close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

592

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На правах рукописи
ДОВЛЕТЯРОВА Эльвира Анварбековна
ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
НА МИКРОФЛОРУ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ
(на примере Лесной опытной дачи Московской
сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева)
Специальность 03.00.16 - Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва 2005
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа
выполнена
на
кафедре
экологии
сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева.
Московской
Научный руководитель:
доктор биологических наук, доцент
Мосина Людмила Владимировна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук
Миненко Анатолий Клементьевич
доктор биологических наук, профессор
Карпачевский Лев Оскарович
Ведущая организация:
Российский
народов
университет
дружбы
Защита диссертации состоится
2005 г. в
часов
на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Московской
сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550,
г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной Научной
библиотеке Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.
Тимирязева по адресу: 127550, Москва, Тимирязевская, 49.
Автореферат разослан «
Ученый секретарь
диссертационного совета
»
2005 г.
//л
р^*^
у 4
//^
B.A. Калинин
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. В настоящее время проблема антропоген­
ного загрязнения окружающей природной среды стоит очень остро. Интен­
сивное промышленное и сельскохозяйственное использование природных
ресурсов вызвало существенные изменения биохимических циклов и содер­
жания большинства химических элементов в почве, в том числе тяжелых ме­
таллов (Карпухин А.И., Яшин И.М., Черников В.А., 1993; Черных Н.А.,
2001).
Высокие концентрации тяжелых металлов вызывают существенные
изменения функционирования экосистем и их компонентов (Соколов О.А.,
Черников В.А., 1999). Актуальность проблемы загрязнения окружающей
среды значительно возрастает в крупных городах, где оно приводит к раз­
личным нарушениям в составе городских экосистем, ухудшая условия про­
живания городского населения и как следствие, вызывая заболевания людей.
Фитоценозы
в городах
выполняют
огромную санитарногигиеническую функцию, повышая устойчивость экосистем в условиях вы­
сокого антропогенного загрязнения. Между тем состояние зеленых насажде­
ний в городах вызывает серьезное опасение и тревогу («Состояние зеленых
насаждений...», 2001).
В этой связи представляет, несомненно, теоретическую и практиче­
скую значимость изучение факторов, влияющих на функционирование лес­
ных экосистем в условиях повышенного антропогенного воздействия.
Микробные сообщества, являясь редуцентами экосистем, выполняют
огромную роль в деструкции органического вещества почв, переводя его в
доступные для продуцентов элементы питания, тем самым, замыкая кругово­
рот веществ. Высокие концентрации тяжелых металлов и других токсикантов
вызывают различные изменения микробиологических и биохимических по­
казателей почв. Так, в результате антропогенного загрязнения наблюдается
уменьшение общей численности, сужение видового разнообразия микроор­
ганизмов, падение интенсивности основных микробиологических процессов
и активности почвенных ферментов, появление фитотоксичных форм и т.д.
(Колесников СИ. и соавт., 2000; Гузев B.C., Левин СВ., 2001).
Признавая особую значимость микроорганизмов в устойчивом функ­
ционировании городских экосистем, следует отметить слабую изученность
данного вопроса для лесных ландшафтов в условиях повышенного антропо­
генного воздействия.
Целью работы явилось изучение влияния повышенного антропогенно­
го загрязнения на функционирование микрофлоры дерново-подзолистой
почвы лесных экосистем (на примере Лесной опытной дачи МСХА).
В задачи исследований входило:
1.
Изучить динамику численности основных групп микробно­
го населения под насаждениями дубравы и сосны с березой в условиях
различного антропогенного загрязнения;
2.
Установить видовой состав ch
участках леса с различной антропогенно \
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
сивность минерализационных процессов по соотношению северных и
южных видов бацилл;
3.
Выявить изменения биохимической активности домини­
рующих видов бацилл под влиянием свинцового загрязнения почвы;
4.
Изучить активность микробиологических процессов (на
примере целлюлозоразрушающих бактерий) в почвах с различной ан­
тропогенной нагрузкой;
5.
Определить основные изменения структуры микробного
ценоза в дерново-подзолистых почвах под влиянием свинцового за­
грязнения;
6.
Установить влияние свинцового загрязнения на фитотоксичность микроскопических грибов;
7.
Разработать критерии для микробиологической диагности­
ки функционирования лесных экосистем в условиях повышенной ан­
тропогенной нагрузки.
Научная новизна результатов исследований.
В результате проведенных комплексных микробиологических исследо­
ваний на территории Лесной опытной дачи Московской сельскохозяйственной
академии имени К.А. Тимирязева (ПОД МСХА) впервые выявлены изменения
структуры микробного ценоза в зависимости от степени антропогенного за­
грязнения, а также состава и возраста древостоя. Изучен видовой состав ба­
цилл при группировке их на северные и южные, позволяющий определить
степень минерализационных процессов в условиях различного антропоген­
ного воздействия. Проведена сравнительная оценка биохимической активно­
сти наиболее распространенных в дерново-подзолистой почве популяций
спорообразующих бактерий Bacillus idosus и Bacillus mycoides. Исследована
сравнительная характеристика целлюлозоразрушающей способности почв на
участках леса с различным составом, возрастом древостоя и разной антропо­
генной нагрузкой.
Практическая ценность работы.
Проведенный в работе сравнительный анализ функционирования мик­
робной компоненты почвы под лесными фитоценозами в условиях различно­
го антропогенного воздействия является необходимым элементом комплекс­
ной процедуры разработки биоиндикационной системы тестовых микробио­
логических показателей для оценки состояния лесных экосистем, для прове­
дения микробиологического мониторинга лесных и лесопарковых ландшаф­
тов. А так же формирует необходимую фактологическую базу для разработки
микробиологических показателей экологического нормирования антропоген­
ной нагрузки (в системе почва-растение).
Предложенная система группировки бацилл на северные и южные ви­
ды позволяет использовать их для оценки интенсивности минерализацион­
ных процессов, как показателя состояния лесных экосистем в условиях раз­
личного антропогенного загрязнения.
Апробация работы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Основные положения работы докладывались на студенческих научных
конференциях (1998-2001гг.), конференции молодых ученых и специалистов
Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева в
2002г., декабрьской научной конференции МСХА в 2003-2004гг. Результаты
диссертации докладывались на Всероссийской выставке «Научнотехнического творчества молодежи» (Москва, ВВЦ, 2004г.) и были удостое­
ны почетным знаком «Участник ВВЦ».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Объем работы. Диссертация имеет объем 148 страниц, содержит 15
таблиц, 19 рисунков, включает введение, 4 главы, выводы и список литерату­
ры из 224 работ, в том числе 22 на иностранном языке.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования служили натурные и модельные эксперимен­
ты. В качестве натурного эксперимента проводилось изучение территории
Лесной опытной дачи Московской сельскохозяйственной академии (ЛОД
МСХА).
