Микроорганизмы почвы

Почва является средой обитания для огромного числа микроорганизмов и основной природный резервуар, откуда они попадают во внешнюю среду – воздух и воду. В 1г почвы число микроорганизмов может изменяться от сотен до миллиардов клеток.

Микроорганизмы в почве распределены неравномерно. Их численность и видовой состав в почве зависят от содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера растительного покрова, степени ее загрязнения отходами хозяйственной деятельности человека и многих других факторов. В верхних слоях почвы микроорганизмов больше, по мере углубления их становится все меньше и в более глубоких слоях (2...5м) встречаются единичные клетки. Беден микроорганизмами и самый верхний слой толщиной несколько миллиметров, который постоянно подсушивается и подвергается действию ультрафиолетовых лучей. В верхних слоях почвы преобладают аэробы, в более глубоких – анаэробы.

Наиболее распространены в почве грибы, актиномицеты и бактерии - гнилостные, маслянокислые, кишечной группы, азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, клубеньковые, серо- и железобактерии; В меньшей степени – дрожжи, водоросли, простейшие, вирусы.

Число бактерий, содержащихся в почве, превышает число других микроорганизмов, причем среди них встречаются как автотрофы, так и гетеротрофы, принимающие активное участие в почвообразовательных процессах. Они разлагают растительные и животные остатки в почве и превращают их в гумус, а также минерализуют органические вещества. Под влиянием микроорганизмов происходит синтез новых органических веществ в почве, изменяется ее структура, кислотность. Под действием микробов-антагонистов происходят процессы самоочищения почвы.

Загрязнение почвы патогенными микроорганизмами. Почва постоянно загрязняется различными отбросами, выделениями человека и животных, мертвыми растениями и животными. Патогенные микроорганизмы попадают в почву с испражнениями, мочой, гноем, слюной и другими выделениями, с трупами людей и животных, погибших от инфекционных заболеваний.

Попадая в почву, значительная часть патогенных микроорганизмов, не образующих спор, погибает. Продолжительность выживания в почве возбудителей кишечных инфекций (дизентерии, брюшного тифа, холеры, чумы, бруцеллеза, туляремии, туберкулеза) широко варьирует и составляет от нескольких часов до нескольких месяцев. Значительно дольше сохраняются в почве спорообразующие патогенные бактерии – аэробы (например, споры возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis сохраняются в почве свыше 15 лет) и анаэробы (например, возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма). Их споры могут сохраняться в почве десятками лет, а при благоприятных условиях прорастать, в результате чего бактерии вновь размножаются. Такие почвы представляют большую опасность в эпидемиологическом отношении. Они могут явиться причиной заражения сырья и пищевых продуктов патогенными микроорганизмами непосредственно или через воду. Поэтому все отбросы, поступающие в почву, следует обезвреживать и систематически проводить оценку санитарно-микробиологического состояния почвы и процессов ее самоочищения.

Санитарная оценка почвы.При санитарной оценке почвы учитывают результаты химического, гельминтологического и микробиологического анализов.

При микробиологическом исследовании почвы в зависимости от поставленной задачи применяют краткий и полный санитарно-микробиологический анализ. Краткий анализ почвы предусматривает определение двух микробиологических показателей: КМАФАнМ (общего количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов) и коли-титра (наименьшего объем объекта, в котором обнаруживается кишечная палочка). Полный анализ включает в себя определение КМАФАнМ, коли-титра – БГКП (бактерий группы кишечной палочки), а также титра анаэробов (Clostridium perfringens), протеев, термофилов.

Показатель КМАФАнМ чистой почвы не превышает 1,5х10⁵ КОЕ/г, в загрязненной почве он в несколько раз больше. Наличие в почве БГКП и Clostridium perfringens свидетельствует о ее фекальном загрязнении. Выявление в почве бактерий Proteus свидетельствует о загрязнении ее органическими веществами животного происхождения или фекалиями людей. Термофильные микроорганизмы являются показателями загрязнения почвы навозом, компостами. В чистых почвах термофилы не обнаруживаются.

Микробиология воды

Природные воды, как и почва, являются естественной и достаточно благоприятной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться, участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. Количественный и качественный состав микроорганизмов природных вод разнообразен. Численность микроорганизмов в воде определяется главным образом содержанием в ней органических веществ. В 1см³ воды число КОЕ (колониеобразующих единиц, или число клеток) может превышать несколько миллионов.

