роботи.
1. Зенов Г.Н., Штинь Е.А. Грунтові водорості. М., МГУ, 1991, 96 с.
2. Кабіров Р.Р. Роль грунтових водоростей у підтримці стійкості наземних екосистем. / / Альгологія, 1991.Т.1, № 1, с.60-68.
3. Рижов І.М., Ягодин Г.А. Шкільний моніторинг міського середовища. М., «Галактика», 2000, 192 с.
4. Лисак А.В.; Сидоренко Н.М.; Марфенін У.Е.; Звягінцев Д.Г.; Мікробні комплекси міських грунтів. / / Грунтознавство. 2000, № 1, стор 80-85.
5. Яковлєв О.С. Біологічна діагностика й оцінка. / / Грунтознавство .2000. № 1, стор.70-79.
6. І. Ю. Кірціделі, Т. М. Логутіна, І. В. Бойкова, І. І. Новікова. Вплив інтродукованих нефтеразлагающіх бактерій на комплекси грунтових мікроорганізмів. / / Новини систематики нижчих
Особливості якісного складу мікрофлори в грунтах міст досі вивчалися лише з точки зору наявності в них санітарно-показових мікробів. Грунтові мікроорганізми становлять значну частину будь біогеосістеми - екологічної системи, що включає грунт, відстале (неживе) і биокосное (живе чи вироблене живими організмами) речовини - і активно беруть участь у її життєдіяльності.
Мікроорганізми грунтів мають високу чутливість до антропогенного впливу, і в міських умовах їхній склад сильно змінюється. Тому вони є гарними індикаторами забруднення навколишнього середовища. Так, по виду мікрофлори, переважно мешкає (або, навпаки, відсутньої) на даній території, можна визначити не тільки ступінь забруднення, але і його вигляд (яке саме забруднююча речовина превалює на даній ділянці). Наприклад, індикаторами сильного антропогенного забруднення є відсутність коккоідних форм мікроводоростей з відділу Chlorophyta. Найбільш стійкими до забруднення виявилися нитчасті форми синьозелених водоростей (ціанобактерій Cyanophyta) та зелених водоростей.
Разом з тим, мікроорганізми самі є очисниками навколишнього середовища. Справа в тому, що поживними речовинами для багатьох бактерій є абсолютно неїстівні для вищих організмів речовини. У більшості випадків дані речовини (такі, як нафта, метан тощо) є для таких бактерій прямими джерелами енергії, без якої вони не виживуть. У деяких інших випадках такі речовини не є для бактерій життєво важливими, але бактерії можуть їх поглинати у великих кількостях без шкоди для себе.
Створюючи оптимальні умови для росту мікроорганізмів у належним чином спроектованих інженерних системах, швидкості процесів обробки відходів можуть бути значно збільшені, полегшуючи рішення багатьох проблем природоохоронної біотехнології. Крім того, ця дисципліна поступово трансформується від її звичайної функції до нової фази, яка характеризується максимальною рекуперацією ресурсів, що знаходяться у відходах. Кожна територія має певної техноємкого - тобто тим кількістю антропогенного навантаження, яку вона в змозі винести без незворотного порушення своїх функцій. Внесення на забруднені ділянки відповідних мікроорганізмів значно підвищує цей показник.
Вирішення екологічних проблем грунтується, в основному, на фундаменті биокаталитических методів через їхню відносну дешевизну і високої продуктивності, а вся підлегла область називається природоохоронної біотехнологією, що є в даний час найбільшої областю промислового застосування біокаталізу, беручи до уваги обсяги перероблюваних речовин. Філософія в рамках сучасної природоохоронної біотехнології має бути цілісною по відношенню до всіх компартментах навколишнього середовища, а це вимагає інтеграції багатьох наукових дисциплін, і, в першу чергу, детальних знань про механізми що протікають биокаталитических процесів, а також їх ефективного інженерного оформлення.
До теперішнього часу існує ряд биокаталитических та інженерних підходів, для захисту трьох основних компартментов навколишнього середовища - грунту, води та атмосфери. Основне забруднення грунтів і водних поверхонь у світі - це нафтове забруднення. Ряд мікроорганізмів здатні ефективно утилізувати нафта і нафтопродукти, очищаючи будь-які поверхні від небезпечних нафтових плям.
Існує ще одна унікальна і досить широко розповсюджена група бактерій - метанотрофами, що використовують метан як єдине джерело вуглецю та енергії. Інтерес до термофільних метанотрофами обумовлений перспективами їхнього практичного застосування як у науці, так і в сфері екології. У біотопах в основному зустрічаються метанотрофних бактерії пологів Methylocystis і Methylobacter.
Ще до пристосування бактерій як біофільтрів і біоочістітелей, до появи штучних забруднювачів, мікроорганізми вже ефективно виконували очисну роль у природі. Нещодавно російські вчені досліджували зразки мохів з різних боліт тундри північної частини Росії і виявили метанотрофних бактерії, які прекрасно живуть у кислому середовищі і при низьких температурах прямо в клітинах сфагнуму. Отримані дані дозволили вченим стверджувати, що на всій території півночі Росії від Чукотки і Камчатки до Полярного Уралу працює метаноокісляющій бактеріальний фільтр. Цей фільтр тісно пов'язаний з рослинами сфагнуму і являє собою фізично організовану структуру, здатну контролювати потік метану з торф'яних боліт в атмосферу.
Зрозуміло, крім метанотрофних і нафтопереробних бактерій існують і інші види, переробні ряд інших забруднюючих речовин. Ось деякі процеси переробки органічних речовин, які катализируются мікроорганізмами: пряме окислювання пропілену в 1,2-епоксіпропан молекулярним киснем, пряме окислення метану в метанол, м ікробіальное епоксідірованіе олефінів, окиснення вуглеводнів у спирти і метілкетони киснем повітря (з участю газо-асиміляційні мікроорганізмів), епоксідірованіе пропілену іммобілізованими клітинами газо-асиміляційні мікроорганізмів. При цьому, якщо виробничі процеси переробки хімічних забруднювачів зазвичай вимагають високих температур, біокаталітичні процеси проходять у мікроорганізмах при температурі, як правило, в межах 20-40 градусів Цельсія. І, якщо при хімічних процесах утвориться маса побічних продуктів, токсичних самі по собі (наприклад, при окислюванні пропілену в 1,2-епоксіпропан молекулярним киснем утворюються альдегіди, чадний газ, ароматичні органічні речовини), то при «роботі» мікроорганізмів таких речовин не утвориться - вони розкладаються до води і вуглекислого газу, які виділяються аеробними бактеріями.
В даний час виведені мікроорганізми, які можуть утилізувати, тобто переробляти з одержанням для себе енергії, величезна кількість штучних речовин - таких як, наприклад, різні види пластмас, гуми і т.п.
Оцінка стану живуть у грунті організмів, їх біорізноманіття має важливе значення при вирішенні завдань природоохоронної практики: виділенні зон екологічного неблагополуччя, розрахунку збитку, нанесеного діяльністю людини, визначенні стійкості екосистеми та вплив тих чи інших антропогенних факторів. Мікроорганізми та їх метаболіти дозволяють проводити ранню діагностику будь-яких змін навколишнього середовища, що важливо при прогнозуванні змін навколишнього середовища під впливом природних і антропогенних факторів.
Зокрема, серед основних природоохоронних і компенсаційних заходів останнім часом все частіше називають виділення місцевих (характерних для даної екологічної зони) штамів мікроорганізмів, найбільш активно утилізують вуглеводневу сировину, як основи для проведення цих заходів.
Проведення обстежень по виявленню деградованих і забруднених земель з метою їх консервації та реабілітації, а також підбір, розробка і проведення оптимальних комплексів природоохоронних і компенсаційних заходів щодо зниження негативного антропогенного впливу на навколишнє середовище, адаптованих до локальних природних умов і видів впливу. Заключним кроком є оцінка стану екосистем і залишкових наслідків антропогенного впливу на навколишнє середовище після проведення природоохоронних і рекультиваційних заходів.
У сучасному світі мікроорганізми активно використовуються для біоремедіації. Вони «працюють» самі по собі або в складі різних біопрепаратів. Розробляються нові й удосконалюються вже існуючі технології очищення на основі мікроорганізмів. Як приклад можна навести одну з недавніх розробок - біокаталітичний технологію видалення сірководню й рекуперації елементарної сірки із забруднених газів, що практично не вимагає використання реагентів.
Бактерії відіграють роль екологів у самих різних сферах виробництва. З їх допомогою можна проводити очищення не тільки трьох небіологічних (гідро-, літо-, атмосфери) і так звану «живу» (біосфера) оболонок Землі, а й ліквідувати наслідки аварій у винятково антропогенних зонах - наприклад, на підприємствах. Багато мікроорганізмів успещно справляються з корозією, багато хто може боротися зі своїми «побратимами» - бактеріями патогенних видів, роблячи навколишнє середовище людини придатної для роботи.
1. Зенов Г.Н., Штинь Е.А. Грунтові водорості. М., МГУ, 1991, 96 с.
2. Кабіров Р.Р. Роль грунтових водоростей у підтримці стійкості наземних екосистем. / / Альгологія, 1991.Т.1, № 1, с.60-68.
3. Рижов І.М., Ягодин Г.А. Шкільний моніторинг міського середовища. М., «Галактика», 2000, 192 с.
4. Лисак А.В.; Сидоренко Н.М.; Марфенін У.Е.; Звягінцев Д.Г.; Мікробні комплекси міських грунтів. / / Грунтознавство. 2000, № 1, стор 80-85.
5. Яковлєв О.С. Біологічна діагностика й оцінка. / / Грунтознавство .2000. № 1, стор.70-79.
6. І. Ю. Кірціделі, Т. М. Логутіна, І. В. Бойкова, І. І. Новікова. Вплив інтродукованих нефтеразлагающіх бактерій на комплекси грунтових мікроорганізмів. / / Новини систематики нижчих