Лесная опытная дача Московской сельскохозяйственной академии за­
нимает площадь 232,3 га в северо-западной части г. Москвы и представляет
собой вытянутый прямоугольник длиной 2,8 км и шириной 1,6 км. В настоя­
щее время количество пробных площадей составляет 156. Все они располо­
жены в 14 кварталах Лесной опытной дачи (Наумов В.Д. и соавт., 2001).
По природным условиям Лесная опытная дача входит в южную подзо­
ну смешанных хвойно-широколиственных лесов таежно-лесной зоны. Ее
территория расположена в самой южной части склона Клинско-Дмитровской
гряды и по рельефу представляет собой моренную (холмистую) равнину.
Почвенный покров лесной опытной дачи представлен дерновоподзолистыми почвами, различающимися по проявлению дернового, подзо­
листого и глеевого процессов. Особенностью почв ЛОД является наличие в
профиле мощного гумусового горизонта (до 51 см), который морфологически
подразделяется на 2 или 3 подгоризонта.
Для изучения влияния антропогенной нагрузки на почвенные микроор­
ганизмы нами были проведены микробиологические исследования на терри­
тории пробных площадей ЛОД, заложенных Мосиной Л.В. и Паракиным
В.В. Так, нами были изучены пробные площади (№ 6,8,9) находящиеся на
участках с естественной антропогенной нагрузкой в кварталах 3, 6 и пробные
площади (№ 7,10,11) - с повышенной антропогенной нагрузкой в кварталах
1,2,5. В таблицах 1 и 2 приведены почвенно - экологическая и лесоводственно-таксационная характеристика пробных площадей, на которых произра­
стают дубовые насаждения различного возраста и насаждения сосны с бере­
зой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
Таблица 1
Почвенно - экологическая характеристика под лесными древостоями в усло­
виях различного антропогенного воздействия на ЛОД МСХА
(для верхнего 10-см гумусового слоя) (Мосина Л.В.,2003)
№
проб
ной
пло­
щади
6
11
8
7
9
10
Р2О5
|
к2о
мг/ЮОгпочвы
*-"Орг* г*
Азот по
Кьельдалю
рН сол.
3,8б±0,20
5,33±0,97
4,74±0,07
8,85±1,27
4,45±1,04
6,78±2,20
0,14±0,02
0,21±0,07
0,16±0,00
0,19±0,01
0,15±0,05
0,25*0,10
4,15±0,05
4,25±0,10
4,20±0,05
4,20±0,00
4,00±0,10
4,15±0,05
по Кирса­
нову
По Масловой
1,20±0,00
1,65±0,35
2,45±0,05
1,20±0,00
1,94±0,08
2,00±0,00
14,5±0,50
12,5±1,80
13,1±0,40
8,4±1,00
13,4±2,00
16,5±2,60
А1,
м-экв/100
г почвы
0,86±0,11
0,70±0,34
0,42±0,03
0,74±0,20
1,35±0,43
1,05*0,40
Таблица 2
Лесоводственно-таксационная характеристика пробных площадей на ЛОД
МСХА с различной антропогенной нагрузкой
Квартал,
Средние
выдел,
Класс
№ проб­
расстоя­
Состав
Главная
возраста
ных
ние до
насаж­
Диаметр,
порода
насажде­
Высота, м
Полнота
площадей
жилой
дений
см
ний
застройки,
м
I группа. Участки с естественной антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 0,6 - 0,8 T/CMJ
кв. 3, в.
6
XII
6ДЗБ
18,0±0,21
0,5
Дуб
32,0±0,17
23, 500 м
1С
кв. 3, в.
8Д2Б
8
Дуб
XII
23,1±0,34
35,0*0,24
0,8
13,500 м
СЛп
Сосна с
5С5Б
9
кв. 6, в. 1,
XI
24,5±0,16
0,6
32,3±0,19
березой
ЗД4КЛ
500 м
ЗЛп
II группа. Участки с повышенной антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 1,4 - 1,8 г/см3
кв. 1, в. 6,
9Д1Б
11
Дуб
X
19,0±0,18
0,7
29,0*0,22
100-150 м
ед.С
кв. 2, в. 7,
7Д2Б
7
VIII
17,8±0,22
0,6
Дуб
39,8±0,79
100-150 м
1СЛп
кв. 5, в. 1, Сосна с
10
IX
18,5±0,20
26,9±0,16
0,5
5С5Б
березой
50-100 м
7Д2
Кл.Лп
Несмотря на сравнительно небольшую территорию Лесной опытной
дачи (232,3 га), в ней отчетливо проявляется общий тренд нарастания содер­
жания тяжелых металлов в направлении от центра к периферии. Содержание
тяжелых металлов (свинца, цинка, меди) на участках леса, прилегающих к
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
городским магистралям (удаленность 100 м), значительно выше по сравне­
нию с лесными массивами в центре ЛОД (удаленность от автомагистралей
500 м) (Таблица 3)
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в верхнем 10-см слое почв ЛОД МСХА
в зависимости от удаленности от городских магистралей
и состояния насаждений (мг/кг) (Мосина Л.В.,2003)
№
проб
ной
пло­
щади
Главная
порода,
класс
возраста
РЬ
500
+
6,11
8,7
9,10
Дуб,хXII
|
Содержание тяжелых металлов, мг/кг
|
Zn
|
удаленность от автомагистралей, м
100
|
500
|
100
|
500
состояние насаждении
+
+
—
Си
|
100
—
62,20±4,12
120,01±
10,40
73,06±5,51
114,0±
9,82
10,0*0,90
77,09±
5,65
vii-vm
8б,12±8,15
114,0±
8,04
86,4± 7,10
100,0±
8,68
10,02±
0,84
108,02±
9,14
Сосна с
березой
IX-X1
77,04± 7,85
139,0±
10,41
96,08±7,13
211,0±
16,44
36,03±
2,92
92,00±
7,64
Дуб,
Примечание. + насаждения в условиях естественного для ЛОД антропогенного воздейст­
вия; - насаждения в условиях повышенного для ЛОД антропогенного воздействия.
Важно отметить, что участки леса, произрастающего на пограничных с
городом территории (пробная площадь №7,10,11), отличаются повышенной
суховершинностью, более подвержены различным заболеваниям, здесь стра­
дают не только основные лесообразователи - насаждения I и II ярусов, но
также подрост и подлесок. Чаще они полностью отсутствуют. У насаждений,
расположенных в центре лесного массива, вдали от посещаемых населением
мест (пробные площади №6,8,9), подрост и подлесок находятся в удовлетво­
рительном состоянии. На этих пробных площадях также не отмечается явных
признаков угнетения основных лесообразователей.
Почвенные образцы отбирались с пробных площадей с одинаковыми
породным и возрастным составом древостоя, произрастающего на различном
удалении от городской среды и разной рекреационной нагрузкой, что обес­
печивало различный уровень загрязнения тяжелыми металлами и различную
степень уплотнения почв.
