АГРОХИМИЯ, 2012, № 8, с. 3-8
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 632.122.1:631.445.41:546.815
БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО В ПОЛЕВОМ ОПЫТЕ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ СВИНЦОМ*
© 2012 г. С.И. Колесников, М.Г. Жаркова, И.В. Кутузова, Е.В. Молчанова, Д.А. Зубков, К.Ш. Казеев
Южный федеральный университет, факультет биологических наук 344006 Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, Россия E-mail: kolesnikov@sfedu.ru
Поступила в редакцию 09.02.2012 г.
Загрязнение свинцом в подавляющем большинстве случаев негативно действовало на биологические свойства чернозема обыкновенного: обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическую активность, показатели прорастания и интенсивности начального роста тест-культуры (редиса). Наибольшее негативное воздействие загрязнения свинцом было зафиксировано через 90 сут после загрязнения. Затем отмечена тенденция к восстановлению биологических показателей, однако даже через 330 сут биологические свойства чернозема не восстановились полностью.
Ключевые слова: загрязнение свинцом, биологические свойства почвы, чернозем обыкновенный, полевой опыт.
ВВЕДЕНИЕ
Большинство исследований влияния химического загрязнения на свойства почв, в том числе свинцом, проводили либо на территориях техногенного загрязнения, либо в условиях лабораторного моделирования. Исследование влияния загрязнения на биологические свойства чернозема обыкновенного в условиях полевого опыта не проводилось.
Цель работы - исследовать влияние загрязнения свинцом на биологические свойства чернозема обыкновенного в полевом опыте.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Полевые опыты были проведены на черноземе обыкновенном (североприазовском) в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону).
* Исследование выполнено в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 гг. (госконтракты 16.740.11.0528, 14.740.11.1029), при финансовой поддержке РФФИ (гранты 07-04-00690-а, 07-04-10132-к, 08-04-10080-к) и государственной поддержке ведущей научной школы (НШ-5316.2010.4).
Мощность гумусового горизонта использованного чернозема - около 80 см, гранулометрический состав тяжело суглинистый, рИНзО 7.7, содержание гумуса - 4.1%, общего азота (по Кьельдалю) - 0.25%, общего фосфора (по Гинзбург с соавт.) - 0.18%, подвижного фосфора (по Мачигину) - 28.8 мг/кг.
Использовали делянки площадью 1 м2 с промежутками между делянками 0.5 м. Повторность трехкратная.
Свинец вносили в почву в разных дозах: 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг РЬ/кг. Использовали оксид свинца (II) - РЬО (загрязнение почвы свинцом происходит преимущественно в форме оксидов [3]).
Фоновое содержание свинца в почве - 15.3 мг РЬ/кг. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) свинца в почве составляет в России 32 мг РЬ/кг [1], ориентировочно-допустимая концентрация (ОДК) - 130 мг РЬ/кг [2]. Так как оксид свинца не растворим в воде, то для равномерного распределения в почве его сначала растирали с небольшим количеством почвы в ступке, затем смешивали с большим объемом почвы, чтобы потом максимально равномерно распределить ее в верхнем слое 0-20 см почвы делянки путем перекапывания.
Дата закладки опытных делянок - 20 августа 2007 г. Через 1 мес. на них была посеяна озимая пшеница сорта Дончанка. Результаты влияния загрязнения почвы свинцом на рост и развитие растений пшеницы представлены в работе [4].
Через 10, 30, 90, 180, 240 и 330 сут после загрязнения отбирали образцы почвы для определения биологических показателей. Определяли обилие бактерий рода Azotobacter, активность ка-талазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическую активность, фитотоксические свойства почв и другие показатели. Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби [5]. Цел-люлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 30 сут [6, 7]. Активность каталазы измеряли по методике Гал-стяна [8], дегидрогеназы - по методике Галстяна в модификации Хазиева [9]. О фитотоксичности почв судили по изменению показателей прорастания семян (всхожести) тест-культуры (редиса) и интенсивности начального роста проростков (длине корней и зеленых проростков) [10]. Семена выращивали при температуре 20°С, показатели фитотоксичности определяли на 5-е сут после прорастания.
На основе наиболее информативных биологических показателей определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы [11], который рассчитывали по следующим показателям: обилию бактерий рода Azotobacter, активности каталазы и дегидрогеназы, всхожести, длине корней и зеленых проростков. Представленный набор показателей дает информативную
картину происходящих в почве биологических процессов и ее экологического состояния.
Для расчета ИПБС величину каждого из указанных выше показателей в контроле (в незагрязненной почве) принимали за 100% и по отношению к ней выражали в % величины всех показателей в остальных вариантах опыта (в загрязненной почве). Затем определяли средние величины из 5 выбранных показателей для каждого варианта опыта. Использованная методика позволяет интегрировать относительные величины разных показателей, абсолютные величины которых не могут быть интегрированы, т. к. имеют разные единицы измерения.
Для проверки полученных данных на достоверность был проведен дисперсионный анализ с последующим определением наименьшей существенной разности (НСР05).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В подавляющем большинстве случаев наблюдали негативное воздействие свинца на биологические свойства чернозема обыкновенного (табл. 1, рисунок).
Загрязнение почвы высокими дозами свинца вызвало снижение активности каталазы до 72% от контроля, дегидрогеназы - вплоть до 40%. В то же время малые дозы свинца снижали активность дегидрогеназы несколько меньше, чем ката-лазы.
Всхожесть редиса снизилась во всех вариантах, максимально - до 63% от контроля (незагрязненной
120
100
80
S 60 ай и
я
40
20 0
10 30 90 180 240 330
□ Фон □ +25 □ +50 □ +100 ■ +250 ■ +500 ■ +1000 ВремЯ'СуТ
Влияние загрязнения свинцом на величину ИПБС в черноземе обыкновенном, % от контроля.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО... 5
Таблица 1. Влияние загрязнения свинцом на биологические свойства чернозема обыкновенного (Ботанический сад ЮФУ)
Срок, сут (дата)
Доза РЬ, мг/кг 10 30 90 180 240 330 нср05
(30.08.07) (21.09.07) (20.11.07) (21.02.08) (20.04.08) (20.07.08)
Активность каталазы, мл О2 на 1 г почвы
Контроль без 8.7 8.4 7.2 6.2 10.8 10.3 0.4
загрязнения
25 8.3 8.5 6.9 6.0 10.5 10.3 0.4
50 7.7 7.6 6.5 5.7 10.3 10.0 0.5
100 7.7 7.3 6.2 5.2 10.3 9.9 0.6
250 7.4 7.0 5.7 5.0 10.2 9.5 0.6
500 7.4 6.7 5.6 4.6 9.9 9.0 0.7
1000 7.8 6.2 5.1 4.4 9.3 9.0 0.7
НСР05 0.7 0.7 0.6 0.5 0.9 0.9
Активность дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г почвы/сут
Контроль без 18.7 21.5 19.6 13.9 16.0 19.0 1.5
загрязнения
25 18.7 24.2 19.0 14.4 12.7 18.9 1.5
50 18.0 21.2 18.0 13.9 13.3 18.5 1.6
100 17.2 21.0 16.4 13.6 11.4 18.2 1.7
250 16.6 18.2 14.0 11.0 10.9 17.4 1.2
500 16.0 17.3 12.3 10.4 10.5 16.8 1.5
1000 15.1 14.3 10.8 5.5 10.1 16.1 1.5
НСР05 2.3 2.6 2.1 1.6 1.6 2.3
Всхожесть семян, %
Контроль без 100 100 100 100 98 100 7
загрязнения
25 96 92 92 90 90 100 7
50 97 91 80 92 85 98 8
100 93 90 79 86 91 95 9
250 95 83 73 80 83 90 7
500 92 82 70 72 77 86 9
1000 93 75 63 66 75 80 9
НСР05 12 11 10 11 11 12
Длина корней проростков, мм
Контроль без 36 38 36 30 46 42 3
загрязнения
25 34 43 40 30 43 41 3
50 36 37 35 28 42 41 3
100 45 37 34 26 38 40 4
250 49 35 32 22 32 37 3
500 33 34 32 19 30 37 3
1000 28 31 30 17 27 35 3
НСР05 5 5 4 3 5 5
Длина проростков, мм
Контроль без 42 53 49 39 56 50 3
загрязнения
25 46 50 50 38 54 48 4
50 45 49 49 38 51 47 4
100 47 48 45 35 46 46 4
Таблица 1 (окончание)
Срок, сут (дата)
Доза Pb, мг/кг 10 30 90 180 240 330 нср05
(30.08.07) (21.09.07) (20.11.07) (21.02.08) (20.04.08) (20.07.08)
250 48 47 44 32 43 42 3
500 41 44 40 30 40 41 4
1000 40 42 38 27 36 37 4
НСР05 6 6 6 4 6 6
Обилие бактерий рода Azotobacter, % обрастания
Контроль без 100 100 99 100 100 100 4
загрязнения 25 96 92 85 95 91 95 5
50 84 87 75 85 88 86 5
100 79 76 64 70 80 78 5
250 79 49 44 66 74 64 5
500 72 36 32 42 61 53 8
1000 69 20 14 22 46 47 6
НСР05 8 6 5 6 7 7
Таблица 2. Коэффициенты корреляции (г) между величинами содержания в почве свинца и исследованных показателей (а = 0.05)
Срок, сут (дата)
Показатель 10 30 90 180 240 330
(30.08.07) (21.09.07) (20.11.07) (21.02.08) (20.04.08) (20.07.08)
Активность каталазы -0.38 -0.85 -0.87 -0.85 -0.95 -0.88
Активность дегидро- -0.91 -0.92 -0.91 -0.99 -0.69 -0.94
геназы
Всхожесть -0.62 -0.89 -0.81 -0.91 -0.83 -0.96
Длина корней проро- -0.50 -0.83 -0.78 -0.91 -0.88 -0.90
стков
Длина проростков -0.65 -0.90 -0.93 -0.93 -0.88 -0.92
Обилие бактерий -0.78 -0.92 -0.90 -0.95 -0.95 -0.88
рода Azotobacter
ИПБС -0.93 -0.94 -0.84 -0.96 -0.89 -0.90
почвы). Длина корней и надземных побегов редиса через 10 сут от момента загрязнения при малых дозах свинца даже увеличилась.
В наибольшей степени уменьшилось обилие бактерий рода Azotobacter - вплоть до 14% от контроля.
Во все сроки была зафиксирована обратная зависимость между содержанием свинца в почве и величиной ИПБС.
Анализ динамики биологических свойств чернозема после загрязнения показал, что наименьшие абсолютные величины биологических показателей в контроле были зафиксированы в основном в феврале (180 сут после загрязнения),
что, очевидно, объясняется низкой температурой почвы в это время года. Наибольшее снижение биологических показателей относительно контроля было зафиксировано через 90 сут от момента загрязнения (рисунок). После этого срока отмечена тенденция к восстановлению биологических показателей, однако даже через 330 сут биологические свойства чернозема не восстановились полностью.
Информативность биологических показателей оценивали по тесноте корреляции между п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.