В литературе приводится немало данных по темпам естественного почвообразования в разных районах. На создание почвенного слоя мощностью 18 см необходимо 1500–7000 лет, так как процесс почвообразования протекает в разных регионах планеты со скоростью 0,5–2,0 см за 100 лет [1; 4; 5; 8]. Рекультивация техногенных земель ускоряет процесс формирования почв [1; 2].
Одним из способов восстановления техногенных ландшафтов является нанесение на их поверхность микробиологических препаратов. Такой способ приводит к более интенсивному росту и размножению аборигенной микрофлоры в почве и, как следствие, к улучшению агрохимического состава техногенных элювиев и ростовых процессов растений [6; 12; 13; 16].
Как правило, при естественном самозарастании отвалов существенное увеличение количества микроорганизмов отмечено через 5–8 лет, тогда как внесение микроорганизмов способствует значительному возрастанию числа микроорганизмов уже через год [10; 11; 18].
Целью настоящей работы является изучить влияние микроорганизмов, использующих минеральный азот, микроорганизмов, разлагающих силикаты, и микроскопических грибов на биогенность техногенного элювия.
Объекты и методы
Модельный эксперимент заложен на породном отвале «Южный», на техногенных элювиях, лишенных растительности. Возраст отвала 25–30 лет, в 2004 г. проведен комплекс работ по его планировке. Породы отвала представлены песчаником (60%), алевролитами (20%), аргиллитами (15%), суглинками и глинами (5%). Преобладающей фракцией являются крупные агрегаты (от 3 до 10 мм и более), содержание мелких частиц снижено. Исследуемые элювии характеризуются щелочной реакцией (рН 7,8), низкой обеспеченностью подвижными формами фосфора и азота (7 и 1,7 мг/кг соответственно), содержание обменного калия чуть ниже нормы (125 мг/кг). Анализ содержания тяжелых металлов не показал превышение ПДК.
На основе литературных данных [9; 14; 15] для инокуляции породных отвалов были выбраны следующие эколого-трофические группы микроорганизмов – микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, микроорганизмы, разлагающие силикаты, и микроскопические грибы.
Микроорганизмы выделяли из зональных почв на специальных агаризованных средах. Инокулят получали путем наращивания микробной массы в соответствующих жидких питательных средах последовательным пересевом в возрастающие объемы среды. Испытуемые смеси микроорганизмов для инокуляции составляли в равных объемах. Внесение инокулята микроорганизмов проводили дважды за вегетацию.
Микроскопирование полученных инокулятов показало, что микроорганизмы, разрушающие силикаты, представлены в основном бактериями родов Bacillus, Mycobacterium, Pseudomonas. На среде Сабуро преимущественно развивались микроскопические грибы родов Mucor, Penicillium, Aspergillus, Cladosporium, Trichoderma, Dematium. На крахмало-аммиачном агаре выявлено преобладание бактерий родов Actinomyces, Mycobacterium, Streptomices, Streptoverticillium, Nocardia, Micromonospora, Streptosporangium.
Внесение микроорганизмов на пробные площадки проводилось по схеме: ПП 1 – контроль (полив водой); ПП 2 – микроскопические грибы; ПП 3 – микроорганизмы, разлагающие силикаты; ПП 4 – микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; ПП 5 – микроскопические грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты; ПП 6 – микроскопические грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; ПП 7 – микроорганизмы, разлагающие силикаты, + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; ПП 8 – микроорганизмы, разлагающие силикаты, + микроскопические грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота.
Повторность опыта каждой пробной площадки трехкратная. Делянки отдалены друг от друга для исключения влияния неоднородности элювиального субстрата и рельефа местности.
Учет численности микроорганизмов основных эколого-трофических групп проводили три раза за период вегетации методом посева почвенной суспензии на агаризованные среды в трехкратной повторности с каждой пробной площадки: Александрова–Зака (для определения микроорганизмов, разлагающих силикаты), крахмало-аммиачный агар (для определения микроорганизмов, использующих минеральный азот), среду Сабуро (для определения микроскопических грибов). По числу колоний рассчитывали наиболее вероятное количество микроорганизмов в 1 г сухой почвы при уровне достоверности 95% (Р0,95) [7]. Идентификацию микроорганизмов проводили по морфологическим и культуральным признакам [17].
Результаты и их обсуждение
Анализ полученных результатов показал, что инокуляция отвалов эколого-трофическими группами микроорганизмов как отдельно, так и при их совместной комбинации приводит к увеличению их роста в техногенных элювиях. Сравнительная характеристика полученных данных показала, что в динамике численности исследуемых микроорганизмов в элювиях отвала при его инокуляции имеются как сходства, так и различия. В частности, во всех вариантах опыта максимальное количество исследуемых микроорганизмов по сравнению с контролем отмечено после первичной инокуляции. Установлено, что внесение микроорганизмов, использующих минеральный азот, и микроорганизмов, разлагающих силикаты, как по отдельности, так и в комплексе, вызывает максимальный рост этих микроорганизмов в техногенных элювиях. Это указывает на высокую приспособленность данных микроорганизмов к получению питательных субстратов на породных отвалах. После первичной инокуляции содержание микроорганизмов, использующих минеральный азот в элювиях, находится в пределах 25481–48734 тыс. КОЕ/г сухой почвы (рис. 1). При этом максимальные отличия от контроля были отмечены при внесении инокулята микроорганизмов, использующих минеральный азот, и комплекса всех микроорганизмов – выше контроля на 211 и 170% (P < 0,001). Повторное внесение микроорганизмов, использующих минеральный азот, привело к увеличению их численности в техногенном элювии на 96% (P < 0,001) по сравнению с контролем. В остальных вариантах опыта отличия от контроля незначительные.
1 – Контроль; 2 – Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 3 – Грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 4 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты, + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 5 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты, + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота
Рис. 1. Динамика численности микроорганизмов, использующих минеральный азот
Инокуляция породных отвалов микроорганизмами, разлагающими силикаты, как в отдельности, так и в комплексах, приводит к несколько иной динамике их численности в техногенных элювиях. Максимальное количество микроорганизмов, разлагающих силикаты (35785–49560 тыс. КОЕ/ г сухой почвы), наблюдается в конце вегетации (рис. 2). Однако отличия от контроля более существенны после первичной инокуляции в вариантах с внесением микроорганизмов, разлагающих силикаты, как отдельно, так и в комплексе «микроорганизмы, разлагающие силикаты, + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота» (содержание микроорганизмов превышает контроль на 171 и 186% соответственно, P < 0,001). После повторного внесения тех же микроорганизмов отличия от контроля составляли 85 и 90%; в конце вегетации – 39 и 48 %, кроме того, в этот период высокие отличия (61%) отмечены при внесении комплекса «грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты».
1 – Контроль; 2 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты; 3 – Грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты; 4 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты, + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 5 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты, + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота.
Рис. 2. Динамика численности микроорганизмов, разлагающих силикаты, в техногенном элювии
На расселение грибов в почве оказывают большое влияние такие факторы, как физические свойства и химический состав почвы, в особенности степень насыщенности почвы органическими веществами, активная кислотность почвы (рН), температура, влажность, обеспеченность кислородом воздуха и, наконец, произрастающие высшие растения в виде целостного фитоценоза, т.е. растительного покрова почвы. Повышенное количество микроскопических грибов в почве может быть обусловлено поступлением в почву органического вещества и характером растительного покрова почвы, оказывают влияние различные удобрения и другие сельскохозяйственные мероприятия по окультуриванию почвы.
Содержание микроскопических грибов в техногенных элювиях в опытных вариантах изменяется в пределах 10,7–23,6 тыс. КОЕ/г сухой почвы (рис. 3), при этом максимальное количество наблюдается в конце вегетации.
1 – Контроль; 2 – Грибы; 3 – Грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты; 4 – Грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 5 – Микроорганизмы, разлагающие силикаты, + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота.
Рис. 3. Динамика численности микроскопических грибов в техногенном элювии
Максимальные отличия от контроля отмечены после первичной и вторичной инокуляции микроскопическими грибами – на 56 и 28% (P < 0,001). Внесение микроскопических грибов в комбинации с другими микроорганизмами не приводит к существенным изменениям численности грибов по сравнению с контролем.
Таким образом, установлено, что инокуляция поверхности отвалов исследуемыми эколого-трофическими группами микроорганизмов как отдельно, так и при их совместной комбинации приводит к увеличению численности данных групп микроорганизмов в техногенных элювиях. Максимальный эффект отмечен после первичной инокуляции отвалов на основе отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов: в техногенных элювиях возрастает количество микроорганизмов, использующих минеральный азот, на 211%, микроорганизмов, разлагающих силикаты, – на 171%, микроскопических грибов – на 56% (P < 0,001).
Несмотря на широкий видовой состав микроорганизмов каждой эколого-трофической группы, при их культивировании на конкретных специальных средах происходит настройка ферментативных систем к компонентам этих сред. Поэтому при внесении в техногенные элювии микроорганизмы в составе эколого-трофических групп более адаптированы к получению из элювиев малодоступных питательных веществ и, следовательно, более эффективны в повышении биологической активности элювиев по сравнению с отдельными штаммами микроорганизмов.
Рецензенты:Еремеева Н.И., д.б.н., профессор, профессор кафедры зоологии и экологии ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», г. Кемерово;
Куприянов А.Н., д.б.н., профессор, заведующий отделом «Кузбасский ботанический сад» ГБУН «Институт экологии человека», г. Кемерово.
Библиографическая ссылка
Макеева Н.А., Неверова О.А. БИОГЕННОСТЬ ПОРОДНОГО ОТВАЛА ПРИ ВНЕСЕНИИ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23216 (дата обращения: 10.02.2025).