Образцы для микробиологического анализа отбирали в динамике по се­
зонам года из верхнего 10-см слоя, где расположена основная масса всасы­
вающих корней.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
Для этого на пробных площадях выделялись модельные деревья (10 де­
ревьев), под которыми по периметру проекции крон отбирали почвенные об­
разцы 7-10 - кратной повторности (Карпачевский Л.О., 1980).
Образцы тщательно перемешивались и составляли смешанный, в ко­
тором определяли микробиологические показатели.
Учитывая значимость гидротермического режима в развитии микро­
организмов, одновременно с определением микробной компоненты в каж­
дом почвенном образце определяли температуру и влажность почвы (в
трехкратной повторности)
Данные, полученные в условиях натурных экспериментов, проверялись
в модельных опытах.
Микробиологические исследования проводили в свежих образцах поч­
вы по общепринятой методике (Методы почвенной микробиологии и биохи­
мии, 1991).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Динамика численности основных групп микробного населения под
насаждениями дубравы и сосны с березой в условиях различного
антропогенного загрязнения
Проведенные исследования показали, что динамика численности ам­
монифицирующих микроорганизмов под изучаемыми насаждениями опреде­
ляется следующими факторами: породным составом древостоя, возрастом
насаждений, периодом вегетации и условиями произрастания (т.е. степенью
антропогенного воздействия).
При этом наиболее мощным фактором выступают условия произраста­
ния в отношении антропогенной нагрузки (рис. 1).
45
•-Дуб\Л1-УШ(*)
40
t - Д у б Х-ХИ (+)
. - Сосна с березой
IX-XI (+)
*-Ду6\Л1-У111<-)
К-ДубХ.Х1(.)
•—Сосна с березой
IX-XII (•)
сентябрь
октябрь
В верхнем 10-см ело* (млн/1 г почвы)
+ Естественная для ЛОД МСХА антропогенная нагрузка •Повышенная для ЛОЛ
МСХА антропогенная нагрузка
Рис. 1. Динамика численности аммонифицирующих микроорганизмов в почвах
под лесными насаждениями ЛОД МСХА в условиях различного антропогенного
воздействии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
Во все сроки исследования активность аммонифицирующих процессов
выше на участках леса с минимальной антропогенной нагрузкой. Так, весной
(май) численность микроорганизмов на МПА увеличивается более, чем в 2
раза: с 9,2 ± 0,8 млн. клеток на участках 70-80- летней дубравы, произра­
стающей на пограничных с городом территории ЛОД до 23,5 млн. клеток под
однопородными одновозрастными древостоями в центре лесного массива.
В летний период (июль) также отмечается почти двукратное снижение
численности микроорганизмов на МПА (с 10,5 млн. до 3,9 млн.) под однопо­
родными дубовыми древостоями.
Аналогичная зависимость проявляется в почвах и под другими изучен­
ными древостоями.
Снижение численности микроорганизмов в летний период связано с
истощением доступных азотсодержащих органических веществ в почве, на­
коплением токсичных веществ, иссушением почвы и рядом других факторов,
что согласуется с имеющимися литературными данными (Комаревцева Л.Г.,
1972).
Антропогенный фактор также вносит существенные изменения в ха­
рактер микробиологических процессов в почве, связанных с периодом веге­
тации.
В условиях минимального антропогенного воздействия под насажде­
ниями, произрастающими в центре лесного массива, максимальная числен­
ность аммонифицирующих микроорганизмов установлена для осеннего пе­
риода, что связанно с поступлением в почву свежего органического вещества
в период массового листопада.
Подобная динамика характерна для микробиологических процессов в
почве, что согласуется с рядом исследований (Мишустин Е.Н., 1966; Кузь­
мина И.В., 1973; Мкртумян Н.Н., 1973; Мосина Л.В., 2003).
Иной характер носит динамика микроорганизмов, используюидих орга­
нические формы азота, под насаждениями в условиях повышенного антропо­
генного воздействия.
Осенью в период массового листопада отмечается значительно мень­
шая по сравнению с весенним максимумом численность данной группы мик­
роорганизмов, что, вероятно, объясняется увеличением загрязнения почвы
тяжелыми металлами с опадающей листвой. То есть для процесса аммонифи­
кации в данной почве более значим, не пищевой режим, а загрязнение дан­
ными токсикантами.
Так, в почвах 70-80-летней дубравы, произрастающей на пограничных
с городом участках леса, осенний максимум в 1,5 раза ниже (6,8 млн. клеток
в 1 г почвы) по сравнению с весенним (9,8 млн.).
Среди древесных пород во все сроки исследования более высокая чис­
ленность аммонификаторов отмечается под дубовыми древостоями. Так, в
весенний период численность аммонифицирующих микроорганизмов со­
ставляла 20,5-23,5 млн. в 1г почвы, а под двухъярусными сосновоберезовыми - лишь15,8 млн. клеток в 1 г почвы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
s
Минимальное содержание микроорганизмов на МПА под сосновоберезовыми древостоями объясняется, на наш взгляд, двумя причинами: с
одной стороны, береза, обладая большей фолиарной способностью к погло­
щению ТМ, привносит более значительное загрязнение, что негативно ска­
зывается на функционировании данного сообщества.
Другая причина ослабления процесса аммонификации органического
вещества в почве объясняется наличием в составе данного фитоценоза сосны
- древесной породы, исключительно неустойчивой к действию ТМ.
Эти два фактора, снижая устойчивость данного фитоценоза, ослабляют
ассимиляционные процессы, и таким образом уменьшают интенсивность
синтеза органических веществ в фотосинтезирующем аппарате растений и
их поступление по корневым системам. В конечном итоге это снижает био­
логическую активность почвы, и, в частности, ее аммонифицирующую спо­
собность.
Под однопородными дубовыми древостоями разного возраста наи­
большая биологическая активность установлена под более молодыми - 7080-летними фитоценозами по сравнению с приспевающими 100-120-летними,
что обусловлено более активными возрастными физиолого-биохимическими
процессами и связанной с этим большей ассимиляционной способностью и
устойчивостью к действию антропогенного загрязнения.
Аналогичная зависимость проявляется и у микроорганизмов, разви­
вающихся на КАА (усваивающих минеральные формы азота) (рис.2).
Рис. 2. Динамика численности микроорганизмов, использующих минераль­
ные формы азота, под насаждениями ЛОД МСХА в условиях различной ан­
тропогенной нагрузки
Включение в биологический круговорот свинца также негативно влия­
ет на микробиологические процессы, следствием чего является снижение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота,
особенно осенью в период массового листопада.
Так, на участках леса с минимальной антропогенной нагрузкой в осен­
ний период под 70 и 120-летними дубовыми древостоями и двухярусными
насаждениями сосны с березой содержание микроорганизмов на КАА соот­
ветственно 36,4; 38,0; 21,0 млн. клеток в 1 г почвы. При увеличении антропо­
генной нагрузки (под насаждениями вблизи автомагистралей) численность
микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, снижается в
этот срок исследования в несколько раз: 8,2; 6,4; 4,4 млн. клеток в 1 г почвы
под соответствующими древесными породами.
Анализ климатических факторов (температуры и влажности почвы)
показал благоприятствование условий для функционирования микроорга­
низмов, поэтому имеющиеся различия в численности и динамике микробио­
логических процессов следует отнести за счет влияния антропогенного за­
грязнения.
Видовой состав сиорообразующих бактерий на участках леса
с различной антропогенной нагрузкой
Использование видового состава бацилл для целей диагностики бази­
руется на специфике их распространения, обусловленной биохимическими
особенностями различных видов.
Хотя микроорганизмы имеют широкий ареал распространения, у них
имеются зоны оптимального развития.
Такие виды как Bacillus virgulus, Bacillus agglomeratus, Bacillus cereus,
развивающиеся на более ранних этапах деструкции органического вещества,
приурочены больше к почвам подзолистого типа по сравнению с видами Ba­
cillus mesentericus, Bacillus megaterium, Bacillus idosus, Bacillus subtilus, кото­
рые активнее представлены в серых лесных, черноземных почвах (Мишустин, 1956 и др.).
Это дало основание академику Е.Н. Мишустину для выделения север­
ных и южных видов бацилл.
Принимая во внимание высокую индикаторную способность бактерий
и практически слабую изученность их видового состава для лесных экоси­
стем в условиях повышенного антропогенного воздействия, нами был изучен
видовой состав данной группы организмов.
При идентификации видов они были сгруппированы на северные и
южные.
Проведенные нами исследования показали различные соотношения се­
верных и южных видов на участках леса с разной антропогенной нагрузкой.
В почвах с более низким уровнем свинца преобладают южные виды Ba­
cillus idosus, Bacillus mesentericus, Bacillus subtilus, состаатяющие 41 % про­
тив 32 % северных видов. Здесь же появляются зародыши Bacillus
megaterium, диагностирующие хороший азотный режим почв
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
При повышенном загрязнении преобладают северные виды: Bacil­
lus virgulus, Bacillus agglomeratus,
Bacillus cereus, в сумме состав­
ляющие около и более 50 % бациллярного населения (таблица 4).
Таблица 4
Видовой состав бацилл на участках ЛОД МСХА с различной
антропогенной нагрузкой
(% от общего количества спорообразующих бактерий)
Соотно­
Видовой состав бацилл, %
шение
Южные
Северные
чис­
ленно­
Главная
№ проб­ порода, сти сеBacillus
Bacillus
верных
ных
Bacillus Bacil­
класс
Bacillus mycoi- Прочие
mesenteвидов Bacillus agglom lus
площадей
Bacillus
возраста
mega- I dos
ricus,
бацилл virgulus eratus ce­ Е
idosus
terium
Bacillus
к юж­
reus
subtilus
ным
Участки леса с минимальной для ЛОД антропогенной нагрузкой
6
8
9
ДубХXII
Дуб
V1I-VII1
Сосна с
березой
IX-XI
0,70
10±0,б 7±0,4 14±1,1 31 19±1,6 23±1,7 3±0,3 45 9±0,7 15±1,4
0,75
11 ±0,7 б±0,5 15±1,1 32 17±1,5 24±1,8 2±0,3 43 8±0,6 17±1,4
0,70
12±0,8 7±0,4 14±1,0 33 21±1,6 24±1,8 3±0,3 48 9*0,7 10±0,9
Участки леса с повышенной для ЛОД антропогенной нагрузкой
ДубХ- 2,10
1б±1,0 14±1,0 19±1,5 49 7±0,4 16±1,0
11
23 9±0,7 19±1,5
XII
Дуб
2,70 18±1,1 15±1,1 21±1,7 54 6±0,5 14±1,0
7
20 8±0,6 18±1,5
VH-VIII
Сосна с
10
березой 2,75 19±1,4 16±1,2 20±1,7 55 8±0,7 12±0,8
20 8±0,5 17±1,4
IX-XI
Примечание: «Северные» - слабо минерализующие органические вещества;
«Южные» — активно минерализующие органические вещества.
Если Е.Н. Мишустиным деление на северные и южные виды бы­
ло выполнено для почв с разными географическими факторами, то в данной
работе показано существенное изменение соотношения северных и южных
видов в условиях одного почвенного типа и в одной климатической зоне, но
с различным уровнем антропогенного загрязнения.
То есть, антропогенное загрязнение оказывает значительное влияние
на деструкционные процессы в системе почва-растение, в частности,
ослабляет процесс минерализации органических веществ и, таким образом,
ухудшает условия питания растений и их санитарную защиту.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
Изменение биохимической активности доминирующих видов бацилл под
насаждениями ЛОД МСХА в условиях различного
свинцового загрязнения почв
Нами была изучена биохимическая активность некоторых видов ба­
цилл в условиях модельного эксперимента с различными дозами свинца одного из опаснейших ТМ.
В качестве объекта исследования были изучены наиболее распростра­
ненные для дерново-подзолистых почв виды спорообразующих бактерий Bacillus idosus и Bacillus mycoides.
Эти виды были выделены из почв с различным уровнем загрязнения
свинцом- 80, 800, 8000, 80000 мг/кг, далее проводили исследования биохи­
мической активности со штаммами данных видов.
При изучении биохимической активности исследовалась активность
ферментов протеаз по разложению желатины (скорость и характер разложе­
ния при уколе столбика желатины), свертыванию и пептонизации молока.
Аммонифицирующую способность определяли по интенсивности разложе­
ния мясо-пептонного бульона (МПБ) с помощью реактива Несслера. Актив­
ность амилазы определяли по величине зоны гидролиза крахмала. Актив­
ность нитрат-редуктазы - по восстановлению нитратов при росте на среде
Гильтая (рН 7,0-7,2).
Вышеуказанные среды заражались трехсуточными культурами бакте­
рий (определенной концентрации) (в четырехкратной повторности) и стави­
лись в термостат при 28 °С. Среда с желатиной оставлялась при комнатной
температуре. На 2-е - 3-й сутки проводилась визуальная оценка активности
фермента (в условных единицах) по четырехбальной системе: очень высокая
активность (сильная муть, пленка, либо обильный осадок, газообразование)
отмечалась четырьмя крестами; хорошая - тремя; средняя - двумя; слабая одним и отсутствие роста — знаком ноль. Знак «минус» показывал, что на
дашюй среде культура не испытывалась. Одновременно отмечался характер
роста культуры и тип разложения желатины при посеве уколом в мясопептонную желатину (МГГЖ)
Результаты определения биохимической активности выделенных
штаммов Bacillus idosus и Bacillus mycoides представлены в таблице 5 и 6.
