488.влияние антропогенного загрязнения на микрофлору...

Post on 27-Jul-2015

120 Views

Category:

Documents

8 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

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 Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева.

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 университет дружбы народов

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 « » 2005 г.

Ученый секретарь / / л у 4 / / ^ диссертационного совета р^*^ B.A. Калинин

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В настоящее время проблема антропоген­ного загрязнения окружающей природной среды стоит очень остро. Интен­сивное промышленное и сельскохозяйственное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения биохимических циклов и содер­жания большинства химических элементов в почве, в том числе тяжелых ме­таллов (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 раз­личным нарушениям в составе городских экосистем, ухудшая условия про­живания городского населения и как следствие, вызывая заболевания людей.

Фитоценозы в городах выполняют огромную санитарно-гигиеническую функцию, повышая устойчивость экосистем в условиях вы­сокого антропогенного загрязнения. Между тем состояние зеленых насажде­ний в городах вызывает серьезное опасение и тревогу («Состояние зеленых насаждений...», 2001).

В этой связи представляет, несомненно, теоретическую и практиче­скую значимость изучение факторов, влияющих на функционирование лес­ных 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 кругово­рот веществ. Высокие концентрации тяжелых металлов и других токсикантов вызывают различные изменения микробиологических и биохимических по­казателей почв. Так, в результате антропогенного загрязнения наблюдается уменьшение общей численности, сужение видового разнообразия микроор­ганизмов, 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 функ­ционировании городских экосистем, следует отметить слабую изученность данного вопроса для лесных ландшафтов в условиях повышенного антропо­генного воздействия.

Целью работы явилось изучение влияния повышенного антропогенно­го 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 домини­рующих видов бацилл под влиянием свинцового загрязнения почвы;

4. Изучить активность микробиологических процессов (на примере целлюлозоразрушающих бактерий) в почвах с различной ан­тропогенной нагрузкой;

5. Определить основные изменения структуры микробного ценоза в дерново-подзолистых почвах под влиянием свинцового за­грязнения;

6. Установить влияние свинцового загрязнения на фитоток-сичность микроскопических грибов;

7. Разработать критерии для микробиологической диагности­ки функционирования лесных экосистем в условиях повышенной ан­тропогенной 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 за­грязнения, а также состава и возраста древостоя. Изучен видовой состав ба­цилл при группировке их на северные и южные, позволяющий определить степень минерализационных процессов в условиях различного антропоген­ного воздействия. Проведена сравнительная оценка биохимической активно­сти 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 антропо­генной нагрузкой.

Практическая ценность работы. Проведенный в работе сравнительный анализ функционирования мик­

робной компоненты почвы под лесными фитоценозами в условиях различно­го антропогенного воздействия является необходимым элементом комплекс­ной процедуры разработки биоиндикационной системы тестовых микробио­логических показателей для оценки состояния лесных экосистем, для прове­дения микробиологического мониторинга лесных и лесопарковых ландшаф­тов. А так же формирует необходимую фактологическую базу для разработки микробиологических показателей экологического нормирования антропоген­ной нагрузки (в системе почва-растение).

Предложенная система группировки бацилл на северные и южные ви­ды позволяет использовать их для оценки интенсивности минерализацион­ных процессов, как показателя состояния лесных экосистем в условиях раз­личного 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 «Научно-технического творчества молодежи» (Москва, ВВЦ, 2004г.) и были удостое­ны 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 литерату­ры 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 за­нимает 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 настоя­щее время количество пробных площадей составляет 156. Все они располо­жены в 14 кварталах Лесной опытной дачи (Наумов В.Д. и соавт., 2001).

По природным условиям Лесная опытная дача входит в южную подзо­ну 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 дерново-подзолистыми почвами, различающимися по проявлению дернового, подзо­листого 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 микроор­ганизмы нами были проведены микробиологические исследования на терри­тории 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 лесоводствен-но-таксационная характеристика пробных площадей, на которых произра­стают дубовые насаждения различного возраста и насаждения сосны с бере­зой.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

4

Таблица 1

Почвенно - экологическая характеристика под лесными древостоями в усло­виях различного антропогенного воздействия на ЛОД МСХА

(для верхнего 10-см гумусового слоя) (Мосина Л.В.,2003)

№ проб ной пло­щади

6 11 8 7 9 10

*-"Орг* г*

3,8б±0,20 5,33±0,97 4,74±0,07 8,85±1,27 4,45±1,04 6,78±2,20

Азот по Кьельдалю

0,14±0,02 0,21±0,07 0,16±0,00 0,19±0,01 0,15±0,05 0,25*0,10

рН сол.

4,15±0,05 4,25±0,10 4,20±0,05 4,20±0,00 4,00±0,10 4,15±0,05

Р2О5 | к2о мг/ЮОгпочвы

по Кирса­нову

1,20±0,00 1,65±0,35 2,45±0,05 1,20±0,00 1,94±0,08 2,00±0,00

По Масло-вой

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

№ проб­ных

площадей

Квартал, выдел,

расстоя­ние до жилой

застройки, м

Главная порода

Класс возраста насажде­

ний

Состав насаж­дений

Средние

Высота, м Диаметр, см Полнота

I группа. Участки с естественной антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 0,6 - 0,8 T/CMJ

6

8

9

кв. 3, в. 23, 500 м

кв. 3, в. 13,500 м

кв. 6, в. 1, 500 м

Дуб

Дуб

Сосна с березой

XII

XII

XI

6 Д З Б 1С

8Д2Б СЛп

5 С 5 Б ЗД4КЛ

ЗЛп

18,0±0,21

23,1±0,34

24,5±0,16

32,0±0,17

35,0*0,24

32,3±0,19

0,5

0,8

0,6

II группа. Участки с повышенной антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 1,4 - 1,8 г/см3

11

7

10

кв. 1, в. 6, 100-150 м кв. 2, в. 7, 100-150 м кв. 5, в. 1, 50-100 м

Дуб

Дуб

Сосна с березой

X

VIII

IX

9Д1Б ед.С

7 Д 2 Б 1СЛп 5 С 5 Б 7Д2

Кл.Лп

19,0±0,18

17,8±0,22

18,5±0,20

29,0*0,22

39,8±0,79

26,9±0,16

0,7

0,6

0,5

Несмотря на сравнительно небольшую территорию Лесной опытной дачи (232,3 га), в ней отчетливо проявляется общий тренд нарастания содер­жания 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 сравне­нию 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 пло­щади

6,11

8,7

9,10

Главная порода, класс

возраста

Дуб,х-XII

Дуб, vii-vm

Сосна с березой IX-X1

Содержание тяжелых металлов, мг/кг РЬ | Zn | Си

удаленность от автомагистралей, м 500 | 100 | 500 | 100 | 500 | 100

состояние насаждении +

62,20±4,12

8б,12±8,15

77,04± 7,85

-120,01±

10,40

114,0± 8,04

139,0± 10,41

+

73,06±5,51

86,4± 7,10

96,08±7,13

— 114,0± 9,82

100,0± 8,68

211,0± 16,44

+

10,0*0,90

10,02± 0,84

36,03± 2,92

— 77,09±

5,65

108,02± 9,14

92,00± 7,64

Примечание. + насаждения в условиях естественного для ЛОД антропогенного воздейст­вия; - 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 стра­дают 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 удовлетво­рительном 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 обес­печивало различный уровень загрязнения тяжелыми металлами и различную степень уплотнения почв.

Образцы для микробиологического анализа отбирали в динамике по се­зонам года из верхнего 10-см слоя, где расположена основная масса всасы­вающих 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 об­разцы 7-10 - кратной повторности (Карпачевский Л.О., 1980).

Образцы тщательно перемешивались и составляли смешанный, в ко­тором определяли микробиологические показатели.

Учитывая значимость гидротермического режима в развитии микро­организмов, одновременно с определением микробной компоненты в каж­дом 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 поч­вы по общепринятой методике (Методы почвенной микробиологии и биохи­мии, 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 опреде­ляется следующими факторами: породным составом древостоя, возрастом насаждений, периодом вегетации и условиями произрастания (т.е. степенью антропогенного воздействия).

При этом наиболее мощным фактором выступают условия произраста­ния в отношении антропогенной нагрузки (рис. 1).

45

40 •-Дуб\Л1-УШ(*)

t -Дуб 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, произра­стающей 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 однопо­родными дубовыми древостоями.

Аналогичная зависимость проявляется в почвах и под другими изучен­ными древостоями.

Снижение численности микроорганизмов в летний период связано с истощением доступных азотсодержащих органических веществ в почве, на­коплением 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 ха­рактер микробиологических процессов в почве, связанных с периодом веге­тации.

В условиях минимального антропогенного воздействия под насажде­ниями, произрастающими в центре лесного массива, максимальная числен­ность аммонифицирующих микроорганизмов установлена для осеннего пе­риода, 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; Кузь­мина И.В., 1973; Мкртумян Н.Н., 1973; Мосина Л.В., 2003).

Иной характер носит динамика микроорганизмов, используюидих орга­нические формы азота, под насаждениями в условиях повышенного антропо­генного воздействия.

Осенью в период массового листопада отмечается значительно мень­шая по сравнению с весенним максимумом численность данной группы мик­роорганизмов, что, вероятно, объясняется увеличением загрязнения почвы тяжелыми металлами с опадающей листвой. То есть для процесса аммонифи­кации в данной почве более значим, не пищевой режим, а загрязнение дан­ными 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 чис­ленность аммонификаторов отмечается под дубовыми древостоями. Так, в весенний период численность аммонифицирующих микроорганизмов со­ставляла 20,5-23,5 млн. в 1г почвы, а под двухъярусными сосново-березовыми - лишь15,8 млн. клеток в 1 г почвы.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

s Минимальное содержание микроорганизмов на МПА под сосново-

березовыми древостоями объясняется, на наш взгляд, двумя причинами: с одной стороны, береза, обладая большей фолиарной способностью к погло­щению ТМ, привносит более значительное загрязнение, что негативно ска­зывается 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 био­логическую активность почвы, и, в частности, ее аммонифицирующую спо­собность.

Под однопородными дубовыми древостоями разного возраста наи­большая биологическая активность установлена под более молодыми - 70-80-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, разви­вающихся на КАА (усваивающих минеральные формы азота) (рис.2).

Рис. 2. Динамика численности микроорганизмов, использующих минераль­ные 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 осен­ний период под 70 и 120-летними дубовыми древостоями и двухярусными насаждениями сосны с березой содержание микроорганизмов на КАА соот­ветственно 36,4; 38,0; 21,0 млн. клеток в 1 г почвы. При увеличении антропо­генной 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 микроорга­низмов, поэтому имеющиеся различия в численности и динамике микробио­логических процессов следует отнести за счет влияния антропогенного за­грязнения.

Видовой состав сиорообразующих бактерий на участках леса с различной антропогенной нагрузкой

Использование видового состава бацилл для целей диагностики бази­руется 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 Ba­cillus mesentericus, Bacillus megaterium, Bacillus idosus, Bacillus subtilus, кото­рые активнее представлены в серых лесных, черноземных почвах (Мишу-стин, 1956 и др.).

Это дало основание академику Е.Н. Мишустину для выделения север­ных и южных видов бацилл.

Принимая во внимание высокую индикаторную способность бактерий и практически слабую изученность их видового состава для лесных экоси­стем 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 се­верных и южных видов на участках леса с разной антропогенной нагрузкой.

В почвах с более низким уровнем свинца преобладают южные виды Ba­cillus idosus, Bacillus mesentericus, Bacillus subtilus, состаатяющие 41 % про­тив 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: Bacil­lus virgulus, Bacillus agglomeratus, Bacillus cereus, в сумме состав­ляющие 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)

№ проб­ных

площадей

Главная порода, класс

возраста

Соотно­шение чис­

ленно­сти се-верных видов

бацилл к юж­ным

Видовой состав бацилл, %

Северные

Bacillus virgulus

Bacillus agglom eratus

Bacil­lus ce­reus

Е

Южные

Bacillus mesente-

ricus, Bacillus subtilus

Bacillus idosus

Bacillus mega-terium

I Bacillus mycoi-

dos Прочие

Участки леса с минимальной для ЛОД антропогенной нагрузкой

6

8

9

ДубХ-XII Дуб

V1I-VII1 Сосна с березой IX-XI

0,70

0,75

0,70

10±0,б

11 ±0,7

12±0,8

7±0,4

б±0,5

7±0,4

14±1,1

15±1,1

14±1,0

31

32

33

19±1,6

17±1,5

21±1,6

23±1,7

24±1,8

24±1,8

3±0,3 45

2±0,3

3±0,3

43

48

9±0,7

8±0,6

9*0,7

15±1,4

17±1,4

10±0,9

Участки леса с повышенной для ЛОД антропогенной нагрузкой

11

7

10

ДубХ-XII Дуб

VH-VIII Сосна с березой IX-XI

2,10

2,70

2,75

1б±1,0

18±1,1

19±1,4

14±1,0

15±1,1

16±1,2

19±1,5

21±1,7

20±1,7

49

54

55

7±0,4

6±0,5

8±0,7

16±1,0

14±1,0

12±0,8

23

20

20

9±0,7

8±0,6

8±0,5

19±1,5

18±1,5

17±1,4

Примечание: «Северные» - слабо минерализующие органические вещества; «Южные» — активно минерализующие органические вещества.

Если Е.Н. Мишустиным деление на северные и южные виды бы­ло 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 ба­цилл в условиях модельного эксперимента с различными дозами свинца -одного из опаснейших ТМ.

В качестве объекта исследования были изучены наиболее распростра­ненные 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 биохи­мической активности со штаммами данных видов.

При изучении биохимической активности исследовалась активность ферментов протеаз по разложению желатины (скорость и характер разложе­ния при уколе столбика желатины), свертыванию и пептонизации молока. Аммонифицирующую способность определяли по интенсивности разложе­ния мясо-пептонного бульона (МПБ) с помощью реактива Несслера. Актив­ность амилазы определяли по величине зоны гидролиза крахмала. Актив­ность нитрат-редуктазы - по восстановлению нитратов при росте на среде Гильтая (рН 7,0-7,2).

Вышеуказанные среды заражались трехсуточными культурами бакте­рий (определенной концентрации) (в четырехкратной повторности) и стави­лись 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 мясо-пептонную 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 ак­тивности при увеличении свинцового загрязнения, что свидетельствует о су­щественном нарушении ферментных систем.

Причем, невысокие дозы (80 мг/ кг) несколько стимулируют актив­ность энзиматического аппарата, что возможно, связано с активацией защит­ных механизмов до определенного уровня загрязнения, после которого про­исходят 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 дерново-подзолистой почвы с разным уровнем свинцового загрязнения

Доза РЬ,

мг/кг

Конт­роль

80

800

8000

80000

штамма

1

2 3

4 1 2 3 4

1

2 3

4

1 2 3 4

1 2 3 4

Активность ферментов протеаз

Разжи­жение

желати­ны

-и-

++ ++

+-Н-++

++ +++ +++

+

+ +

++

0

0 +(0)

+ 0 0 0 0

Изменение мо­лока (обрата) свер­тыва­ние ++

+++ +++

++ ++

+++ +++ ++ -н-

-н--н-

+

+

+(0) +(0)

0 0 0 + 0

пеп-тони-зация +++

+++ ++

+++ +++

+++ +++ •н-++

+ +

+

40)

0 0 0 0 0 + 0

Рост на

МПБ

Слабая муть в первые

дни роста,

нет осадка

муть, осадок, пленка

силь­ная

муть, осадок, пленка

It

Муть, осадок

Слабая муть

Слабая муть

0 0 0 0

Активность амилаз

Гидролиз крахмала

+

++ +

+ ++

++ + + +

+ +(0)

•КО)

+(0)

0 0 0 0 0 0 0

Активность нит-ратредуктазы

Восстановление N03"floN02"

+

++ +

+ ++

++ + + +

4-

+(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 дер­ново-подзолистой почвы с разным уровнем свинцового загрязнения

Доза РЬ, мг/кг

Конт -роль

80

800

8000

8000 0

№ штам­

ма

1

2 3

4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Активность ферментов протеаз

Разжи­жение

желати­ны

+++

+++ +++

+++ +++

-н-н-++ ++ ++ +

+(0) +(0)

0 0 0 0

Изменение молока (обра­

та) свер­тыва­ние

+(++

+(++ +

+ ++ ++ + +

-КО) -КО) -КО)

0 0 0 0 + 0 0

пеп-тони-зация

++

++ ++

++ ++ ++

+++ +++

+ + +

+(0) +(0)

0 0

+(0) 0

Рост на МПБ

Раствор про­зрачный, мощная пленка

слабая муть, пленка

II

Слабая муть

-

-

Активность амилаз

Гидролиз крахмала

+

++ +(0)

+ ++ ++ + +

+(0) +(0)

0 0 0 + 0 +

Активность нитратре-дуктазы

Восстанов­ление NCh"

до N02"

++

++ ++

++ ++ ++ ++ ++

+(0) +(0)

0 0 0 0 0 0

Так, на фоне свинцового загрязнения, равного 80 мг/кг почвы, несколь­ко 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 плен­кой.

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 дея­тельность 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 спорообра-зующих бактерий Bacillus mycoides.

Полученные результаты показали, что под действием тяжелых метал­лов депрессируется функционирование одной из наиболее активных групп микробного населения, причем, это угнетение распространяется на домини­рующие виды бацилл. Снижение активности бацилл, т.е. организмов с мощ­ным ферментативным аппаратом, изменяет функционирование системы поч­ва-растение в результате изменения деструкционного процесса, что в конеч­ном 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 вставля­лось 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 тща­тельно закрывалась путем прижатия краев почвы и в таком состоянии остав­лялась на период исследования (1,5 месяца).

Анализ динамики биологических процессов проводили каждые 2 неде­ли, по истечении которых полотно аккуратно извлекалось из почвы, и прово­дилась 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

ДубХ-XII

Дуб VII-VIII

Соска с березой IX-XI

Срок экспо­зиции

15V-30V 31V-14VI 15VI-30V1 15V-30V 31V-14V1 15VI-30VI 15V-30V 3IV-14VI 15VI-30VI

Темпера­тура поч­

вы, °С

(средняя)

10,0 12,8 15,7 10,0 13,0 16,0 11,0 j 13,8 16,5

Влаж­ность

почвы, %

(сред­няя) 34,5 28,3 30,5 28,6 25,4 27,4 24,2 22,8 24,0

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

Масса разложения

г

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

% к ис­ходно­му об-разцу

15,5 37,0 68,0 18,0 40,4 75,0 12,0 28,5 52,0

Степень разложе­

ния

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

ДубХ-XII

Дуб VII-VIII

Сосна с березой ГХ-Х1

Срок экспо­зиции

15V-30V 31V-14VI 15VI-30VI 15V-30V 31V-14VI 15VI-30VI 15V-30V 31V-I4VI 15VI-30VI

Темпе­ратура почвы,

°С

19,5 12,7 15,2 19,5 12,8 15,4 10,5 13,3 16,0

Влаж ность поч­

вы, %

36,1 27,3 26.8 29,4 26,7 24,2 23,4 22,2 18,0

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

13,6±1,05 12,6*1,04 10,5±0,92 13,4±108 11,8±0,94 10,4*0,89 13,7*1,18 12,6*1,04 11,1*0,98

% к ис­ходно­му об-разцу

6,5 13,0 27,8 7,8 18,5 28,6 6,2 12,8 23,4

Степень раз­ложения

Очень слабая Слабая Слабая Слабая Слабая Слабая

Очень слабая Слабая Слабая

Анализ полученных результатов показал, что активность целлюлозо-разлагающих 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 разло­жения 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 обу­словлена 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; Федоро­ва, 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 целлюлозораз-рушающая 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 воз­действия.

Проведенные исследования показали существенное изменение целлю-лозоразлагаюшей 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 под­тверждаются 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 боль­шее количество свежего растительного материала, чем на участках с естест­венной антропогенной нагрузкой. Причем, в наибольшей степени это выра­жено на пробной площади №7, где на поверхности почвы отмечается нали­чие подстилки из опавших листьев, веточек мощностью 1 см, что подтвер­ждает 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 проис­ходят еще более глубокие изменения метаболических процессов в микроб­ном 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, кон-таминированными 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 иссле­дований (по­сле 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

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

КАА млн/1г почвы

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 бак­терии, КОЕ

Активное состояние,

млн/1 г почвы

10,2±0,9 6,4±0,5 4,8±0,5 0,9±0,08 14,2±1,3 9,4±0,8 6,8±0,55 2,4±0,2 12,0±1,1 9.2±0,8 5,0±0,45 0,8±0,07

В состоя­нии спор (тыс/1 г почвы)

9,75±0,8 5,8±0,4 3,2±0,3

0,6±0,05 10,5±0,9 8,1 ±0,07 7,0±0,05 2,5±0,2 11,5±0,9 8,5±0,7 4,4±0,3 0,4±0,04

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 уксусно­кислого 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 кон­троле до 14 и 12хЮ6 КОЕ на варианте с максимальной контаминацией свин­ца. 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 вари­анте с 80000 мг/кг РЬ).

Еще большее увеличение доли грибов отмечалось в последующие 2 не­дели.

Таким образом, с возрастанием свинцового загрязнения значительно снижается содержание микроорганизмов, использующих органические и ми­неральные формы азота. При этом в структуре микробного ценоза повышает­ся 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 мик­рокопировании исследовали строение мицелия, плодовых тел и органов раз­множения. 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 про­ростков 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 ток­сиканта на родовой состав микроскопических грибов нами были выявлены следующие изменения (рис. 3).

35 а о Ч а. 1 $ о.

60i 50 40 30 20 10 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 кон­троле было установлено доминирование грибов рода Penicillium. По мере

В Fusarium • Penicillium D Altemaria DПрочие

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 воздействи­ем 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 возрастаю­щих 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 каж­дого 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

Контроль

80 800 8000

80000

Вариант

Вода Гриб Гриб Гриб Гриб Гриб

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

100 104 96 78 34 14

Токсичность, %

--4

22 66 86

Так, было установлено, что в контроле и при дозе свинца 80 мг/кг энер­гия 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 результа­те 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. со­ставила 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 по­зволили установить существенные изменения в грибном сообществе уже в дозе выше 80 мг/кг почвы. Так, нами было установлено, что под воздействи­ем высоких доз свинцового загрязнения происходит уменьшение численно­сти грибов рода Penicillimn, а фитотоксичные грибы родов Fusarium и Alter-naria, напротив увеличивают, свою численность, вызывая ухудшение жизне­деятельности растений.

ВЫВОДЫ

1. На территории ЛОД МСХА установлено, что под воздействием антро­погенной нагрузки происходит снижение численности микроорганиз­мов, усваивающих органические и минеральные формы азота, как од­ного 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 ан­тропогенный фактор выступает как более значимый по сравнению с породным и возрастным составом древостоя.

2. Было выявлено существенное изменение характера динамики микро­биологических процессов по сезонам года на участках леса с различной антропогенной нагрузкой. Под насаждениями в центре лесного масси­ва, в осенний период численность аммонифицирующих микроорганиз­мов 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 ам­монифицирующих микроорганизмов отмечается весной (соответствен­но КОЕ (млн. на 1г почвы) 9,8; 6,7; 5,0). Осенний максимум значитель­но ниже весеннего (КОЕ (млн. на 1г почвы)) составляет 6,2; 3,6; 2,5, что связано с депресирующим влиянием загрязнения тяжелыми метал­лами, поступающими в почву с опадающей листвой. Аналогичная за­висимость наблюдается и у микроорганизмов, использующих мине­ральные формы азота.

3. Было установлено, что повышение антропогенной нагрузки увеличива­ет долю северных видов бацилл с 31-33 % под насаждениями в центре лесного массива до 49-55 % под насаждениями на пограничных с мега­полисом участках леса, и соответственно снижает содержание наибо­лее активных южных популяций спорообразующих бактерий с 43-48 % до 20-23 %, что характеризует замедление минерализационных процес­сов 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 целлюло-зоразлагающая способность снижается с 52-75 % до 23,4-28,6 % в зави­симости 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 повы­шенным антропогенным загрязнением.

6. Установлено достоверное изменение структуры микробного ценоза в сторону увеличения одного из наиболее активных продуцентов мико-токсинов - микроскопических грибов с увеличением свинцового за­грязнения. 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 модель­ном 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 микро­скопических грибов в структуре микробного ценоза, суммарная чис­ленность грибов родов Fusarium и Alternaria. Для оценки степени за­грязнения лесных экосистем нами был предложен коэффициент, отра­жающий 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 экоси­стем целлюлозоразлагающая активность соответствует 38%, среднего -27%, сильного - 16%. Низкий уровень антропогенного загрязнения ди­агностирует 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 мико-токсинового загрязнения // Сборник студенческих докладов. Эколого-аналитический 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 моло­дежных чтений «Почва. Экология. Сообщество». Санкт-Петербург. 1999.С.107-108.

3. Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. Структура микробного ценоза как воз­можный показатель микотоксинового загрязнения // Сборник студенче­ских 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. Вы­пуск 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 спе­циалистов МСХА. 2002. С. 271-273.

6. Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. Состояние лесных ландшафтов в усло­виях мегаполиса Москва // Материалы IV съезда Докучаевского обще­ства почвоведов. Новосибирск «Наука-Центр». 2004. С. 196.

7. Довлетярова Э.А. Изменение биохимической активности бацилл под влиянием свинцового загрязнения дерново-подзолистой почвы // Док­лады 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»

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

top related