Состояние почвенного микробоценоза как показатель экологического состояния антропогенно-преобразованных почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия

Состояние почвенного микробоценоза как показатель экологического состояния антропогенно-преобразованных почв

Боер И.В.

Борцова И.Ю.

Развитие промышленного комплекса в больших городах неразрывно связано с загрязнением окружающей территории - воздуха, воды и почвы токсичными веществами, в том числе тяжелыми металлами. На этой же территории в большинстве населенных пунктов развивается и сельское хозяйство - выращивается сельскохозяйственная продукция, производится выпас животных.

Условием получения экологически чистой продукции в экологически неблагоприятных условиях может служить стабильное состояние гумуса, который является буфером и способствует иммобилизации тяжелых металлов в результате внутренней перестройки структуры гуминовой кислоты (Демин, 1994). Однако, даже высокогумусированные почвы, расположенные в зоне промышленных выбросов, не являются гарантом экологического благополучия качества сельскохозяйственной продукции.

В экологически нестабильных районах землепользования весьма велика роль микробной составляющей почвы, поскольку воздействие продуктов микробного метаболизма приводит к распаду даже устойчивых металл-гумусовых комплексов и появлению доступных растениям форм тяжелых металлов, которые в конечном итоге выносятся с сельскохозяйственной продукцией.

Кроме этого микроорганизмы, являясь очень чуткими индикаторами, резко реагируют на различные изменения в окружающей среде, следствием чего является высокая динамичность микробиологических показателей. Отражением антропогенного воздействия на экосистему служат морфологические и структурные изменения микробных популяций, изменение их биохимической активности. Микробные реакции на воздействие антропогенного фактора проявляются быстро, достаточно отчетливо, что позволяет в короткие стоки выявить наиболее ранимые экологические зоны, прогнозировать их состояние при сохранении или устранении антропогенного воздействия.

Целью данной работы была характеристика микробоценозов и биологической активности почв естественных пастбищ Красноярской лесостепи, расположенных в зонах разной степени техногенного загрязнения.

Объект исследования - чернозём выщелоченный естественных пастбищ хозяйств, непосредственно прилегающих к черте города и находящихся в разных зонах по уровню загрязнения (Мирошников, Горбачев, 1999):

СПК «Берёзовское» (Берёзовского района) - зона очень высокого, чрезвычайно опасного уровня загрязнения территории;

агрофирма «Маяк» (Сухобузимского района) - зона высокого, опасного уровня загрязнения территории;

ОАО «Емельяновское» (Емельяновского района) - зона среднего, умеренно опасного уровня загрязнения территории.

Микробиологическому и биохимическому анализу подвергали слой почвы (0-20 см). Почвенные образцы отбирали на открытых участках местности на расстоянии 150-200 м от крупных автомагистралей и 50 м от просёлочных дорог с участков 1 га по методу «конверта» из 25 точечных проб. Отбор почвенных образцов проводили в период вегетации растений 1 раз в месяц в соответствии с общепринятыми методическими указаниями в 25 точках пробной площади и анализировали в 15 повторностях.

В основу исследований микробной сукцессии положен метод воспроизводства микрозон в макромасштабах (Звягинцев, 1987). Микробиологическую активность и направленность микробиологических процессов характеризовали по общему числу целлюлозоразрушающих и минерализующих гумус микроорганизмов на агаризованных средах по общепринятым методикам.

Активность ферментов (пероксидазы (ПО) и полифенолоксидазы (ПФО)) определяли по Галстяну (1968). Значение активности ферментов ПО и ПФО использовали для вычисления коэффициента (К) накопления гумуса:

К= ПФО/ПО100%

Ферментативную активность почв определяли в 3-х кратной повторности. Показатели суммарной биологической активности определяли аппликационным методом, рекомендованным Д.Г. Звягинцевым (1991).

Изучение микробиологического разнообразия показало, что на динамику целлюлозоразрушающих микроорганизмов, осуществляющих минерализацию клетчатки растительных остатков и гумификацию органического вещества в почвах, непосредственное влияние оказывают экологическая обстановка региона, физико-химические и биохимические свойства почв. В почвах пастбищ исследуемых нами хозяйств относительное содержание целлюлозоразрушающих микроорганизмов мало и доля этой группы в микробоценозе не превышает 1,9% от общей учтенной численности микрофлоры. Наибольшее количество целлюлозоразрушающих микроорганизмов, представленных в равной степени миксобактериями и грибами, было отмечено в июле, что связано с началом поступления растительного опада.

Рядом авторов (Наплекова, 1974 и др.) отмечено, что наибольшая численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в черноземах выщелоченных Западной Сибири обнаружена весной и в первой половине лета. В изучаемых нами почвах величина данного показателя была максимальной в июле и составила соответственно в млн. КОЕ/1 г почвы: 0,076±0,002 (ОАО «Емельяновское»), 0,069±0,006 (агрофирма «Маяк») и 0,054±0,004 (СПК «Берёзовское»).

Уменьшение численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов отмечается с приближением от зоны умеренного уровня загрязнения (ОАО «Емельяновское») к зоне очень высокого чрезвычайно опасного уровня загрязнениям (СПК «Березовское») и имеет следствием снижение интенсивности разложения целлюлозы в почве СПК «Березовское» (табл. 1).