Как общая закономерность отмечается снижение биохимической ак­
тивности при увеличении свинцового загрязнения, что свидетельствует о су­
щественном нарушении ферментных систем.
Причем, невысокие дозы (80 мг/ кг) несколько стимулируют актив­
ность энзиматического аппарата, что возможно, связано с активацией защит­
ных механизмов до определенного уровня загрязнения, после которого про­
исходят более глубокие нарушения функционирования микробной клетки,
приводящие к резкому снижению и даже полному подавлению клеточных
ферментов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
Таблица 5
Биохимическая активность штаммов Bacillus idosus, выделенных из дерновоподзолистой почвы с разным уровнем свинцового загрязнения
Доза
РЬ,
мг/кг
Конт­
роль
80
800
8000
80000
штамма
1
Активность ферментов
протеаз
Изменение мо­
Разжи­
лока (обрата)
жение
желати­
свер­
пепны
тыва­ тонизация
ние
-и++
+++
2
3
++
++
+++
+++
+++
++
4
1
2
3
4
+-Н++
++
++
+++
+++
1
++
+++
+++
+
+++
+++
++
-н-
+++
+++
•н++
2
3
+
+
-н-н-
+
+
4
++
+
+
1
2
3
4
0
+
40)
0
+(0)
+
0
0
0
0
+(0)
+(0)
0
0
0
+
0
0
0
0
0
0
+
0
1
2
3
4
Рост
на
МПБ
Слабая
муть в
первые
дни
роста,
нет
осадка
муть,
осадок,
пленка
силь­
ная
муть,
осадок,
пленка
It
Муть,
осадок
Слабая
муть
Слабая
муть
0
0
0
0
Активность
амилаз
Гидролиз
крахмала
Активность нитратредуктазы
Восстановление
N0 3 "floN0 2 "
+
+
++
+
++
+
+
++
+
++
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+(0)
4-
+(0)
•КО)
+(0)
+(0)
+(0)
0
0
0
0
0
0
0
+(0)
0
0
•КО)
0
0
0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
Таблица 6
Биохимическая активность штаммов Bacillus mycoides, выделенных из дер­
ново-подзолистой почвы с разным уровнем свинцового загрязнения
Доза
РЬ,
мг/кг
№
штам­
ма
Разжи­
жение
желати­
ны
Конт
-роль
800
8000
8000
0
Активность
нитратредуктазы
Восстанов­
ление NCh"
до N0 2 "
Рост на МПБ
Гидролиз
крахмала
Раствор про­
зрачный,
мощная
пленка
+
++
++
+(0)
++
++
1
+++
Изменение
молока (обра­
та)
пепсвер­
тыва­ тонизация
ние
+(++
++
2
3
+++
+++
+(++
+
++
++
+
++
+
++
+++
+++
++
++
+
+
-КО)
-КО)
-КО)
0
0
0
0
+
0
0
++
++
+++
+++
+
+
+
+(0)
++
++
+
+
+(0)
+(0)
0
0
0
+
0
+
++
++
++
++
+(0)
+(0)
0
0
0
0
0
0
4
80
Активность
амилаз
Активность ферментов
протеаз
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
-н-н++
++
++
+
+(0)
+(0)
0
0
0
0
+(0)
0
0
+(0)
0
слабая муть,
пленка
II
Слабая муть
-
-
Так, на фоне свинцового загрязнения, равного 80 мг/кг почвы, несколь­
ко возрастает активность протеолитических ферментов (штамм №3 активнее
(+++), по сравнению с контролем (++)), разжижает желатину.
Примерно в 2 раза возрастает интенсивность гидролиза крахмала, т.е. в
2 раза активизируется деятельность амилолитических ферментов (штаммы 2,
3).
Также отмечается активизация аммонифицирующей способности под
воздействием небольших доз свинца (80 мг/кг). Заражение штаммами данной
популяции мясопептонного бульона вызывает активную реакцию: образуется
сильная муть, осадок, поверхность среды покрывается значительной плен­
кой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
Активнее протекает и восстановление нитратов до нитритов (штаммы
№1 и 3 усиливают в 2 раза интенсивность восстановления NO3* до NO2").
Увеличение дозы свинца на порядок (800 мг/кг почвы) вызывает резкое
снижение биохимической активности популяций Bacillus idosus, причем, это
снижение распространяется на активность всех изученных ферментов.
Доза свинца, равная 8000 мг/кг, практически полностью подавляет дея­
тельность клеточных ферментов.
Bacillus mycoides проявляет большую биохимическую активность по
сравнению с Bacillus idosus как в контрольной почве, так и на фоне высоких
доз свинца, что характеризует меньшее негативное влияние загрязнения на
данную популяцию.
Последующее увеличение дозы тяжелых металлов вызывает резкое
снижение и даже полное подавление ферментативной активности спорообразующих бактерий Bacillus mycoides.
Полученные результаты показали, что под действием тяжелых метал­
лов депрессируется функционирование одной из наиболее активных групп
микробного населения, причем, это угнетение распространяется на домини­
рующие виды бацилл. Снижение активности бацилл, т.е. организмов с мощ­
ным ферментативным аппаратом, изменяет функционирование системы поч­
ва-растение в результате изменения деструкционного процесса, что в конеч­
ном итоге ухудшает пищевой режим и фитосанитарное состояние и может
стать источником токсичных веществ в окружающей природной среде.
Изменение целлюлозоразрушающей способности почвы под
насаждениями ЛОД МСХА в условиях различного
антропогенного воздействия
Исследования проводились в условиях нативного эксперимента.
Для этих целей в почве по периметру проекции крон модельных де­
ревьев делалась узкая щель глубиной 15 см, в которую аккуратно вставля­
лось льняное полотно размером 10x15 (см2) в десятикратной повторности.
Для избежания деформации ткани она обрамлялась по периметру узкой (1
см) полоской картона. С целью усиления взаимодействия с почвой щель тща­
тельно закрывалась путем прижатия краев почвы и в таком состоянии остав­
лялась на период исследования (1,5 месяца).
Анализ динамики биологических процессов проводили каждые 2 неде­
ли, по истечении которых полотно аккуратно извлекалось из почвы, и прово­
дилась оценка степени его разложения (в 3-х кратной повторности).
Об интенсивности целлюлозоразрушающей способности судили по
степени разложения полотна, используя шкалу Д.Г. Звягинцева (1978):
Очень слабая — до 10%
Слабая-10-30%
Средняя-30-50%
Сильная - 50-80%
Очень сильная - более 80%
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
Принимая во внимание значение гидротермического режима в биоло­
гических процессах, определяли температуру и влажность исследуемого слоя
почвы (верхнего 10 см). Результаты эксперимента представлены в таблицах
7,8.
Таблица 7
Динамика целлюлозоразлагающей активности в дерново-подзолистой почве
под насаждениями ЛОД МСХА в условиях минимального антропогенного
загрязнения (масса льняного полотна 14,5 г)
(средние данные за 2001-2002 гг.)
Главная
порода,
класс,
возраста
ДубХXII
Дуб VIIVIII
Соска с
березой
IX-XI
Срок экспо­
зиции
15V-30V
31V-14VI
15VI-30V1
15V-30V
31V-14V1
15VI-30VI
15V-30V
3IV-14VI
15VI-30VI
Влаж­
ность
почвы,
%
(сред­
(средняя)
няя)
10,0
34,5
12,8
28,3
15,7
30,5
10,0
28,6
25,4
13,0
16,0
27,4
11,0 j 24,2
13,8
22,8
16,5
24,0
Темпера­
тура поч­
вы, °С
Масса разложения
Масса
льняного
полотна
после
опыта, г
2,2±0,15
5,4±0,38
9,9±0,75
2,6±0,18
5,9±0,39
10,9±0,98
1.7±0,08
4,1±0,35
7,5±0,54
г
% к ис­
ходно­
му образцу
Степень
разложе­
ния
12,3±1,12
9,1±0,78
4,6±0,39
11,9±1,01
8,6±0,69
3,6±0,29
12,8±1,01
10,4±0,91
7±0,64
15,5
37,0
68,0
18,0
40,4
75,0
12,0
28,5
52,0
Слабая
Средняя
Сильная
Слабая
Средняя
Сильная
Слабая
Средняя
Сильная
Таблица 8
Динамика целлюлозоразлагающей активности в дерново-подзолистой почве
под насаждениями ЛОД МСХА в условиях максимального антропогенного
загрязнения (масса льняного полотна 14,5 г)
(средние данные за 2001-2002 гг.)
Главная
порода,
класс,
возраст
Срок экспо­
зиции
Темпе­
ратура
почвы,
°С
Влаж
ность
поч­
вы, %
ДубХXII
15V-30V
31V-14VI
15VI-30VI
15V-30V
31V-14VI
15VI-30VI
15V-30V
31V-I4VI
15VI-30VI
19,5
12,7
15,2
19,5
12,8
15,4
10,5
13,3
16,0
36,1
27,3
26.8
29,4
26,7
24,2
23,4
22,2
18,0
Дуб VIIVIII
Сосна с
березой
ГХ-Х1
Масса
льняного
полотна
после
опыта, г
0,9±0,75
1,9±0,10
4,0±0,32
1,1 ±0,09
2,7±0,19
4,1 ±0,31
0,8±0,06
1,9±0,10
3,4±0,21
Масса разложения
г
% к ис­
ходно­
му образцу
13,6±1,05
6,5
12,6*1,04
13,0
10,5±0,92
27,8
13,4±108
7,8
11,8±0,94
18,5
10,4*0,89
28,6
13,7*1,18
6,2
12,6*1,04
12,8
11,1*0,98
23,4
Степень раз­
ложения
Очень слабая
Слабая
Слабая
Слабая
Слабая
Слабая
Очень слабая
Слабая
Слабая
Анализ полученных результатов показал, что активность целлюлозоразлагающих процессов значительно различается в зависимости от различ-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
ных экологических факторов. При этом наиболее значимым в деструкции
клетчатки выступает степень антропогенного загрязнения.
На участках леса с повышенным уровнем загрязнения степень разло­
жения целлюлозы во все сроки исследования в 2-3 раза ниже по сравнению с
участками леса, произрастающими в условиях минимальной для ЛОД МСХА
антропогенной нагрузки.
Значительную роль в процессе деструкции клетчатки играет породный
состав древостоя. Под дубовыми древостоями разложение целлюлозы более
интенсивно по сравнению с сосново-березовыми: соответственно 68-75% и
52% за период исследования.
Различная скорость деструкции под изученными насаждениями обу­
словлена разным химическим и биохимическим составом опада. Дубовый
спад по сравнению с сосновым более богат зольными элементами и азотом,
что ускоряет процессы разложения (Базилевич, Соколов О.А., 1962; Федоро­
ва, 1977; Захарова О.А. и др., 2004).
Кроме того, присутствие в хвойных породах веществ типа таннинов,
смол делает их трудно доступными для разложения и таким образом снижает
интенсивность минерализации клетчатки.
На интенсивность разложения клетчатки влияет и возраст насаждений.
В почвах под дубовыми древостоями X — XII класса возраста целлюлозоразрушающая активность выражена слабее (68% разложения) по сравнению с
более молодым 70-80 - летними дубравами (75%). Причем, эта зависимость в
большей степени выражена в условиях минимального антропогенного воз­
действия.
Проведенные исследования показали существенное изменение целлюлозоразлагаюшей способности под различными древостоями ЛОД МСХА,
произрастающими в условиях разных почвенно-экологических условий. При
этом наиболее значимым выступает фактор загрязнения, который снижает
целлюлозоразлагающую активность примерно в 2 раза.
В результате проведенных исследований дерново-подзолистых почв
Лесной опытной дачи под насаждениями дубравы и сосны с березой было
выявлено снижение минерализационных процессов, которое негативно
влияяет на устойчивость и продуктивность фитоценозов.
Изменения процессов минерализации органического вещества под­
тверждаются данными морфологического анализа почвенного профиля под
изученными насаждениями.
На участках леса с повышенной антропогенной нагрузкой (пробные
площади № 7, 11,10) в верхней части почвенного профиля отмечается боль­
шее количество свежего растительного материала, чем на участках с естест­
венной антропогенной нагрузкой. Причем, в наибольшей степени это выра­
жено на пробной площади №7, где на поверхности почвы отмечается нали­
чие подстилки из опавших листьев, веточек мощностью 1 см, что подтвер­
ждает ослабление процессов деструкции органического вещества вследствие
снижения биологической активности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
Наравне с ослаблением минерализационных процессов в почве проис­
ходят еще более глубокие изменения метаболических процессов в микроб­
ном ценозе, что приводит к токсикации продуцентов и в конечном итоге - к
снижению устойчивости экосистем.
Структура микробного ценоза под лесными насаждениями Л ОД МСХА
в условиях различного свинцового загрязнения
Исследования проводили в динамике с 2-х недельным интервалом в
условиях модельного эксперимента с дерново-подзолистыми почвами, контаминированными разными дозами свинца (контроль, 800 мг/кг, 8000 мг/кг,
80000 мг/кг) в виде солей уксусной кислоты.
Результаты эксперимента представлены в таблице 9.
Таблица 9
Структура микробного ценоза в условиях различного свинцового
загрязнения дерново-подзолистых почв
Сроки иссле­
дований (по­
сле внесения
свинца)
2 день
15 день
30 день
Вариант
опыта,
доза
свинца,
мг/кг
К
800
8000
80000
К
800
8000
80000
К
800
8000
80000
КОЕ, млнЛг
МПА
млн/1 г
почвы
КАА
млн/1г
почвы
75±6,08
44±3,6
32±2,9
14±1,0
92±8,4
64±5,6
39±3,2
12±0,9
86±7,4
60±5,6
24±1,9
4±0,3
68±5,9
39±3,1
28±2,4
12±0,9
84±7,6
56±4,9
29±2,5
9,8±0,7
79±6,9
58±5,1
21±1,7
3,8±0,4
Спорообразующие бак­
терии, КОЕ
Активное
В состоя­
нии спор
состояние,
(тыс/1 г
млн/1 г
почвы)
почвы
10,2±0,9
9,75±0,8
6,4±0,5
5,8±0,4
4,8±0,5
3,2±0,3
0,9±0,08
0,6±0,05
14,2±1,3
10,5±0,9
9,4±0,8
8,1 ±0,07
6,8±0,55
7,0±0,05
2,5±0,2
2,4±0,2
12,0±1,1
11,5±0,9
9.2±0,8
8,5±0,7
5,0±0,45
4,4±0,3
0,4±0,04
0,8±0,07
Грибы на
СА, %
0,6
0,8
3,1
5.0
0,8
1,2
5,0
8,0
0,8
1,6
6,4
8,0
Во все сроки исследований численность различных групп микробного
населения снижалась с увеличением свинцового загрязнения.
При этом наиболее толерантными выступали микроскопические грибы,
которые увеличивали свою относительную численность по мере увеличения
контаминации свинцом.
Так, в первый срок исследования (на 2 день после внесения уксусно­
кислого свинца) численность микроорганизмов, усваивающих органические
(на МПА) и минеральные (на КАА) формы азота, снижалась в зависимости
от доз токсиканта примерно в 5 раз от 75x106 и 68><106 КОЕ/ 1 г почвы на кон­
троле до 14 и 12хЮ6 КОЕ на варианте с максимальной контаминацией свин­
ца. Относительная же доля грибного населения увеличивалась по мере воз-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
растания уровня загрязнения и составила почти десятикратное значение на
варианте с максимальной дозой свинца (с 0,6% на контроле до 5,0% на вари­
анте с 80000 мг/кг РЬ).
Еще большее увеличение доли грибов отмечалось в последующие 2 не­
дели.
Таким образом, с возрастанием свинцового загрязнения значительно
снижается содержание микроорганизмов, использующих органические и ми­
неральные формы азота. При этом в структуре микробного ценоза повышает­
ся доля микроскопических грибов.
Влияние тяжелых металлов на фитотоксичность
почвенных микроскопических грибов
Нами был проведен микробиологический посев, после чего на чашках
Петри выявляли группы грибов, которые увеличивали свою численность в
условиях возрастающего свинцового загрязнения. Родовую принадлежность
грибов диагностировали по морфолого-культуральным признакам. При мик­
рокопировании исследовали строение мицелия, плодовых тел и органов раз­
множения. Наиболее представительные роды выделяли в чистую культуру и
выявляли их фитотоксический эффект. Присутствие токсинов определяли по
скорости прорастания семян растения-биотеста, помещенного в экссудаты
грибов. В качестве биотеста использовали семена гороха Pisum sativum L.
За фитотоксический эффект принималось снижение длины корней про­
ростков и снижение энергии прорастания семян гороха Pisum sativum L. по
сравнению с контролем и выраженное в процентах.
Фитотоксичность грибного населения определяли при загрязнении
почв свинцом в дозах от 80-80000 мг/кг. При воздействии различных доз ток­
сиканта на родовой состав микроскопических грибов нами были выявлены
следующие изменения (рис. 3).
60i
50
В Fusarium
а
о
40
• Penicillium
30
D Altemaria
1
20
DПрочие
$
10
35
Ч
а.
о.
0
Дозы РЬ, мг/кг
Рис. 3. Родовой состав грибного населения дерново-подзолистой
почвы в зависимости от уровня свинцового загрязнения
При рассмотрении качественного состава грибного населения в кон­
троле было установлено доминирование грибов рода Penicillium. По мере
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
увеличения концентрации свинца до 80000 мг/кг происходило значительное
снижение доли грибов рода Penicillium с 55% в контроле до 26% на самой
высокой дозе загрязнителя. Напротив, грибы рода Altemaria под воздействи­
ем данного токсиканта увеличивали свою численность с 10% в контроле до
26% при дозе свинца 80000 мг/кг.
Грибы рода Fusarium, которые в контроле и дозе свинца 80 мг/кг не
были диагностированы, при загрязнении почв свинцом в концентрации 80000
мг/кг составляли 38% от общей численности грибов.
Увеличение численности грибов рода Fusarium, как свидетельствуют
литературные источники, ведет к ухудшению жизнедеятельности растений.
При этом грибы данного рода отличаются наибольшей фитотоксичностью
среди грибного населения почв (Львова Л.С., 1992; Монастырский О.А.,
1993).
Увеличение доли грибов рода Altemaria под воздействием возрастаю­
щих доз свинца могло происходить вследствие изменения метаболических
процессов этого организма. В этой связи нами была изучена фитотокичность
грибов p. Altemaria. С этой целью было выделено по 3 штаммам гриба с каж­
дого варианта и определена их фитотоксическая способность.
Таблица 10
Фитотоксичность микроскопических грибов рода Altemaria в условиях
различного свинцового загрязнения дерново-подзолистых почв
Доза РЬ,мг/кг
Вариант
Контроль
Вода
Гриб
Гриб
Гриб
Гриб
Гриб
80
800
8000
80000
Средняя длина
корня, мм
24±2,0
25±1,5
24±0,8
18,5±1,5
8,5±1,0
3,5±0,5
% к контролю
Токсичность, %
100
104
96
78
34
14
4
22
66
86
Так, было установлено, что в контроле и при дозе свинца 80 мг/кг энер­
гия прорастания гороха Pisum sativum L. не изменяется и аналогична водной
среде.
Экссудаты грибов, выделенные при максимальном уровне свинцового
загрязнения, уменьшают энергию прорастания гороха Pisum sativum L. и
длина корней проростков снижается с 24 мм в контроле до 3,5 в дозе сзинца
80000 мг/кг.
Снижение длины корней фитотеста гороха Pisum sativum L. в результа­
те действия высоких доз свинца по отношению к контролю свидетельствует о
фитотоксическом эффекте грибов рода Altemaria. Фитотоксический эффект
грибов проявляется уже в дозе свинца более 80 мг/кг почвы и составляет 22%
на фоне 800 мг/кг. В дозе 800 мг/кг длина корней гороха Pisum sativum L. со­
ставила 18,5, что в 1,4 раз меньше, чем в контроле.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
В данном исследовании максимальная фитотоксичность грибов рода
Altemaria была зафиксирована на уровне свинцового загрязнения 80000 мг/кг
и составила 86%.
Подводя итоги, нужно отметить, что выполненные исследования по­
зволили установить существенные изменения в грибном сообществе уже в
дозе выше 80 мг/кг почвы. Так, нами было установлено, что под воздействи­
ем высоких доз свинцового загрязнения происходит уменьшение численно­
сти грибов рода Penicillimn, а фитотоксичные грибы родов Fusarium и Alternaria, напротив увеличивают, свою численность, вызывая ухудшение жизне­
деятельности растений.
ВЫВОДЫ
1. На территории ЛОД МСХА установлено, что под воздействием антро­
погенной нагрузки происходит снижение численности микроорганиз­
мов, усваивающих органические и минеральные формы азота, как од­
ного из показателей биологической активности почвы в ряду: Дубрава
VII-VIII класса возраста —» Дубрава IX-XI класса возраста —» Сосна с
березой IX-XI класса возраста соответственно с 40,2 млн., 34 млн. и 22
млн. (в осенний период) до 6,2 млн., 3,6 млн. и 2,2 млн. При этом ан­
тропогенный фактор выступает как более значимый по сравнению с
породным и возрастным составом древостоя.
2. Было выявлено существенное изменение характера динамики микро­
биологических процессов по сезонам года на участках леса с различной
антропогенной нагрузкой. Под насаждениями в центре лесного масси­
ва, в осенний период численность аммонифицирующих микроорганиз­
мов примерно в 1,5 раза больше по сравнению с весенним периодом,
соответственно в ряду: Дубрава VII-VIII —» Дубрава IX-XI —• Сосна с
березой IX-XI, 40,2 млн. и 23,5 млн., 34 млн. и 20,5 млн., 22 млн. и 15,8
млн. На пограничных с городом участках леса максимальное число ам­
монифицирующих микроорганизмов отмечается весной (соответствен­
но КОЕ (млн. на 1г почвы) 9,8; 6,7; 5,0). Осенний максимум значитель­
но ниже весеннего (КОЕ (млн. на 1г почвы)) составляет 6,2; 3,6; 2,5,
что связано с депресирующим влиянием загрязнения тяжелыми метал­
лами, поступающими в почву с опадающей листвой. Аналогичная за­
висимость наблюдается и у микроорганизмов, использующих мине­
ральные формы азота.
3. Было установлено, что повышение антропогенной нагрузки увеличива­
ет долю северных видов бацилл с 31-33 % под насаждениями в центре
лесного массива до 49-55 % под насаждениями на пограничных с мега­
полисом участках леса, и соответственно снижает содержание наибо­
лее активных южных популяций спорообразующих бактерий с 43-48 %
до 20-23 %, что характеризует замедление минерализационных процес­
сов и ухудшение пищевого режима почвы. Состав древостоя и возраст
насаждений влияют на эти процессы менее интенсивно.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
4. Снижение интенсивной минерализационных процессов обусловлено
снижением биохимической активности наиболее распространенных в
дерново-подзолистой почве видов бацилл — Bacillus idosus и Bacillus
mycoides.
5. Было выявлено, что с повышением антропогенной нагрузки целлюлозоразлагающая способность снижается с 52-75 % до 23,4-28,6 % в зави­
симости от породного состава древостоя, причем более интенсивно
процесс деструкции клетчатки идет под дубовыми древостоями по
сравнению с сосново-березовыми: соответственно 68-75% и 52% на
участках леса с минимальной нагрузкой и 27,8-28,6 % и 23,4% с повы­
шенным антропогенным загрязнением.
6. Установлено достоверное изменение структуры микробного ценоза в
сторону увеличения одного из наиболее активных продуцентов микотоксинов - микроскопических грибов с увеличением свинцового за­
грязнения. Так, доля микроскопических грибов увеличивается с 0,6-0,8
% на контроле до 5-8 % на максимальной дозе свинца, что значительно
ухудшает фитосанитарное состояние почв.
7. Увеличение свинцового загрязнения выше 800 мг/кг почвы в модель­
ном эксперименте вызывает изменение метаболических процессов в
грибном населении почвы и делает их фитотоксичными.
8. Выявлены следующие микробиологические критерии для диагностики
функционирования лесных экосистем при антропогенном загрязнении
в условиях урбанизации: видовой состав бацилл при группировке их на
северные и южные, целлюлозоразлагающая активность, доля микро­
скопических грибов в структуре микробного ценоза, суммарная чис­
ленность грибов родов Fusarium и Alternaria. Для оценки степени за­
грязнения лесных экосистем нами был предложен коэффициент, отра­
жающий отношение численности северных видов бацилл к южным
(К(с/Ю)). Так, для лесных экосистем при минимальной антропогенной
нагрузке, Кдо,) равен 0,8, при средней К(С.Ю) равен 1,3, при повышенном
загрязнении дерново-подзолистых почв К(с/Ю) равен 2,5 и выше. Было
установлено, что для минимального загрязнения почв лесных экоси­
стем целлюлозоразлагающая активность соответствует 38%, среднего 27%, сильного - 16%. Низкий уровень антропогенного загрязнения ди­
агностирует доля грибного населения равная 0,7%, повышенный 4,8%, а так же суммарная численность грибов родов Fusarium и
Alternaria, соответственно 10% и 56%.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Довлетярова Э.А. Структура микробного ценоза, как показатель микотоксинового загрязнения // Сборник студенческих докладов. Экологоаналитический контроль за средой обитания. Переславль-Залеский.
1998.
2. Довлетярова Э.А. Эволюция дерново-подзолистых почв под лесными
древостоями за столетний период в условиях крупных городов (на
примере Лесной опытной дачи // Тезисы докладов Докучаевских моло­
дежных чтений «Почва. Экология. Сообщество». Санкт-Петербург.
1999.С.107-108.
3. Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. Структура микробного ценоза как воз­
можный показатель микотоксинового загрязнения // Сборник студенче­
ских научных работ. Выпуск 4. М.: Изд-во МСХА, 1999. С. 162-165.
4. Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. К вопросу определения микотоксинов в
системе почва - растение // Сборник студенческих научных работ. Вы­
пуск 5. М.: Изд. МСХА. 2000. С. 190-192.
5. Довлетярова Э.А. Биоиндикация свинцового зафязнения в системе
почва-растение // Труды научной конференции молодых ученых и спе­
циалистов МСХА. 2002. С. 271-273.
6. Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. Состояние лесных ландшафтов в усло­
виях мегаполиса Москва // Материалы IV съезда Докучаевского обще­
ства почвоведов. Новосибирск «Наука-Центр». 2004. С. 196.
7. Довлетярова Э.А. Изменение биохимической активности бацилл под
влиянием свинцового загрязнения дерново-подзолистой почвы // Док­
лады ТСХА. Вып. 276. М.: Изд-во МСХА, 2004. С. 342-346.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объем 1,5 п. л.
Зак. 255.
Тираж 100 экз.
Издательство МСХА
127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
659 Кб
Теги
592
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа