научная статья по теме ПОКАЗАТЕЛИ МИКРОБНОГО ДЫХАНИЯ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ИМПАКТНОЙ ЗОНЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ПОКАЗАТЕЛИ МИКРОБНОГО ДЫХАНИЯ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ИМПАКТНОЙ ЗОНЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 8, с. 984-992

БИОЛОГИЯ ПОЧВ

УДК 631.4

ПОКАЗАТЕЛИ МИКРОБНОГО ДЫХАНИЯ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ИМПАКТНОЙ ЗОНЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

© 2015 г. А. Д. Жукова, Д. М. Хомяков

Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы

e-mail: annazhukojf@gmail.com

Поступила в редакцию 02.07.2014 г.

Определено содержание углерода микробной биомассы и микробное продуцирование CO2 (биологическая составляющая почвенного дыхания) в верхнем слое (0—10 см) почвенного покрова импактной зоны ОАО "Воскресенские минеральные удобрения" — одного из крупнейших предприятий России по производству минеральных удобрений. Приведена детальная описательная статистика и схематичное пространственное распределение биологических показателей. Степень нарушения микробного сообщества объекта исследования изменяется от слабой до средней в используемом интервале градаций. Максимальное значение (0.44) наблюдается на площадке пробоотбора в 4 км от предприятия и в 0.5 км от объекта складирования отходов (фосфогипса). При равном удалении от предприятия на аг-родерново-подзолистых почвах зафиксировано достоверно меньшее содержание углерода микробной биомассы и ее удельного дыхания, чем на аллювиальных. Влияние потенциальных почвенных поллютантов (фтора, серы, кадмия, стабильного стронция) на характеристики состояния микробного сообщества почвы описывается достоверными регрессионными уравнениями.

Ключевые слова: экология импактных регионов, загрязнение почвы, дыхание почвы, микробная биомасса, стабильный стронций, тяжелые металлы, сера, фтор, С^ашс ЛЪе1иу18ок (ЛЪгирис), 01еу1с Ни^ок (БиМс).

Б01: 10.7868/80032180X15080122

ВВЕДЕНИЕ

Биологические показатели состояния почв используются для решения фундаментальных и прикладных проблем почвоведения и экологии. В последние годы в научной литературе наблюдается повышенный интерес к разработке новых и совершенствованию уже существующих методологических подходов к оценке биологического состояния почв [1, 6, 8, 24]. Кроме того, создаются математические модели, отражающие зависимость биологических показателей от химического состава почвы, меняющегося под влиянием различных антропогенных факторов [4, 18, 20]. Пристального внимания заслуживает изучение баланса микробного углерода в экосистемах, подверженных сильному антропогенному стрессу, в том числе находящихся в импактной зоне предприятий по производству минеральных удобрений [11, 27].

Биологическая активность почвы значимо зависит от типа почвы, ее физико-химических характеристик, вида растительности и степени окультуренности (для почв сельскохозяйственных угодий) [19, 23, 25]. Физико-химические особен-

ности естественных дерново-подзолистых почв (кислая реакция среды, низкая гумусированность и слабая оструктуренность гумусово-аккумуля-тивного горизонта) обусловливают невысокий уровень их биологической активности. Ввод дерново-подзолистых почв в культуру с применением комплекса агротехнических мероприятий (известкования, удобрения и др.) резко меняет условия существования микроорганизмов, вследствие чего происходит модификация количественного и качественного состава микробоценоза, усиливаются биохимические процессы, в том числе интенсивность почвенного дыхания [15].

Интенсивность дыхания относится к лабильным признакам, но в то же время она тесно связана с суммарной биологической активностью. По мнению ряда ученых, интенсивность почвенного дыхания — информативный показатель изменения скоростей процессов в сезонной динамике при изменении метеорологических условий, а также при загрязнении почв и др. [9, 13].

Различные показатели почвенного дыхания включены в государственные программы почвен-

ного мониторинга в Германии [26]. Лабораторные методы для определения субстрат-индуцирован-ного дыхания (СИД) стандартизированы 180 14240-1, а методы для определения базально-го дыхания (БД) и микробного метаболического коэффициента (ОЯ) — 180^18 16072 в 2002 г. Пороговые значения микробного метаболического коэффициента для пахотных почв различного гранулометрического состава установлены для части Германии (Нижняя Саксония) и на всей территории Швейцарии.

Содержание углерода микробной биомассы (С мик) - составная часть и индикатор состояния почвенного органического углерода. Этот показатель чувствителен к системам землепользования и уровню ведения сельского хозяйства. Отношение С мик/С орг — важный показатель качества органического вещества. В ряде случаев он может служить индикатором доступности органического углерода для почвенных микроорганизмов: чем выше его значение, тем больше органического вещества закрепляется в микробной биомассе. В отличие от показателя абсолютного содержания углерода микробной биомассы относительный показатель С мик/С орг отражает, прежде всего, доступность почвенного органического углерода для микроорганизмов и степень его поглощения ими. Отношение С мик/С орг целесообразно использовать для сравнения степеней доступности микроорганизмам органического углерода почв с разной степенью гумуси-рованности.

Удельная скорость дыхания микробной биомассы (^С02) рассчитывается как отношение скорости базального дыхания к содержанию С мик и является важным индикатором эффективности использования субстрата.

Некоторые исследователи рассчитывают относительный коэффициент микробного дыхания, также называемый метаболическим коэффициентом или показателем стресса ОЯ, как отношение величины БД к СИД. Показатель ОЯ — безразмерная величина. Его физический смысл аналогичен сути показателя ^С02. Использование ОЯ вместо ^С02 уменьшает методологическую погрешность, так как в этом случае не требуется дополнительного расчета С мик. Расчет С мик может проводиться разными методами, среди которых в настоящее время трудно выделить один наиболее предпочтительный [28].

В рамках данного исследования принимаем гипотезу, что значения ОЯ могут быть ранжированы для оценки устойчивости почв к техногенным воздействиям (табл. 1). Чем ниже значения ОЯ, тем меньше выявляется нарушений в качественном и количественном составе почвенной биоты. Оптимальные значения ОЯ находятся в пределах от 0.1 до 0.2 (0.3).

Таблица 1. Коэффициент микробного дыхания и степень нарушения устойчивости микробного сообщества [3]

Коэффициента микр об-ного дыхания ОЯ Степень нарушения устойчивости микробного сообщества почвы

0.1—0.2 Отсутствует

0.2—0.3 Слабая

0.3—0.5 Средняя

0.5—1.0 Сильная

>1.0 Катастрофическая

Влияние времени года (срока отбора образцов) на величину СИД значительно меньше других возможных методических погрешностей [2]. В рамках проведенного исследования этот фактор не будет учитываться при дальнейшем анализе многолетних данных, полученных на территории региона. Летом и в начале осени значения СИД почвы максимальны, что уменьшает абсолютную погрешность метода, поэтому эти сезоны считаются наиболее благоприятными для отбора образцов.

Цель работы — оценить изменение микробной эмиссии С02 ("дыхания почвы") и ряда других показателей, характеризующих состояние микробной биомассы, в разных типах почв по градиенту удаления от предприятия, производящего сложные минеральные удобрения. Исследование включало следующие задачи: установить закономерности статистического и пространственного распределения содержания органического углерода, базального и субстрат-индуцированного дыхания, рассчитать относительное и абсолютное содержание углерода микробной биомассы, удельное дыхание микробной биомассы и коэффициент микробного дыхания (показатель стресса); выявить зависимость между содержанием потенциальных поллютантов в почве и показателями состояния микробной биомассы; оценить целесообразность использования характеристик состояния микробной биомассы как интегрального показателя уровня техногенного воздействия на почвенный покров.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследование проводили на импактной территории предприятия химического производства, которое входит в четверку крупнейших российских предприятий, выпускающих минеральные удобрения, кормовые добавки, фосфорную и серную кислоту. В настоящее время химический завод располагает мощностями по производству 700— 800 тыс. т аммонийно-фосфорных удобрений, 150—250 тыс. т аммиака, 250—350 тыс. т фосфорной кислоты и 1000—1100 тыс. т серной кислоты в год.

Рис. 1. Схема территории пробоотбора. Промышленные объекты: 1 — завод по производству минеральных удобрений, 2 — полигон 1, 3 — полигон 2, 4 — цементный завод. Трансекты пробоотбора, почвы (здесь и далее): А — северо-восточная, дерново-подзолистые, Б — восточная, дерново-подзолистые, В — юго-восточная, аллювиальные, Г — юго-восточная, агродер-ново-подзолистые, Д — юго-западная, агродерново-подзолистые, Е — северо-западная, агродерново-под-золистые, Ж — северо-западная, аллювиальные.

Сырьем для производства фосфорсодержащих удобрений является апатитовый концентрат хибинских месторождений Кольского полуострова. По оценкам экспертов [14], такое производство может оказывать негативное воздействие на объекты окружающей природной среды. Наибольшую опасность для почв представляют кадмий и фтор, находящиеся в составе фосфогипса, полученного при переработке хибинского апатитового концентрата. Потенциально опасными элементами являются свинец и стабильный стронций. Если в процессе производства допускается рассеивание и выпадение потенциальных загрязнителей на подстилающую поверхность, то это может привести к серьезным нарушениям экологических функций почв в непосредственной близости от предприятия и оказать негативное воздействие на микробное сообщество почвы в радиусе нескольких километров от источника загрязнения.

В соответствии с целями исследования выделили зону импактного загрязнения радиусом 6.5 км. Граница импактной зоны на северо-западе, северо-востоке и востоке проходит вдоль лесного массива, на юго-востоке и юго-западе — по границе сельскохозяйственных угодий.

Дополнительными источниками загрязнения почвенного покрова являются фосфогипсовые

отвалы. На территории исследования находятся два фосфогипсовых отвала: законсервированный объект разм

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Сельское и лесное хозяйство»