Методика проведения полевых модельных исследований

Полевые модельные опыты были заложены на территории Ботанического сада ЮФУ (Ростов-на-Дону) на черноземе обыкновенном. Мощность гумусового горизонта чернозема составляет около 80 см, чернозем характеризуется тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, реакция среды (pH) составляет - 7,7, общее содержание гумуса около 4,1%, общий азот (по Кьельдалю) - 0,25%; общий калий (по Берцелиусу) - 2,06%, общий фосфор (по Гинзбург с соавт.) - 0,18%; подвижный фосфор (по Ма-чигину) - 28,8%.

В полевых модельных опытах делянки закладывали согласно общепринятой методике проведения полевого опыта (Методы полевых..., 1967; Доспехов, 1979). Нами были использованы делянки площадью 1м2. Повторность трехкратная. Загрязнение почвы было проведено 15 мая 2014 года. Для изучения динамики изменения биологических свойств образцы почвы отбирали через 3, 30 и 60 суток после внесения антибиотиков. Среднесуточная температура воздуха составила 18-20 °C в начале эксперимента, 22-25 °C к 30 сутки и 27-30 °C к 60 сутки.

Антибиотики (окситетрациклин, тилозин) вносили в почву в виде растворов в концентрации 500 мг/кг почвы. Контролем служили участки, не обработанные антибиотиками. В рамках полевого моделирования изучали влияние антибиотиков на рост и развитие растений. С этой целью для посадки, был выбран горох сорта «Аксайский усатый 7» разновидность -Cirrosut-vulgatum (усатая-обыкновенная). Антибиотики вносили в почву, методом полива, после прорастания семян на 10 сутки. Контролем служили участки засеянные горохом, без внесения антибиотиков. Показатели состояния гороха определяли после сбора в июле 2014 года (на 60 сутки опыта).

Полевой модельный опыт на пашне Ботанического сада ЮФУ

Рис.5. Полевой модельный опыт на пашне Ботанического сада ЮФУ

Лабораторные аналитические методы исследования

Лабораторно-аналитические методы исследования были выполнены на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета с использованием методов распространенных в экологии, биологии и почвоведении (Галстян, 1974, 1978; Хазиев, 1976, 1990; Методы почвенной..., 1991; Казеев и др., 2003; Казеев, Колесников, 2012).

Для оценки экологических последствий загрязнения чернозема изучали биологическую активность по 15 показателям. К.А. Козлов (1962) и Д.С. Орлов с соавторами (1976) определяют биологическую активность почв как интенсивность, протекающих в ней биологических процессов.

Показатели биологической активности почв характеризуются значительным пространственным и временным варьированием, поэтому при их определении требуется большое число повторных наблюдений и качественная статистическая обработка (Звягинцев, 1978).

В рамках нашего исследования, в качестве показателей биологической активности были исследованы: общая численность бактерий, численность бактерий-аммонификаторов, бактерий амилолитиков, бактерий р. Azotobacter и микромицетов; активность ферментов двух классов оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа, пероксидаза, полифенолоксидаза) и гидролаз (фосфатаза, инвертаза), реакция среды (pH), интенсивность выделения СО2 (дыхание почв), ИПБС и др. Модельные опыты выполняли в 3-х-кратной повторности. Аналитические определения биологических свойств почвы выполняли в 3-кратной повторности для изучения микробо-ценоза и в 4-9-ти кратной повторности для изучения биохимических свойств почв.

Комплексное исследование микробиологических свойств чернозема обыкновенного включало определение численности жизнеспособных мик роорганизмов различных эколого-трофических групп методом посева соответствующих разведений (2;3;5) на твердые питательные среды: на мясо-пептоном агаре (МПА) определяли численность аммонифицирующих бактерий, на крахмало-аммиачном агаре (КАА) - численность амилолитических бактерий, на среде Чапека - обилие микромицетов. Методом комочков обрастания на среде Эшби определяли обилие бактерий p.Azotobacter (Кураков, 2001).

Численность микроорганизмов, которые усваивают минеральный азот и выявляются на КАА, указывают на интенсивность процессов минерализации органических веществ и присутствие минеральных форм азота. Микроорганизмы, определяемые на МПА, представляют собой аммонифицирующие микроорганизмы, минерализующие простые и сложные белки с помощью протеолитических ферментов с последующим выделением содержащегося в них азота в форме аммиака. Именно соотношение численности этих двух групп микроорганизмов (КАА/МПА) позволяет судить в той или иной степени об интенсивности минерализационных процессов, происходящих в почве.

Общую численность бактерий определяли методом люминесцентной микроскопии с окрашиванием акридиновым оранжевым.

Для изучения биохимических свойств почвы были использованы следующие методы:

А.Ш. Галстяна (1978) для определения активности каталазы, катализирующей разложение перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Каталаза широко распространена в клетках живых организмов, высокую каталазную активность проявляют также почвы.

А.Ш. Галстяна (1982) для определения активности дегидрогеназы, катализирующей окислительно-восстановительные реакции за счет процессов дегидрирования органических соединений.

Модифицированный колориметрический метод Ф.Х. Хазиева (1982) для определения активности инвертазы, являющейся карбогидразой, которая наиболее активно гидролизирует сахарозу с образованием редуцирующих сахаров - глюкозы и фруктозы. Активность инвертазы четко коррелирует с содержанием гумуса и почвенным плодородием.

А.Ш. Галстяна и Э.А. Арутюнян (1966) для определения активности фосфатазы. Методы определения фосфатазной активности основаны на количественном учете неорганического фосфора или спиртовой части гидролизованного субстрата.

Метод Л.А. Карягиной, Н.А. Михайловой (1986) для определения активности пероксидазы и полифенолоксидазы, которые участвуют в превращении органических соединений в компоненты гумуса.

Интенсивность выделения СО2 измеряли с помощью портативного газоанализатора ПГА-7, в котором углеродсодержащие газы определяются с помощью ИФК-спектоскопии.

Реакцию среды (pH) определяли потенциометрическим методом в почвенной суспензии 1:2,5 (Практикум по почвоведению, 1986).

Одновременно с образцами почв (на 60-е сут.) отбирали и образцы гороха в состоянии полной спелости. Исследования показателей гороха проводили по следующим показателям.

Морфометрические показатели и компоненты структуры урожая:

  • - общая фитомасса, г
  • - общее кол-во стручков, шт
  • - средняя длина стручков, мм
  • - общая масса стручков, г
  • - масса стручков без горошин, г
  • - среднее число горошин в стручках, шт
  • - общая масса горошин, г
  • - масса 100 горошин, г
  • - урожайность, ц/га

Расчет биологической урожайности гороха проводили по формуле:

У= (С*В*А): 10 000, ц/га

где У - биологическая урожайность, ц/га С - количество стручков на 1 м2, В - число зерен в стручках, штук, А - масса 1 000 горошин, г, 10 000 -для перевода урожая в ц/га.

Для выявления общих закономерностей влияния загрязнения антибиотиками на биологическое состояние чернозема обыкновенного был использован интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы. ИПБС определяли с помощью наиболее информативных биологических показателей (Казеев, 1996; Вальков и др., 1999; Казеев, Колесников, 2012). ИПБС рассчитывали по следующим показателям: из микробиологических учитывали численность аммонификаторов, амилолитиков, микромицетов; из биохимических использовали активность ферментов каталазы, дегидрогеназы, инвертазы и фосфатазы.

Для расчета ИПБС чернозема значение каждого из выбранных показателей принимали за 100% (в контрольном, незагрязненном образце почвы) и по отношению к контролю выражали в % значения других показателей (в загрязненной почве). Затем определяли среднее значение выбранных показателей для каждого варианта. Данная методика расчета позволяет объединять относительные значения различных показателей, абсолютные значения которых нельзя суммировать, так как они имеют разные единицы измерений.

Как правило, при расчете ИПБС почв должны использоваться наиболее информативные, а не любые показатели биологической активности. На данный момент, окончательное формирование набора биологических показателей, составляющих ИПБС, требует дальнейшей разработки.

Статистическая обработка результатов исследования

Поскольку биологические свойства почв варьируют в широком диапазоне (Казеев и др., 2003, 2004; Казеев, Колесников, 2012) полученные в работе значения биологических показателей были подвергнуты вариационностатистическому анализу, дисперсионному и корреляционному анализу.

Статистическая обработка результатов исследования проведена с использованием статистического пакета Statistica 10.0. Рассчитаны следующие основные показатели вариационной статистики: среднее ± среднего (М±т), стандартное отклонение (s), коэффициент вариации (CV). При обработке результатов исследования использовали как дисперсионный, так и корреляционный анализы. Чувствительность исследуемого показателя оценивали по степени его снижения в зависимости от концентрации антибиотика, а информативность - по степени корреляции значения показателя и концентрации антибиотика (Дмитриев, 2010).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >