Файл: Реферат Выпускная магистерская диссертация по теме Формирование микробных сообществ под культурами сосны обыкновенной ( Pinus silvestris L.) в почвогрунтах Бородинского угольного разреза и их участие в процессе почвообразования.doc
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 65
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Рекультивация нарушенных земель
1.2 Характеристика Бородинского угольного разреза
1.3 Роль микроорганизмов в процессах почвообразования. Их влияние на
1.4 Ферментативная активность почв
1.4.1 Ферментативная активность техногенно-поверхностных
образований (ТПО). Характеристика почвенных ферментов
2.2 Методы микробиологического анализа фоновой почвы и почвогрунтов
2.2.1 Микробиологические методы
2.2.2 Определение ферментативной активности
Глава 3. Результаты исследований
3.1. Химическая оценка исследуемых участков почвогрунтов (№16 и №19) и фоновой почвы
3.2 Микробиологические характеристики почвогрунтов и фоновой почвы в 2014 г.
3.3 Микробиологические характеристики почвогрунтов и фоновой почвы в 2015 г.
достав из термостата, добавили 40 мл воды и фильтровали.
В мерной колбе (50 мл) к 10 мл фильтрата добавили 4 мл медного реактива. Для его приготовления 50 г CuSO4*5H2O растворили в воде, и довели до 1 л, затем 25г Na2CO3 25г сегнетовой соли, 20г NaHCO3 200г Na2SO4 растворили в воде, и также довели до 1 л. После смешали данные растворы из расчета 1:25. Кипятили 25 минут на водяной бане. После охлаждения (водопроводной водой) добавляли 2 мл 0,2 м Na2HPO4 и 5 мл молибденового раствора. Для его приготовления необходимо 200мл H2SO4 расторить в 800 мл воды, затем смешать с 5% раствором молибдата аммония. После, все энергично взбалтывали, через час добавляли воды до 50 мл и колориметрировали в кювете на 1см при 620 нм.
Определение уреазы. Методы определения уреазы в почве основаны на учете количества аммиака или углекислого газа, образующихся при гидролизе мочевины, или количества негидролизованной части субстрата.
В конические колбы помещали 5 г почвы (2 г подстилки), 10 мл 10% мочевины и 15 мл фосфатного буфера. Для приготовления фосфатного буфера смешали Na2HPO4 – 810 мл и KH2PO4 - 900 мл. Затем компостировали сутки при 380°С. После добавили 15 мл 1н.KCI в каждую колбу (1н.KCI-74,55 г KCI на 1л воды). Отфильтровали в стакан. К оставшейся почве в колбах прилили 10 мл воды и, далее, завершали декантацией в те же стаканы. После из стаканов взяли аликвоту 2 мл фильтрата (для подстилок – 1мл) и поместили в мерные колбы на 50 мл. Добавили в них сегнетовой соли на кончике, воды (15-20 мл) и реактив Несслера 2 мл. Потом довели водой до метки.
Колориметрировали в кювете на 1см при длине волны 440 нм [76].
Согласно полученным данным [69], агрохимические показатели «рядов» и «междурядий» технозема имеют ряд различий (рис. 5, 6). Несмотря на то, что в целом участки литостратов имеют слабощелочную реакцию среды (рН=7,8), различия по актуальной кислотности (по профилю 0-10 см) между рядами и междурядьями достигают 0,3 единицы.
[Изъята 1 страница]
Микробиологические анализы почвогрунтов показали различия в активности эколого-трофических групп микроорганизмов на протяжении двух вегетационных сезонов.
Результаты микробиологических исследований в течение вегетационного периода 2014 г. показали, что численность таксономических и экологотрофических групп была выше в сентябре.
[Изъято 2 страницы]
Таким образом, в вегетационный период 2014 г. был отмечен рост всех эколого-трофических групп микроорганизмов с июля по сентябрь. Следует отметить, что микромицетов было больше также в сентябре, за счет их активного роста на литострате №19 (427,7 тыс. КОЕ / г почвы). В целом, процессы микробной минерализации органики были достаточно высоки, что подтверждается коэффициентами минерализации и олиготрофности.
Результаты микробиологических исследований в течение вегетационного периода 2015 г. показали, что численность таксономических и экологотрофических групп микроорганизмов была наиболее высокой в июле.
Формирование грибной биоты, как по участкам, так и по месяцам было неравномерным (рис.9).
Так, в среднем, в 2014 году гидролитиков было 2,03 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 3,29 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 1,92 млн КОЕ / г почвы). Однако в 2015 году показатели численности ЭТГМ в целом снижаются, в 2 - 2,5 раза: гидролитиков стало 1,38 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 1,33 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 1,42 млн КОЕ / г почвы, соответственно.
[Изъято 2 страницы]
В 2015 году наибольшей численностью выделялся участок №16 «междурядье», в котором численность микроорганизмов была следующей: гидролитиков – 1,81 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 2,11 млн КОЕ / г почвы, олиготрофлв – 1,92 млн КОЕ / г почвы, а в 2014 году численность микробных групп была сравнительно меньше: гидролитиков – 1,21 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 1,68 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 0,64 млн КОЕ / г почвы.
В 2014 году в ризосфере сосны («ряд») участка №19 численность всех эколого-трофических групп была выше (гидролитиков – 0,95, копиотрофов – 1,88, олиготрофов – 1,37 млн КОЕ / г почвы), чем в «междурядье» (гидролитиков – 0,64, копиотрофов – 0,41, олиготрофов – 0,54 млн КОЕ / г почвы).
В 2015 году зафиксирована похожая с 2014 г. динамика численности
, в травостое («междурядье»): гидролитиков – 1,02, копиотрофов – 0,99, олиготрофов – 0,28 млн КОЕ / г почвы; в ризосфере сосны («ряд)»: гидролитиков – 0,95, копиотрофов – 1,22, олиготрофов – 0,72 млн КОЕ / г почвы.
В целом общая микробная численность на исследуемых участках (№16 и №19) в течение двух вегетационных сезонов оставалась практически одинаковой: в 2014 году - 3,3, в 2015 году - 3,5 млн КОЕ / г почвы.
3.4 Дыхательная активность почвогрунтов и фоновой почвы в 2015 г.
Важнейшим эколого-физиологическим показателем состояния микробоценоза, отражающим степень его активности и устойчивости, являются респирометрические показатели: скорость базального (реального) дыхания (БД) и микробная биомассой (БМ). Значения биомассы и скорость базального дыхания микроорганизмов в июле существенно превышали таковые в сентябре в 1,5 – 2 раза, как в контрольной почве, так и в литостратах (рис. 13). Это связано, как с влиянием экологических факторов (температурой, рН, влажностью почвогрунтов), так и с наличием субстрата для микробов. Значения БМ положительно коррелируют с общей численностью ЭТГМ (в июле r=0,47, в сентябре r=0,68). В июле в почве контрольного участка зафиксировано наиболее высокое значение МБ – 1091 мг С / г почвы. [Изъято рисунок 13, 14]
Показателем устойчивости микробного сообщества почвы может служить отношение скорости дыхания микроорганизмов к их биомассе, оно получило название микробного метаболического коэффициента [75]. Теоретически предполагается, что чем ниже величина отношения дыхания сообщества к его биомассе, тем устойчивее данная экосистема. Величина метаболического коэффициента должна быть выше в молодых или нарушенных экосистемах, чем в старых или стабильных экосистемах.
Использование метаболического коэффициента в экологических исследованиях довольно перспективно, так как это: 1) показатель физиологического статуса микробного сообщества; 2) легкоизмеряемый биоиндикатор, который чувствителен к нарушениям в почве; и предположительно, 3) по величине этого параметра можно количественно оценить, какова продолжительность и «глубина» нарушений в экосистеме [75].
Состояние микробных сообществ в обоих литостратах считается неустойчивым, экофизиологический статус их нарушен и находится на стадии восстановления.
Все биологические процессы, связанные с превращением веществ и энергии в почве, осуществляются с помощью ферментов. Ферментативная активность почвогрунтов отличалась от таковой фоновой почвы (табл.2) (см.
Приложение Б).
[Изъята таблица 2]
Активность инвертазы в литостратах в 2015 г. (табл.2) была в 1,5-1,7 раз выше, чем в фоновой почве. В 2012 г. активность данного фермента была выше в фоновой почве, чем в литостратах в 1,3 раза. Известно, что в течение вегетации активность инвертазы в почве повышается в период активного роста растений и при распаде корневых и растительных остатков, что служит питательным субстратом для всех микробных групп. Полагают, что активность этого фермента коррелирует с содержанием в почве подвижного гумуса. Очевидно, что в формирующихся почвогрунтах степень активности данного фермента выше, чем в уже сформированных почвах, и связана с особенностями почвообразовательных процессов [76].
Оксидоредуктазы (полифенолоксидазы и пероксидазы) в почвах играют важную роль в процессах гумусообразования.
Наибольшая активность полифенолоксидазы в 2012 г. была зарегистрирована на участке №19 (0,45 мг бензохинона/ 1 г почвы), но к 2015 г. показатель снизился в 2,5 раза, - 0,18 мг бензохинона/ 1 г почвы. В 2015 г. самый высокий показатель активности ПФО был зафиксирован в фоновой почве (контроль), - 0,34 мг бензохинона/ 1 г почвы.
Наименьший показатель активности пероксидазы в 2012 г. был в фоновой почве, - 0,05 мг бензохинона/ 1 г почвы. Однако, к 2015 г. показатель увеличился в 7,6 раз (0,38 мг бензохинона/ 1 г почвы). На литостратах №16 и №19 активность пероксидазы оставалась постоянной с 2012 (0,25 и 0,27 мг бензохинона/ 1 г почвы) к 2015 гг.(0,25 и 0,29 мг бензохинона/ 1 г почвы), соответственно.
По соотношению ПФО и ПО определяют процент накопления гумуса в почве. В 2012 году в контроле (3,32 %) коэффициент гумификации был значительно выше, чем на литостратах, но к 2015 г. снизился в 1,7 раза. В 2015 году наибольшее значение коэффициента гумификации было в контрольной (серой лесной) почве (0,91%). В литостратах данный показатель был ниже, что указывает на более медленное гумусонакопление (табл. 2).
В мерной колбе (50 мл) к 10 мл фильтрата добавили 4 мл медного реактива. Для его приготовления 50 г CuSO4*5H2O растворили в воде, и довели до 1 л, затем 25г Na2CO3 25г сегнетовой соли, 20г NaHCO3 200г Na2SO4 растворили в воде, и также довели до 1 л. После смешали данные растворы из расчета 1:25. Кипятили 25 минут на водяной бане. После охлаждения (водопроводной водой) добавляли 2 мл 0,2 м Na2HPO4 и 5 мл молибденового раствора. Для его приготовления необходимо 200мл H2SO4 расторить в 800 мл воды, затем смешать с 5% раствором молибдата аммония. После, все энергично взбалтывали, через час добавляли воды до 50 мл и колориметрировали в кювете на 1см при 620 нм.
Определение уреазы. Методы определения уреазы в почве основаны на учете количества аммиака или углекислого газа, образующихся при гидролизе мочевины, или количества негидролизованной части субстрата.
В конические колбы помещали 5 г почвы (2 г подстилки), 10 мл 10% мочевины и 15 мл фосфатного буфера. Для приготовления фосфатного буфера смешали Na2HPO4 – 810 мл и KH2PO4 - 900 мл. Затем компостировали сутки при 380°С. После добавили 15 мл 1н.KCI в каждую колбу (1н.KCI-74,55 г KCI на 1л воды). Отфильтровали в стакан. К оставшейся почве в колбах прилили 10 мл воды и, далее, завершали декантацией в те же стаканы. После из стаканов взяли аликвоту 2 мл фильтрата (для подстилок – 1мл) и поместили в мерные колбы на 50 мл. Добавили в них сегнетовой соли на кончике, воды (15-20 мл) и реактив Несслера 2 мл. Потом довели водой до метки.
Колориметрировали в кювете на 1см при длине волны 440 нм [76].
Глава 3. Результаты исследований
3.1. Химическая оценка исследуемых участков почвогрунтов (№16 и №19) и фоновой почвы
Согласно полученным данным [69], агрохимические показатели «рядов» и «междурядий» технозема имеют ряд различий (рис. 5, 6). Несмотря на то, что в целом участки литостратов имеют слабощелочную реакцию среды (рН=7,8), различия по актуальной кислотности (по профилю 0-10 см) между рядами и междурядьями достигают 0,3 единицы.
[Изъята 1 страница]
3.2 Микробиологические характеристики почвогрунтов и фоновой почвы в 2014 г.
Микробиологические анализы почвогрунтов показали различия в активности эколого-трофических групп микроорганизмов на протяжении двух вегетационных сезонов.
Результаты микробиологических исследований в течение вегетационного периода 2014 г. показали, что численность таксономических и экологотрофических групп была выше в сентябре.
[Изъято 2 страницы]
Таким образом, в вегетационный период 2014 г. был отмечен рост всех эколого-трофических групп микроорганизмов с июля по сентябрь. Следует отметить, что микромицетов было больше также в сентябре, за счет их активного роста на литострате №19 (427,7 тыс. КОЕ / г почвы). В целом, процессы микробной минерализации органики были достаточно высоки, что подтверждается коэффициентами минерализации и олиготрофности.
3.3 Микробиологические характеристики почвогрунтов и фоновой почвы в 2015 г.
Результаты микробиологических исследований в течение вегетационного периода 2015 г. показали, что численность таксономических и экологотрофических групп микроорганизмов была наиболее высокой в июле.
Формирование грибной биоты, как по участкам, так и по месяцам было неравномерным (рис.9).
Так, в среднем, в 2014 году гидролитиков было 2,03 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 3,29 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 1,92 млн КОЕ / г почвы). Однако в 2015 году показатели численности ЭТГМ в целом снижаются, в 2 - 2,5 раза: гидролитиков стало 1,38 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 1,33 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 1,42 млн КОЕ / г почвы, соответственно.
[Изъято 2 страницы]
В 2015 году наибольшей численностью выделялся участок №16 «междурядье», в котором численность микроорганизмов была следующей: гидролитиков – 1,81 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 2,11 млн КОЕ / г почвы, олиготрофлв – 1,92 млн КОЕ / г почвы, а в 2014 году численность микробных групп была сравнительно меньше: гидролитиков – 1,21 млн КОЕ / г почвы, копиотрофов – 1,68 млн КОЕ / г почвы, олиготрофов – 0,64 млн КОЕ / г почвы.
В 2014 году в ризосфере сосны («ряд») участка №19 численность всех эколого-трофических групп была выше (гидролитиков – 0,95, копиотрофов – 1,88, олиготрофов – 1,37 млн КОЕ / г почвы), чем в «междурядье» (гидролитиков – 0,64, копиотрофов – 0,41, олиготрофов – 0,54 млн КОЕ / г почвы).
В 2015 году зафиксирована похожая с 2014 г. динамика численности
, в травостое («междурядье»): гидролитиков – 1,02, копиотрофов – 0,99, олиготрофов – 0,28 млн КОЕ / г почвы; в ризосфере сосны («ряд)»: гидролитиков – 0,95, копиотрофов – 1,22, олиготрофов – 0,72 млн КОЕ / г почвы.
В целом общая микробная численность на исследуемых участках (№16 и №19) в течение двух вегетационных сезонов оставалась практически одинаковой: в 2014 году - 3,3, в 2015 году - 3,5 млн КОЕ / г почвы.
3.4 Дыхательная активность почвогрунтов и фоновой почвы в 2015 г.
Важнейшим эколого-физиологическим показателем состояния микробоценоза, отражающим степень его активности и устойчивости, являются респирометрические показатели: скорость базального (реального) дыхания (БД) и микробная биомассой (БМ). Значения биомассы и скорость базального дыхания микроорганизмов в июле существенно превышали таковые в сентябре в 1,5 – 2 раза, как в контрольной почве, так и в литостратах (рис. 13). Это связано, как с влиянием экологических факторов (температурой, рН, влажностью почвогрунтов), так и с наличием субстрата для микробов. Значения БМ положительно коррелируют с общей численностью ЭТГМ (в июле r=0,47, в сентябре r=0,68). В июле в почве контрольного участка зафиксировано наиболее высокое значение МБ – 1091 мг С / г почвы. [Изъято рисунок 13, 14]
Показателем устойчивости микробного сообщества почвы может служить отношение скорости дыхания микроорганизмов к их биомассе, оно получило название микробного метаболического коэффициента [75]. Теоретически предполагается, что чем ниже величина отношения дыхания сообщества к его биомассе, тем устойчивее данная экосистема. Величина метаболического коэффициента должна быть выше в молодых или нарушенных экосистемах, чем в старых или стабильных экосистемах.
Использование метаболического коэффициента в экологических исследованиях довольно перспективно, так как это: 1) показатель физиологического статуса микробного сообщества; 2) легкоизмеряемый биоиндикатор, который чувствителен к нарушениям в почве; и предположительно, 3) по величине этого параметра можно количественно оценить, какова продолжительность и «глубина» нарушений в экосистеме [75].
Состояние микробных сообществ в обоих литостратах считается неустойчивым, экофизиологический статус их нарушен и находится на стадии восстановления.
3.5 Ферментативная активность почвогрунтов и фоновой почвы
Все биологические процессы, связанные с превращением веществ и энергии в почве, осуществляются с помощью ферментов. Ферментативная активность почвогрунтов отличалась от таковой фоновой почвы (табл.2) (см.
Приложение Б).
[Изъята таблица 2]
Активность инвертазы в литостратах в 2015 г. (табл.2) была в 1,5-1,7 раз выше, чем в фоновой почве. В 2012 г. активность данного фермента была выше в фоновой почве, чем в литостратах в 1,3 раза. Известно, что в течение вегетации активность инвертазы в почве повышается в период активного роста растений и при распаде корневых и растительных остатков, что служит питательным субстратом для всех микробных групп. Полагают, что активность этого фермента коррелирует с содержанием в почве подвижного гумуса. Очевидно, что в формирующихся почвогрунтах степень активности данного фермента выше, чем в уже сформированных почвах, и связана с особенностями почвообразовательных процессов [76].
Оксидоредуктазы (полифенолоксидазы и пероксидазы) в почвах играют важную роль в процессах гумусообразования.
Наибольшая активность полифенолоксидазы в 2012 г. была зарегистрирована на участке №19 (0,45 мг бензохинона/ 1 г почвы), но к 2015 г. показатель снизился в 2,5 раза, - 0,18 мг бензохинона/ 1 г почвы. В 2015 г. самый высокий показатель активности ПФО был зафиксирован в фоновой почве (контроль), - 0,34 мг бензохинона/ 1 г почвы.
Наименьший показатель активности пероксидазы в 2012 г. был в фоновой почве, - 0,05 мг бензохинона/ 1 г почвы. Однако, к 2015 г. показатель увеличился в 7,6 раз (0,38 мг бензохинона/ 1 г почвы). На литостратах №16 и №19 активность пероксидазы оставалась постоянной с 2012 (0,25 и 0,27 мг бензохинона/ 1 г почвы) к 2015 гг.(0,25 и 0,29 мг бензохинона/ 1 г почвы), соответственно.
По соотношению ПФО и ПО определяют процент накопления гумуса в почве. В 2012 году в контроле (3,32 %) коэффициент гумификации был значительно выше, чем на литостратах, но к 2015 г. снизился в 1,7 раза. В 2015 году наибольшее значение коэффициента гумификации было в контрольной (серой лесной) почве (0,91%). В литостратах данный показатель был ниже, что указывает на более медленное гумусонакопление (табл. 2).