Таблица 1. Интенсивность разложения целлюлозы в почвах пастбищ хозяйств, расположенных в зонах с разным уровнем техногенной нагрузки (слой 0-20 см).

На динамику целлюлозоразрушающей активности микроорганизмов оказывает влияние видовой состав высших растений пастбищ, их корневые выделения, поступление опада. На пастбище ОАО «Емельяновское» и агрофирмы «Маяк» преобладала разнотравно-злаковая растительность, а пастбище СПК «Березовское» представлено бобово-злаково-разнотравной растительностью. Известно, что даже под разными видами растений формируется свой собственный комплекс микроорганизмов. Замедление процесса разложения целлюлозы может быть связано также с сукцессией разных групп микроорганизмов и подавлением жизнедеятельности одних групп микроорганизмов другими.

В почвах обследованных нами пастбищ отмечен высокий уровень содержания гумуса (до 12,4%), что определяется поступлением большого количества растительных остатков (пастбища представляют собой фитоценоз многолетних трав), органического вещества растительного происхождения с твердыми отходами жизнедеятельности крупного рогатого скота (навоз), в сочетании с плохой аэрацией почв (почвы пастбищ из-за многолетнего выпаса сильно уплотнены), малым количеством осадков в середине лета.

Направленность процессов, ведущих к накоплению гумуса, определяется соотношением трофических групп микробного сообщества. В исследуемых пастбищах комплекс почвенных микроорганизмов характеризуется высокой численностью группы микроорганизмов, использующих гумус для своей жизнедеятельности. Их доля в микробоценозе составляет от 38% (ОАО «Емельяновское») до 60% (СПК «Березовское»).

Важную роль в трансформации гумуса, являющегося буфером и аккумулятором токсических элементов, играют окислительно-восстановительные ферменты почв, которые катализируют как реакции конденсации органических соединений из фенольных предшественников, так и деструкцию до более низкомолекулярных соединений. Определение активности этих ферментов позволяет выявить особенности биологических почвенных процессов. Показатель активности ферментов полифенолоксидазы (ПФО), свидетельствующей о процессах гумификации и пероксидазы (ПО), являющейся показателем интенсивности процессов минерализации гумуса является особенно важным.

На ферментативную активность почвы непосредственное влияние оказывает экологическая обстановка в регионе, а также физические, физико-химические и биологические факторы. В связи с этим представляют интерес полученные нами сведения об активности этих ферментов (ПО) и (ПФО) в почвах пастбищ изучаемых хозяйств (табл. 2).

Таблица 2. Динамика активности оксидоредуктаз в чернозёме выщелоченном естественных пастбищ

Показано, что активность фермента пероксидазы в почвах всех хозяйств выше, чем полифенолоксидазы, что определяется особенностью структуры почвенного микробного сообщества пастбищ. С июня по август отмечено снижение активности (ПО) в почвах хозяйств. Активность (ПФО) снижалась в июле, а в августе вновь возрастала. За весь период исследований высокое значение активности ПФО, а значит, и высокий коэффициент накопления гумуса, отмечен в почвах ОАО «Емельяновское» и агрофирмы «Маяк».

Снижение активности (ПФО) и повышение активности (ПО) в течение всего периода исследования в почвах пастбищ СПК «Берёзовское» свидетельствует об активно протекающем процессе минерализации гумуса по сравнению с другими хозяйствами. Учитывая при этом, что именно эти почвы наиболее загрязнены тяжелыми металлами, вероятен активный переход тяжелых металлов, связанных в гумусе в подвижные и доступные растениям формы. Выявлена средняя отрицательная связь между активностью ПО и содержанием гумуса (r= -0.47. p<0.05).

ВЫВОДЫ

В почвенном микробиоценозе пастбища СПК «Березовское», расположенного в зоне очень высокого чрезвычайно опасного уровня загрязнения, отмечено снижение доли целлюлозоразрушающих микроорганизмов и увеличение численности микроорганизмов, использующих гумус в качестве источника питания.

Высокая активность пероксидазы и низкая активность полифенолоксидазы, низкий коэффициент накопления гумуса, свидетельствуют о перестройке в почвенном микробном комплексе пастбищ (СПК «Березовское»), которая может привести к миграции тяжелых металлов, связанных в гумусе в подвижные и доступные растениям формы.

Литература

микробный метаболизм гумусовый экологический

1. Галстян, А.Ш. Определение активности пероксидазы и полифенолоксидазы в почве// Докл. АН Арм. ССР, 1958. т. 26.-№ 5.-С. 25-30.

2. Демин, В.В. Роль гуминовых кислот в необратимой сорбции и биохимии тяжёлых металлов в почве. Изв. МСХА, 1994.- № 2.-С. 79-95.

3. Звягинцев, Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д.Г. Звягинцев, И.В. Асеева; М.: МГУ, 1991. - 122 с.

4. Наплёкова, Н.Н. Аэробное разложение целлюлозы микроорганизмами в почвах Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1974.-250 с.

5. Полонская, Д.Е. и др. Биоидикация почв агроэкосистем Красноярской лесостепи/Д.Е. Полонская, Н.Г. Воронова, И.В. Боер. В сб.: Актуальные проблемы биологии.-Красноярск: КГУ, 1994.- С. 10.

6. Полонская Д.Е. Микробиологические процессы и эффективное плодородие почв в агроценозах Красноярской лесостепи. - Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2002. - 102 с.

Размещено на Allbest.ru