В состав микроорганизмов воды входят водоросли, простейшие, бактерии, мицелиальные грибы, вирусы и другие группы микроорганизмов. Между ними существуют сложные взаимоотношения. Например, хлорелла при массовом развитии на свету вызывает быструю гибель кишечной палочки. Одна инфузория способна поглотить за 1ч 30 тыс. клеток микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы быстрее погибают в загрязненной воде и медленнее – в чистой. В загрязненной воде могут быть микробы-антагонисты, фаги и др. Такие взаимоотношения способствуют поддержанию равновесия живых существ в гидросфере.

По своему происхождению природные воды подразделяются на атмосферные (осадочные), подземные (ключевые и минеральные, грунтовые воды верхних слоев, скапливающиеся в колодцах и воды глубокого залегания – артезианские скважины) и поверхностные, или континентальные (реки, озера, болота) и искусственные (каналы, водохранилища, пруды).

Атмосферные (осадочные) воды встречаются в виде дождя, снега, града, льда.

Дождевая вода бедна микроорганизмами и обогащается ими, захватывая и увлекая из воздуха мельчайшие частицы пыли. В связи с этим дождевая вода над городской местностью значительно богаче микроорганизмами, чем над сельской.

Снег, как и дождевая вода, практически свободен от бактерий и все же в 1 см³ только что выпавшего и растопленного снега даже в самые сильные морозы насчитывается от нескольких десятков до нескольких сотен бактерий.

Численный состав микроорганизмов града и льда различен и зависит от качества воды, из которой они образовались.

Подземные воды. Состав подземных вод артезианской, ключевой, грунтовой зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне.

Ключами, источниками или родниками называют естественные выходы подземных вод на поверхность Земли. Холодные источники образуются преимущественно водами атмосферного происхождения, которые они получают из водоносных слоев различного залегания. Горячие источники обусловлены выходом воды глубинного происхождения, поднявшейся из недр земли по трещинам. Проходя через породы различного состава, воды этой группы обогащаются растворенными веществами и газами и тем самым становятся минеральными водами.

Ключевые воды весьма бедны микроорганизмами, что объясняется адсорбцией микроорганизмов на частицах почвы или прохождения воды через грунт. Смешиваясь с грязными потоками воды во время дождя, ключевые источники могут содержать до нескольких тысяч бактерий в 1 см³.

Состав минеральных вод формируется в процессе выветривания горных пород. В этом процессе микроорганизмы играют значительную роль. Артезианские воды, находящиеся на больших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Подземные воды, добываемые через обычные колодцы из неглубоких водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат значительное количество бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем обильнее количественный и качественный состав микроорганизмов.

Поверхностные воды (континентальные водоемы)расположены в углублениях суши. Они бывают естественными и искусственными. Реки, озера, болота – естественные водоемы. В реках вода проточная. Она содержит разное число клеток микроорганизмов в зависимости от времени года, питающих ее источников, территории, по которой течет река. Весной и осенью, в период половодий и дождей, когда в воде содержится много органического вещества, численность микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные, резко возрастает, что представляет угрозу для животных и человека.

Речная вода, протекающая через населенные пункты, сильно загрязняется, поэтому ниже по течению в ней содержится гораздо больше микроорганизмов, чем выше по течению.

Озера представляют собой водоемы со стоячей водой. Озера бывают сточными и бессточными в зависимости от того, берут от них начало реки или нет. По степени минерализации озера подразделяются на пресные, солоноватые и соленые. Существует заметная разница в солевом составе, температуре, прозрачности воды, условиях аэрации различных озер, что обусловливает значительные колебания в численности бактерий, которая может изменяться в среднем от 150 тыс. до 10 млн. в 1 см³.

Болота представляют собой неглубокие, частично или полностью закрытые сверху растительностью скопления воды, в которых образуется торф (переходное состояние между водой и сушей). Болота могут быть низинными, если они питаются грунтовыми водами, и верховыми, питающимися за счет атмосферных осадков. Население болот чрезвычайно бедно, что объясняется высокой кислотностью воды, ее крайне слабой минерализацией из-за отсутствия контакта с грунтом, который обычно покрыт растительностью. Болотная вода насыщена метаном. Здесь развиваются специфические группы микроорганизмов, так для большинства микроорганизмов метан и сероводород ядовиты.

Водоемы бывают искусственными, сооружаемыми человеком. Наибольшее значение среди них приобрели водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы.

Водохранилища имеют многоцелевое назначение (регуляция стока рек, водоснабжения, гидроэнергетики, рыбного хозяйства и т.п.). Частые сезонные колебания уровня воды приводят к гибели многих обитателей водохранилищ. Численность микроорганизмов в нем колеблется от 1…2 млн. до 1,5…2 млрд. в 1см³.

Пруды – искусственные водоемы, сооружаемые для рыборазведения, водоснабжения населенных пунктов, полива полей, водопоя скота и других целей. Они могут быть плотинными и создаваться за счет запруживания речек и оврагов; копаными, питающимися атмосферными осадками, а также грунтовыми водами; наливными, наполняемыми водой через специальные каналы из рек и ручьев. Все типы прудов – это мелкие водоемы с небольшой площадью водного зеркала, часто спускаемые на зиму. Число микроорганизмов в прудах может достигать нескольких миллионов КОЕ/см³.

Видовой состав микроорганизмов естественных водных резервуаров

Требования к качеству воды для производственных нужд зависят от ее назначения.

Если вода входит в состав готовой продукции (безалкогольные напитки, пиво, вино и т.п.), то она должна быть прозрачной, не должна содержать посторонних примесей, влияющих на здоровье человека, а также патогенных микроорганизмов, должна быть свободна от животных и растительных организмов, паразитов, их яиц и личинок. Вода должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4. 1074-01 «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». При использовании микробиологически грязной воды в производство, могут попасть возбудители инфекционных заболеваний, пищевых отравлений, а также различные сапрофиты - гнилостные, кислотообразующие, споровые формы бактерий, которые могут оказать неблагоприятное влияние не только на ход технологического процесса, но и на качество и стойкость готовой продукции.

Наиболее полно удовлетворяют оптимальным требованиям СанПиН воды из природных подземных источников - артезианские и родниковые. Их можно использовать без предварительной очистки.

Воду из открытых водоемов подвергают специальной обработке на водоочистительных станциях. Первым этапом является отстаивание воды в специальных бассейнах (отстойниках) для удаления взвесей, осветления, обесцвечивания, удаления нежелательных привкусов и запахов, обессоливания и т.д. Для ускорения отстаивания и более эффективного осветления и обесцвечивания воды, применяют коагулянты (обычно соли аммония и железа). При взаимодействии коагулянтов с содержащимися в воде углекислыми солями, образуются гидроксиды алюминия и трехвалентного железа, выпадающие в осадок в виде хлопьев. Оседая, хлопья увлекают за собой взвеси и клетки микроорганизмов.

Вторым этапом является фильтрование воды на песчаных фильтрах с кварцевым песком. При этом удаляются мелкие взвеси, не осевшие в процессе отстаивания.

Третий этап - обеззараживание профильтрованной воды, т.е. уничтожение оставшихся в воде микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные. Обеззараживание проводят различными способами: фильтрованием через мелкопористые фильтры, облучением УФ-излучением, применяя химические дезинфицирующие вещества.

В качестве обеззараживающих современная промышленность предлагает довольно хорошие и производительные фильтры с размерами пор, меньшими, чем размеры бактериальных клеток. При использовании обеззараживающих фильтров важна хорошая подготовка воды на предшествующих этапах, так как в противном случае фильтр слишком быстро выйдет из строя.

При облучении воды УФ-лучами микроорганизмы погибают. Этот способ дает отличные результаты при соблюдении ряда условий, а именно: толщина облучаемого слоя должна быть небольшой, облучаемая вода должна быть бесцветной и не содержать мути. Кроме того, УФ-лампы следует периодически менять и контролировать их работу.

Для химической дезинфекции воды, как правило, используют хлор, двуокись хлора и озон.

При введении в воду газообразного хлора (хлорировании) образуется хлорноватистая кислота (НОСl). Она разлагается на НСl и атомарный кислород, убивающий микроорганизмы в результате окисления структурных элементов клеточных мембран. Этот способ достаточно дешев, но при его применении образуются вредные вещества – хлорфенолы, тригалогенметаны и другие – особенно если вода содержит органические вещества.

Использование для обеззараживания воды двуокиси хлора имеет ряд преимуществ, а именно, не вызывает изменения вкусовых качеств воды, образуется меньше вредных веществ, применение двуокиси хлора безопасно, так как это нестабильный газ, получаемый из соляной кислоты (НС1) и гипохлорита натрия (NaClO₂) и сразу же дозируемый в воду.

Озонирование воды используется пока очень ограниченно, несмотря на надежность и экологическую чистоту метода. Это связано с тем, что озон получают из воздуха с помощью электрических разрядов, что требует больших материальных затрат.