МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика и схема постановки модельного опыта

Для моделирования влияния переувлажнения и оглеения на биологическую активность почв в октябре 2010 года был выбран чернозем обыкновенный карбонатный южно-европейской фации среднемощный малогумусный на желто-бурых лессовидных суглинках. Отбор почвы производился на территории Ботанического сада ЮФУ.

Для постановки эксперимента по изучению переувлажнения и оглеения в условиях лабораторного эксперимента нами были отобраны образцы почвы, массой более 10 кг. Затем образцы высушивались до воздушносухого состояния, размельчались и просеивались с использованием сита с диаметром пор 3 мм. Затем из гомогенного почвенного материала отобрали множественную пробу массой 400 г путем размещения почвы тонким слоем на плоской поверхности и разделения. Для каждой пробы был специально сконструирован пластиковый сосуд (минилизиметр). На дно сосудов были установлены синтетические фильтры и дренаж.

Варианты опыта с застойным режимом размещали в сосудах с глухо закрытыми пробками. Также в сосуды были помещены стеклянные трубки для удаления воздуха. Спуск лизиметрических вод произвели в конце эксперимента.

В образцы почвы с вариантами развития оглеения при застойном водном режима добавляли 1% раствором сахарозы. В качестве легкоразла-гаемого органического вещества, необходимого для инициации развития глеегенных процессов, была использована сахароза, поскольку этот дисахарид встречается в почве в естественных условиях (Flaig, 1971; Орлов и др., 1975). Ранее было выявлено, что простое затопление даже на очень продолжительное время не приводило к развитию оглеения в черноземах (Зайдельман и др., 1998; Казеев и др., 2004). Для развития анаэробных процессов необходимо дополнительное внесение органического субстрата для создания условий кислородного дефицита (Вальков, Уманская, 1982).

Образцы почвы в контрольном варианте опыта на фоне застойного водного режима заливали водой.

Из литературных данных известно, что для растений 50-60 % увлажнение от полной влагоемкости - оптимальное, 60 % увлажнения мы использовали в своем опыте в качестве контроля.

Схема опыта по моделированию переувлажнения и оглеения 2010-2011 год:

  • - Чернозем обыкновенный: оптимальное увлажнение (60% от полной вла-гоемкости) — контрольный вариант;
  • - Чернозем обыкновенный: затопление (160%);
  • - Чернозем обыкновенный: оптимальное увлажнение + 1 % раствор сахарозы;
  • - Чернозем обыкновенный: затопление + 1 %> раствор сахарозы.

Контролем служил чернозем с оптимальным увлажнением (60%). Параллельно были смоделированы варианты с затоплением и оптимальным увлажнением с добавлением 1 % раствора сахарозы.

После успешного проведения серии экспериментов в 2010-2011 годах, авторами была предпринята попытка повторного моделирования переувлажнения и глеевого процесса с введением некоторых корректировок в водном режиме и анализируемых показателях с добавлением коричневой почвы в качестве объекта исследования.

Для этого в июне 2015 года в качестве объекта исследования были отобраны чернозем обыкновенный (Ботанический сад ЮФУ, г. Ростов-на-Дону) и коричневая почва (СОЛ «Лиманчик» ЮФУ, Краснодарский край).

Для постановки эксперимента по изучению переувлажнения и оглеения в условиях лабораторного эксперимента нами были отобраны образцы почвы, массой более 10 кг. Затем образцы высушивались до воздушносухого состояния, размельчались и просеивались с использованием сита с диаметром пор 3 мм. Затем из гомогенного почвенного материала отобрали множественную пробу массой 400 г путем размещения почвы тонким слоем на плоской поверхности и разделения. Для каждой пробы был специально сконструирован пластиковый сосуд (минилизиметр). На дно сосудов были установлены синтетические фильтры и дренаж.

Сброс лизиметрических вод в вариантах опыта с застойнопромывным водным режимом производили один раз в неделю через отверстие в нижней части минилизиметра. После сброса лизиметрических вод образцы оставляли на 1 сутки для высушивания. После аэрации образцы снова заливали раствором. Варианты опыта с застойным режимом размещали в сосудах с глухо закрытыми пробками. Также в сосуды были помещены стеклянные трубки для удаления воздуха. Сброс лизиметрических вод на фоне застойного режима провели в конце эксперимента.

В варианты почвы с моделированием глеегенных процессов при застойно-промывном и застойном водном режимах добавляли 1% раствор сахарозы. Образцы почвы в контрольном варианте опыта на фоне застойнопромывного и застойного водного режима заливали водой.

В исследуемых почвах, инкубируемых на фоне застойно-промывного и застойного водного режима, измеряли окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) в почвенном растворе и при сбросе в лизиметрических водах. Если подъем ОВП был выше 250 мВ, то вновь добавлялась сухая сахароза для поддержания 1 % концентрации раствора.

Схема опыта по моделированию переувлажнения и оглеения 2015 год

  • 1. Чернозем обыкновенный: оптимальное увлажнение (60% от полной влагоемкости) - контрольный вариант;
  • 2. Чернозем обыкновенный: застойный режим (160°% затопление);
  • 3. Чернозем обыкновенный: застойно-промывной режим;
  • 4. Чернозем обыкновенный: застойный режим + 1 % раствор сахарозы;
  • 5. Чернозем обыкновенный: застойно-промывной режим + 1% раствор сахарозы;
  • 6. Коричневая почва: оптимальное увлажнение (60°/о от полной влагоемкости) - контрольный вариант;
  • 7. Коричневая почва: застойный режим (160°/о затопление);
  • 8. Коричневая почва: застойно-промывной режим;
  • 9. Коричневая почва: застойный режим + 1 % раствор сахарозы;
  • 10. Коричневая почва: застойно-промывной режим + 1 % раствор сахарозы.

Контролем служили чернозем и коричневая почва с оптимальным увлажнением (60%). Параллельно были смоделированы варианты при застойно-промывном и застойном режиме без добавления субстрата.

Методы определения физико-химических и биологических свойств почв

Используемые в настоящей работе аналитические данные были получены с помощью разработанной и апробированной методологии исследования биологической активности почв (Казеев и др., 2003, 2004, 2006) с использованием общепринятых в биологии, экологии и почвоведении методов (Галстян, 1974, 1978; Практикум по агрохимии, 1989; Хазиев, 1990; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Казеев и др., 2003).

Численность бактерий, актиномицетов и микроскопических грибов учитывали методом посева почвенной суспензии на плотные питательные среды. Использовали свежие образцы почв. На МПА (мясо-пептонный агар) выделяли бактерии, использующие органический азот, на КАА (крахмало-аммиачный агар) — бактерии, использующие минеральный азот (бактерии-нитрификаторы), и актиномицеты. Численность грибов и сахаролитических бактерий учитывали на кислой среде Чапека. Все данные представлены в пересчете на массу воздушно-сухой почвы. Повторность 3-х кратная.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, редокс-потенциал, Eh) надпочвенного раствора и лизиметрических вод определяли потенциометрически с использованием ОВП-метра Hanna.

pH почвы определяли в почвенной суспензии (почва / вода в соотношении 1/2,5) потенциометрически на иономере (Казеев и др., 2003). Количество легкорастворимых солей определяли кондуктометрическим методом. Концентрацию оксида железа (II) определяли фотометрическим методом с использованием фенантралина. Валовое содержание оксидов металлов и неметаллов определяли рентгенфлуоресцентным методом на приборе «Спектроскан Макс-GV».

Общая численность бактерий, одноклеточных водорослей и длина грибного мицелия определялись люминесцентно-микроскопическим методом на микроскопе Микмед 2, окрашиванием бактерий акридином оранжевым, а грибного мицелия - калькофлуором белым (Казеев и др., 2003). Повторность опыта — 4-6-кратная.

О фитотоксичности почв судили по изменению характеристик прорастания семян и интенсивности роста тест-объекта (Бабьева, Зенова, 1989). В качестве тест-организмов был выбран редис. Повторность опыта — 4-6-кратная.

О ферментативной активности почв судили по активности ферментов разных классов: оксидоредуктаз - каталаза, дегидрогеназа, ферриредуктаза; и гидролаз - 0-фруктофуранозидаза (фосфатаза). Анализ ферментативной активности почв основан на подсчете количества субстрата, переработанного в процессе реакции, или количестве выхода продукта реакции в оптимальных условиях pH среды, температуры, субстрата и почвенной навески.

По рекомендации А.Ш. Галстяна (1978) активность почвенных энзимов определяли при естественной реакции почвенной среды. Повторность опыта 4-6 кратная.

Каталаза (Н2О2:Н2О2 - оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6.) ускоряет реакцию разложения пероксида водорода на воду и молекулярный кислород. Активность каталазы выражают в мл кислорода на 1 г почвы, который выделился за 1 минуту.

Дегидрогеназы (субстрат: НАД-оксидоредуктаза. КФ 1.1.1.; 1.2.1: 1.4.1) катализируют реакции отщепления водорода, т.е. дегидрирования органических веществ, и выполняют роль промежуточных переносчиков водорода. Активность дегидрогеназы выражают в мл трифенилформазана на 10 г почвы за 24 часа.

Фосфатаза (фосфогидролазамоноэфиров ортофосфорной кислоты. КФ 3.1.3.1-2) производит гидролиз разнообразных фосфорорганических соединений по фосфоэфирным связям. Измеряется в мг фенолфталеина на 1 г почвы, выделившийся за 1 час.

Ферриредуктаза (НАД(Ф) Ч Н2: Fe2O3 - оксидоредуктаза. КФ 1.6.99) использует кислород окиси железа в качестве конечного акцептора электронов в цепи окислительно-восстановительных реакций в почве, при ее участии окись железа восстанавливается в закисную форму. Активность ферриредуктазы выражают в мг восстановленного железа на 100 г почвы за 48 часов.

Содержание гумуса определяли по его окисляемости хромовой смесью (метод Тюрина в модификации Никитина, 1972).

Определение нитратов в почвенной вытяжке проводили ионометрическим методом.

Для исследования биологической активности и экологобиологического состояния почв не всегда достаточно рассмотрение одного показателя, так как каждый показатель отражает лишь одну сторону биологических процессов, протекающих в почве. Именно поэтому целесообразно применять комплекс биологических показателей.

Именно для того, чтобы объединить изучаемые показатели была разработана и применена методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС) (Казеев, 2003, 2004). С помощью данной методики представляется возможным оценить весь комплекс биологических свойств изучаемой почвы.

Для того чтобы изучить эколого-биологическое состояние почвы в комплексе в выборке показателей находят либо максимальное значение каждого из них, либо контрольный вариант и принимают его за 100 %. Другие же значения этого показателя выражают в процентах по отношению к максимуму или контролю, в зависимости от цели исследования:

Б1 = (Бх/Бшах)х 100, (1)

где Б1 - относительный балл показателя, Бх - фактическое значение показателя, Бтах - максимальное значение показателя.

После этого, суммируются уже относительные значения многих показателей. Их абсолютные значения суммированы быть не могут, так как имеют разные единицы измерения:

Бер. = (Б( + Б2 + Б3 ...+ Bn)/N, (2)

где Бер. - средний балл, рассчитанный по нескольким показателям; N - число показателей.

Далее аналогично формуле (1) рассчитывается интегральный показатель биологического состояния почвы:

ИПБС = (Бер. / Бер. мах) х 100, (3)

где Бер. - средний балл, рассчитанный по нескольким показателям; Бер. мах - максимальный оценочный балл всех показателей.

Биологические свойства почвы характеризуются высокой степенью варьирования. Поэтому для получения достоверных данных обязательна их тщательная статистическая обработка. В настоящем исследовании были проведены корреляционный анализ.

Корреляционный анализ применяли для изучения качества и формы связи между различными показателями эколого-биологического состояния почвы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >