Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Фрейберг И.А. 1 Стеценко С.К. 1

---

1 ФГБУН «Ботанический сад УрО РАН»

Представлены результаты сравнительного исследования эффективности способа очистки почвы от пе-стицидной токсичности в лесных питомниках с помощью кооперативного действия микроорганизмов в разные по количеству осадков годы с характеристикой флюктуации основных таксономических групп микроорганизмов. Эксперименты проводились на основе мелкоделяночных опытов в лесном питомнике. В опыте исследовалось влияние на флюктуацию микроорганизмов и деструкцию пестицидов внесением их на трех видах подстилки: из насаждений березы (березовая), сосны (сосновая) и смешанных по пород-ному составу насаждений (смешанная). Контролем служили делянки без внесения подстилки. Эффектив-ность разложения пестицидов оценивалась по выходу сеянцев сосны нормального фенотипа. Также изу-чались активность каталазы, количественный учет микроорганизмов. Опыт проводился в разные по гидрологическим условиям годы. Показано, что в достаточно обеспеченный осадками год перенос в поч-ву, загрязненную пестицидами, подстилки с сапрофитами оказывает положительное влияние на сеянцы независимо от состава насаждения. При неблагоприятных условиях для жизнедеятельности микроорга-низмов не происходит деструкция пестицидов, о чем свидетельствует отсутствие различия с контролем по выходу сеянцев нормального фенотипа. При этом изменяется состав микробоценоза: снижается количе-ство сапрофитных бактерий, способных разлагать сложные органические соединения.

Статья в формате PDF

3079 KB

разложение пестицидов

сапрофиты

микроорганизмы

выращивание леса

лесные питомники

сеянцы сосны

1. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. – М. : МГУ, 1989. – 336 с.

2. Курбатов И.М., Двойнишникова Е.И. Катализная активность как показатель общей биологической активности почвы // Сб. докл. по ферментам почв. – Минск : Наука и техни-ка, 1968. – С. 100-102.

3. Никитин Д.И. Экология бактерий // Жизнь растений. – Т. 1. – М. : Просвещение, 1974. – С. 314-320.

4. Новосельцева А.И., Смирнов Н.А. Справочник по лесным питомникам. - М. : Лесн. пром-сть, 1983. – 280 с.

5. Практикум по агрохимии / под ред. В.Г. Минеева. - М. : МГУ, 1989. – 304 с.

6. Фрейберг И.А., Ермакова М.В., Стеценко С.К. Влияние пестицидов на морфологию и физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной // Лесоведение. – 2004. – № 2. – С. 55-60.

Введение

Основываясь на положении о соединении популяционных групп микроорганизмов в сообщества и об авторегуляции их состава и количества, нами был предложен способ очистки почвы от пестицидного загрязнения с помощью кооперативного действия микроорганизмов, которые вносятся на насыщенной ими лесной подстилке в загрязненную почву лесного питомника. Многолетние опыты по проверке предложенного способа подтвердили его эффективность в годы достаточного увлажнения, близкие по количеству осадков к среднегодовым. Учитывая значение для жизнедеятельности микроорганизмов гидрологических условий, мы считали целесообразным провести сравнительное исследование результатов эффективности предложенного способа очистки почвы от пестицидной токсичности в разные по количеству осадков годы с характеристикой флюктуации основных таксономических групп микроорганизмов.

Цель исследования

Цель работы – установить флюктуацию таксономических групп микробоценоза при колонизации загрязненной пестицидами почвы в разные по гидрологическим условиям годы и эффективность очистки почвы от пестицидного загрязнения почвы кооперативным действием микроорганизмов при внесении их на лесной подстилке.

В задачу входили исследования в зависимости от гидротермических условий года флюктуации крупных таксономических групп микроорганизмов и влияния на деструкцию пестицидов активности микробных сообществ лесной подстилки в зависимости от породного состава насаждений.

Методы исследования

Исследования проводились на основе мелкоделяночных опытов в питомнике с дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой. Плотность пахотного горизонта почвы 1,03 г/см3, рН солевой вытяжки 4,9, содержание гумуса 4,23%, подвижных калия и фосфора 1,6 и 5,2 мг на 100 г почвы соответственно. Таким образом, уровень почвенного плодородия не препятствует выращиванию стандартных сеянцев сосны и соответствует требованию необходимого окультуривания почвы лесных питомников согласно программе «Окультуривание и повышение плодородия почв лесных питомников», одобренной научно-техническим Советом Федеральной службы лесного хозяйства России (Москва, 1993 г.), а также ОСТу 56-93-87.

Однако в связи с тем, что в питомнике более 20 лет использовался широкий набор пестицидов (2,4-Д, далапон, симазин, ТМТД, фундазол, раундап и др.), почва питомника характеризуется высоким загрязнением. Об этом свидетельствует морфологическое состояние сеянцев сосны, которые в основном представлены тератоморфными сеянцами – условно нормальными и аномальными [6].

Опыт состоял их двух повторностей. Первая повторность (посев и выращивание) была приурочена к 2006-2007 гг., вторая – к 2009-2010 гг. Годы проведения опытных работ различались по гидротермическим условиям (рис. 1).

Рисунок 1. Погодные условия вегетационных периодов 2006-2007 гг. и 2009-2010 гг. (данные метеостанции Екатеринбург, Россия, WMO_ID=28440 предоставлены WEB-сайтом «Расписание Погоды», rp5.ru)

Данные на рисунке представлены по месяцам:  - май, - июнь,  - июль, - август.

В опыте исследовалось влияние на флюктуацию микроорганизмов и деструкцию пестицидов внесением их на трех видах подстилки: из насаждений березы (березовая), сосны (сосновая) и смешанного по породному составу насаждения (смешанная). Контролем служили делянки без внесения подстилки. Посев семян, обработка и уход за посевами осуществлялись теми же способами, которые обычно используются в лесных питомниках [4]. Лесная подстилка собиралась весной и вносилась в пахотный горизонт почвы (5-15 см) в количестве 20 кг/м2, что составляет около 10% от веса 15-сантиметрового слоя почвы площадью 1 м2. Сеянцы выращивались два года. В середине сентября их выкапывали, сортировали и оценивали согласно критериям, разработанным для определения фенотипов сеянцев сосны [6]. В опытах по принятым в биологии методикам изучалась активность каталазы [5]. Для оценки результатов опытов служило количество сеянцев нормального фенотипа. Количественный учет микроорганизмов (таксономических групп) выполнялся чашечным методом прямого микроскопического учета.

Результаты и их обсуждение

Действие на деструкцию пестицидов микроорганизмов при внесении подстилки из разных по породному составу насаждений в достаточно обеспеченный осадками год показано в таблице 1. Данные ее свидетельствуют о том, что перенос в почву, загрязненную пестицидами, подстилки с сапрофитами оказывает положительное влияние на сеянцы независимо от состава насаждения.

Таблица 1

Количество 2-летних сеянцев нормального фенотипа и активность каталазы при внесении в почву подстилки из насаждений разного породного состава

В вариантах опыта первой повторности, приведенных в таблице 1, более высокий выход сеянцев нормального фенотипа коррелирует с активностью микробиологического потенциала различных подстилок, что проявляется в активности каталазы, которая коррелирует с численностью почвенных микроорганизмов [2].

Вторая повторность опыта – посев в 2009 г., выполнена по той же схеме, что и предыдущая. Но положительного результата получено не было. О том, что не произошла деструкция пестицидов, свидетельствует отсутствие различия с контролем по выходу сеянцев нормального фенотипа. Полагаем, что причина сохранения пестицидов заключается в неблагоприятной для жизнедеятельности микроорганизмов погоде и, возможно, в связи с этим изменением состава микробоценоза. В период, когда происходит адаптация к новым условиям и активизация жизнедеятельности микроорганизмов, осадков было в 2 раза меньше, чем в 2006 г., что не замедлило сказаться на состоянии микробоценоза, объем которого, судя по активности каталазы, резко меняется и снижается в 2010 г. (табл. 1). О более благоприятных условиях 2006 г. свидетельствует стабильная активность каталазы, которая повышается в течение вегетационного периода и на второй год (табл. 1).

Таблица 2

Соотношение таксономических групп микробоценоза при колонизации почвы, тыс. шт. на 1 г абс. сух. почвы /%

Однако для деструкции пестицидов важно не столько количество микроорганизмов, сколько наличие среди них сапрофитов. О том, как меняется их количество в микробоценозе при флюктуации можно судить по содержанию крупных таксономических групп. Методом прямого учета крупных таксономических групп микроорганизмов были установлены по вариантам опыта соотношения их в исходном микробоценозе и в период адаптации (табл. 2), а также динамика их при колонизации загрязненных почв питомника в разные по увлажнению годы (табл. 3). Как следует из таблицы 2, доминирующей в микробоценозе таксономической группой в течение всего периода адаптации во всех вариантах опыта независимо от влажности года были бактерии, хотя и наблюдалось их сокращение за счет увеличения содержания грибов и микромицетов. Особенно обращает на себя внимание повышение количества грибов в условиях второй повторности опыта. Такая же тенденция наблюдается и в отношении актиномицетов. Это согласуется с литературными источниками о меньшей требовательности к влаге у грибов и актиномицетов [1].

Таблица 3

Динамика таксономических групп микроорганизмов в период их адаптации, тыс. шт. на 1 г абс. сух. почвы /%

Начало колонизации загрязненной пестицидами почвы сопровождалось значительным снижением общего количества микроорганизмов. В основном оно происходило за счет бактерий (табл. 3). Дальнейшая колонизация микроорганизмов в первой повторности опыта, в достаточно благоприятных термодинамических условиях, сопровождалась вполне удовлетворительной адаптацией микроорганизмов, о чем свидетельствует рост микроорганизмов всех таксономических групп при доминировании бактерий. Иначе обстояло дело во второй повторности опыта, в условиях недостаточного увлажнения. Здесь в течение всего периода колонизации-адаптации наблюдается значительное сокращение бактерий (около 30 – 50% от начального). Известно, что семейство бактерий в основном представлено сапрофитами [3].

Таким образом, изменение гидротермических условий влечет за собой сокращение сапрофитов-деструкторов пестицидов, что объясняет неудачные результаты во второй повторности опыта. Следует отметить, что начавшееся сокращение количества микроорганизмов на первом этапе колонизации не затронуло группу грибов. В течение всего периода наблюдается увеличение этой группы микроорганизмов. Данные таблицы 3 свидетельствуют об успешной адаптации микроорганизмов аборигенов в условиях обеспечения влагой агрофитоценоза и замедлении восстановления их количества в сухих условиях.

Выводы

1. Флуктуация микроорганизмов особенно четко проявляется у бактерий, отрицательно реагирующих на снижение влажности среды, и в увеличении численности грибов и актиномицетов в более сухие периоды.

2. Первый этап колонизации сопровождается снижением как общего количества микроорганизмов, так и по отдельным таксономическим группам (особенно это заметно у бактерий). Исключение составляет группа грибов в сухой год.

3. При адаптации в достаточно влажный год количество микроорганизмов при доминировании бактерий полностью восстанавливается и обеспечивает дальнейшее разрушение пестицидов. При неблагоприятных гидрологических условиях снижение составляет 30-50% от первоначального, и соответственно падает.

4. Для разрушения пестицидов возможно использование заселенных микроорганизмами лесных подстилок из разных по породному составу насаждений.

Рецензенты:

Терехов Г.Г., д.с.-х.н., заведующий отделом лесоведения, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», г. Екатеринбург.

Кожевников А.П., д.с.-х.н., доцент, профессор кафедры лесоводства, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», г. Екатеринбург.

Библиографическая ссылка