Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Важными базовыми компонентами качества жизни человека являются природно-климатические условия и состояние окружающей среды. Биологические и социальные потребности в отдыхе населения обеспечивают ландшафты с наличием рек, прудов, водохранилищ и других водных объектов. Почвенный покров береговой полосы водоемов, массово посещаемых горожанами и сельским населением, испытывает повышенную нагрузку, депонируя различные биологические, химические и техногенные отходы. Биологическое загрязнение способствует попаданию и сохранению в верхнем слое почвы потенциально патогенных микроорганизмов. Такие почвы с высокой вероятностью могут быть причиной заболеваний инфекционной природы, а почвы пляжей и песок могут являться резервуаром инфекции [1, 2]. Объективная оценка степени опасности почвы береговой полосы водоемов, используемых в рекреационных целях, возможна при изучении соотношения приоритетных фекальных индикаторных и патогенных микроорганизмов, с учетом антропогенного загрязнения и процессов самоочищения, с возможностью сохранения в почве вирулентных штаммов патогенных бактерий в дозе, достаточной для заражения человека контактным путем.

Цель исследования: в ходе полевых исследований изучить численность санитарно-показательных кишечных бактерий, сальмонелл и основных физиологических групп микроорганизмов в почвах береговой полосы водоемов и песчаных пляжей в условиях высокой антропогенной нагрузки. На основании полученных данных и результатов лабораторного эксперимента по скорости элиминации из почвы штаммов кишечных бактерий оценить роль отдельных микробиологических показателей в эпидемиологической оценке почвы.

Материалы и методы исследования

Пробы почвы для микробиологических исследований отбирали на участках береговой полосы прудов, водохранилищ и малых рек в городской и сельской местности. Критериями выбора участков и времени отбора почв для исследования являлись теплый период года, массовое посещение берегов водоемов населением, биологическое загрязнение в виде пищевых отходов и бытового мусора, наличие домашних и диких животных (собаки, гуси, крысы, утки, чайки, вороны), присутствие в водоохранной зоне автотранспорта.

Изученные почвы в Московской области (М.О.) можно в целом охарактеризовать как аллювиальные супесчаные и суглинистые дерново-подзолистые, в Белгородской (Б.О.), Курской (К.О.) и Воронежской (В.О.) областях – аллювиальные суглинистые чернозёмные.

Отбирали точечные пробы поверхностного (0–5 см) слоя почвы методом конверта в стерильные полиэтиленовые пакеты для доставки в лабораторию. В 1–2 суточной объединенной пробе определяли численность сапрофитных бактерий на почвенном агаре (ОМЧ22), численность актиномицетов – на крахмало-аммиачном агаре, численность плесневых грибов – на среде Чапека. Интенсивность биологической нагрузки на почву оценивали по следующим показателям: численность потенциально патогенных бактерий – на ГРМ-агаре при 37 °С в течение суток (ОМЧ37); численность колиформных бактерий – на среде Эндо с идентификацией вида; численность E. coli – по образованию кислоты и газа на лактозной среде при 44 °С и росту на хромогенном агар для E. coli; численность энтерококков – на агаре с канамицином, эскулином и азидом натрия; численность сульфитредуцирующих бактерий, в том числе Cl. perfringens – на SPS агаре. Численность патогенных бактерий родов Salmonella выявляли в 10 г навеске почвы методом обогащения с высевом на висмут сульфит агар или XLD агар, и идентификацией до рода.

В лабораторном эксперименте использовали 4 типа изученных ранее аллювиальных почв. В 500 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито 3 мм, вносили и равномерно распределяли суточную культуру типовых штаммов Salmonella typhimurium № 5715 E. coli ATCC 25922, Enterococcus faecalis CCM 4224 из расчета 1 мл бактериальной суспензии плотностью 10 ед. по отраслевому стандарту мутности на 1 кг почвы. Динамику изменения численности типовых штаммов внесенных бактерий на фоне развития сапрофитных микроорганизмов изучали методом мембранной фильтрации почвенной суспензии с последующем ингибированием фильтров на чашках Петри с селективными питательными средами.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведено сравнение структуры микробного сообщества разных почв береговой полосы и пляжей в момент максимального антропогенного загрязнения (таблица).

Общая численность микроорганизмов, численность микромицетов и актиномицетов были повышенными в сравнении с этими же показателями в холодное время лета. Пик этих показателей совпадал с погодно-климатическими условиями, благоприятными для отдыха населения на природе. Почва обследованной территории была сильно уплотнена, растительность – в значительной степени вытоптана, имелись остатки мусора и следы кострищ. В силу того, что почвы пляжно-купальных зон обычно легкого состава, численность микроорганизмов в них была ниже по сравнению с почвами ландшафтов, прилегающих к водоему. Численность актиномицетов была выше в луговых и лесных почвах, богатых гумусом, по сравнению с песчаными почвами пляжей и вытоптанными участками береговой полосы. Численность плесневых грибов также была низкой в песчаной почве, и значительной в дерново-луговой почве, что в большей мере связано не с биологическим загрязнением, а минерализацией органических полимеров.

Более ярко биологическое загрязнение почвы проявилось на изменении численности бактерий – индикаторов санитарного состояния почвы. Известно, что в микробном сообществе почвы в местах наибольшей концентрации населения повышается частота доминирования представителей семейства Enterobacteriaceae [3]. Численность колиформных в жаркий период года была выше на два порядка, численность энтерококков – почти в 4 раза. В массовом количестве высевались потенциально патогенные бактерии: Aeromonas hidrophila., Enterococcus faecalis, Bacillus cereus, Staphylococcus intermedius, Staphilococcus lentus, Streptococcus gordonii, Erysipelothrix rhusiopathiae и другие.

Одним из основных показателей, признанных для оценки качества почвы при выявлении биологического загрязнения, является индекс бактерий группы кишечной палочки. Практически все обследованные почвы берегов водоемов и рекреационных зон были обсеменены колиформными бактериями, что позволило оценить ее эпидемическую опасность [4]. Семь почв пляжей и береговой полосы водоемов оценены как «чрезвычайно опасные». Среди бактерий, выделенных из этих почв, идентифицированы Enterobacter aerogenes, Enterobacter cloacea, Pantoea agglomerans, Klebsiella oxytoca, Klebsiella pneumonia, Raouitella planticola, Citrobacter amalonaticus, Citrobacter freundii, Yersinia enterocolitica. Патогенные Salmonella spp. выделены в единственном образце почвы береговой полосы пруда, используемого для рыболовства и разведения гусей, т.е. изначально непригодного для купания. Отсутствие сальмонелл и других патогенных кишечных бактерий в почвах может свидетельствовать как о несовершенстве метода выделения или утере способности кишечных патогенных бактерий из почвы к росту на питательных средах, так и об их отсутствии или о диффузности загрязнения. Г.П. Калина указывает на возможность длительного сохранения, и даже размножения сальмонелл в почвах [5].

Несколько рекреационных участков по качеству почвы охарактеризованы как «чистые», несмотря на высокую антропогенную нагрузку – численность колиформных бактерий – до 10 КОЕ/г, при отсутствии E. coli, энтерококков и патогенных бактерий.

Качество почв рекреационных зон также оценили по численности бактерий E. coli, Enterococcus spp., Cl. perfringens. Полученные численные значения значительно (на 1–2 порядка) ниже индекса колиформных бактерий, и вероятно, более адекватно описывают степень загрязненности почв рекреационных зон. По индексу энтерококков качество исследованных почв укладывается в диапазоне от «чистая» до «умеренно опасная».

Современным микробиологическим лабораториям под силу проводить идентификацию не отдельной условной физиологической группы бактерий, объединенной по признаку ферментации лактозы, а конкретных видов бактерий, что позволяет повысить точность оценки опасности почвы. Энтерококки (Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium), кишечная палочка (Escherichia coli), сульфитредуцирующие клостридии (Clostridium perfringens) – это санитарно-показательные бактерии, достаточно легко идентифицируемые из объектов окружающей среды. Эти микроорганизмы являются обитателями кишечного тракта теплокровных животных и человека. Они могут некоторое время сохраняться в почвах и воде, особенно загрязненных ксенобиотиками. Их обнаружение всегда однозначно свидетельствует о фекальном загрязнении. Численность энтерококков, кишечной палочки в почвах береговой полосы и пляжей достаточно часто совпадает (одного порядка), что делает привлекательным использование этих микроорганизмов для оценки эпидемической опасности почвы. Эта же аргументация применима к Clostridium perfringens с оговоркой, что оценка степени загрязненности ведется за более продолжительный период времени в связи с высокой устойчивостью в почве спор этого микроорганизма.

Остается открытым вопрос о количестве патогенных бактерий в почве пляжей и береговой полосы мест рекреации, достаточном для контактного или перорального способа заражения человека. В литературе имеется достаточно сведений о распространении возбудителей инфекции в пляжных песках [6]. Рассчитано, что посетитель пляжа через частицы песка, прилегающего к коже и загрязненного бактериями, может перенести 6,0×105 КОЕ энтерококков [7]. Число КОЕ при однократном приеме пищи, способное вызвать пищевую токсикоинфекцию, составляет 108–109 для Citrobacter spp., Klebsiella spp., 106–1010 – для энтеровирулентных E. coli, 105–109 – для Salmonella spp. [8].

Экспериментальное микробиологическое исследование выживаемости представителей кишечных бактерий, внесенных в почву, содержащую питательные вещества, микроэлементы и естественную аутохтонную микрофлору, показало закономерный процесс снижения их численности (рис. 1).

Численность сапрофитных бактерий (ОМЧ) продолжала оставаться на стабильно высоких уровнях – в пределах 105–106 КОЕ/г и имела тенденцию к увеличению при дополнительном внесении в почву некоторых ксенобиотиков. Численность штаммов Escherichia coli, Enterococcus faecalis, внесенных в дозе 103–104 КОЕ/г, к 20 суткам эксперимента снижалась до нуля.

Источником загрязнения почв сальмонеллами и другими кишечными бактериями в естественных условиях являются преимущественно фекалии диких и домашних животных и птиц. В естественных условиях динамика численности патогенных бактерий, пассированных через организм животных, может отличаться по сравнению с динамикой выживаемости в почве типовых штаммов, длительно пребывающих на питательных средах, делая почвы опасным объектом заражения человека. Скорость элиминации Escherichia coli, Enterococcus faecalis из почвы была значительно выше по сравнению с Salmonella typhimurium. Количество сальмонелл на протяжении первой недели изменялось незначительно по сравнению с первоначально внесенной дозой заражения во всех типах почв (рис. 2).

На 42 день эксперимента сальмонеллы не обнаруживались в почвах, в том числе при высеве из сред обогащения. Более продолжительное время сальмонеллы сохраняли свою жизнеспособность в почвах тяжелого механического состава с большим количество мелких илистых частиц. Высокая устойчивость сальмонелл в естественных почвах может являться причиной необъективной оценки санитарного состояния почвы по косвенным показателям интенсивности биологической нагрузки. Под влиянием техногенного биологического воздействия условно-патогенные и патогенные бактерии выявляются даже за границами санитарно-защитных зон предприятий, изменяя структуру микробного сообщества [9, 10].

Необходимо с осторожностью делать выводы об отсутствии патогенных бактерий в почве только на основании отсутствия санитарно-показательных видов.

Заключение

Загрязненные кишечными бактериями почвы и пляжи береговой полосы водоемов, наряду с загрязнёнными поверхностными водами, могут являться причиной заболеваемости населения в результате пляжно-купального отдыха. Биологическое загрязнение почв различного типа носит диффузный характер и увеличивается в местах скопления отдыхающих при прогреве почвенного покрова. В местах массового посещения людей в почвах и пляжах береговой полосы стабильно идентифицируются санитарно-показательные бактерии, но не обнаруживаются или очень редко выявляются бактериальные патогенны. Методы прямого выделения из почв E. coli, Enterococcus spp. более информативны для оценки эпидемической опасности почвы по сравнению с косвенным показателем численности колиформных бактерий.

Сальмонеллы более устойчивы к неблагоприятным условиям в почве по сравнению с кишечной палочкой и энтерококками, в связи с чем нужно с осторожностью интерпретировать результаты качества почвы на основании численности санитарно-показательных микроорганизмов.