Методы определения физико-химических и биологических свойств почв 70 ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ЮГА РОССИИ ПРИ ПЕРЕУВЛАЖНЕНИИ И ОГЛЕЕНИИ

Моделирование влияния процесса глееобразования на биологические свойства чернозема обыкновенного на фоне застойного режима

Для исследования влияния переувлажнения и оглеения на биологические свойства чернозема обыкновенного в октябре 2010 года был заложен модельный опыт. Исследования эколого-биологических показателей проводили на 100 сутки от начала эксперимента (февраль 2011). Изменения диагностировались по морфологическим показателям (окраска, структура) и контролировались измерением pH, количества солей и карбонатов и содержанием гумуса. Выявлено интенсивное изменение в почве с добавлением стимулятора в виде сахарозы по сравнению с контрольными образцами. Уже через месяц надпочвенный раствор приобрел рыжевато-оранжевую окраску за счет перехода в него гидроокиси железа. К концу опыта появились небольшие сизые пятна на поверхности почвы с застойным водным режимом и добавлением сахарозы. Окраска почвы сдвинулась в сторону холодных оттенков.

При исследовании элементного состава рентгенфлуоресцентным методом на приборе «Спектроскан Макс-GV» были получены следующие результаты. Изменение элементного состава чернозема обыкновенного под влиянием глееобразования в условиях застойного водного режима проявляется весьма незначительно. Происходит уменьшение доли оксида марганца в варианте с затоплением (808 мг/кг) и сочетанным воздействием затопления и сахарозы - (797 мг/кг) по сравнению с контрольным вариантом. В целом существенных систематических изменений валового состава относительно контрольного образца не обнаружено, так как существенного выноса элементов не происходило (табл. 3). Это объясняется закрытостью системы и достижением ей равновесного состояния.

При оглеении наблюдалось незначительное повышение содержания гумуса на 0,3 % по сравнению с контрольным вариантом. Повышение гу-мусированности почв при протекании процессов глееобразования объясняется увеличением активности биологических процессов. Такое незначительное изменение содержания органического вещества возможно связано с методическим аспектом.

Было установлено, что добавление органического субстрата приводит к небольшому сдвигу в реакции среды. pH в контрольном образце почвы составлял 8,2, в варианте с оглеением снизился до 7,7. По литературным источникам известно, что для естественных глеевых горизонтов характерна слабокислая или нейтральная реакция среды.

Таблица 3. Содержание оксидов металлов и неметаллов при моделирова-______________________нии глеевого процесса______________________

Вариант опыта

TiO2 %

МпО мг/кг

Ге2Оз %

СаО %

А12О3 %

SiO2 %

р205 %

К2О %

MgO %

Контроль оптимальное увлажнение

0,8

815,4

4,6

1,8

11,5

66,0

0,1

2,1

1,3

Застойный режим

0,9

807,9

4,7

1,8

11,6

66,4

0,2

2,1

1,3

Оптимальное увлажнение + 1 % сахароза

0,8

840,1

4,6

1,9

11,4

66,0

0,2

2,1

1,3

Застойный режим +

1 % сахароза

0,8

797,4

4,6

1,7

11,5

66,5

0,2

2,1

1,2

Концентрация восстановленного железа в варианте с сочетанным затоплением и добавлением сахарозы достигало 1800 мг/100 г почвы, что в 14 раз превышало концентрацию оксида железа (II) в контрольном образце с концентрацией закиси железа 130 мг/кг. Простое затопление почвы приводило к повышению концентрации FeO до 800 мг, а внесение субстрата без затопления - до 1200 мг. Настолько явное повышение концентрации закиси железа доказывает протекание глеегенных процессов в моделируемых образцах (рис. 6).

Численность аммонифицирующих бактерий значительно увеличилась в сочетанном варианте и составляла 172 млн./г, что в пять раз больше, чем в контрольном варианте.

Численность микромицетов значительно подавлялась в варианте с затоплением и составляла 27 тыс./г. В варианте с сочетанным воздействием количество микроскопических грибов уменьшилось более чем в 40 раз по сравнению с контролем.

Длина грибного мицелия варьировала от 0,014 км/г почвы в контрольном варианте и ингибировалась до 0,008 км/г почвы при оглеении.

Простое затопление практически полностью подавило численность актиномицетов, в свою очередь в варианте с затоплением раствором сахарозы актиномицеты выявлены не были.

мг/100 г

Концентрация FeO в почве при оглеении

2000 -1 1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 -

Концентрация FeO в черноземе обыкновенном при моделировании процесса оглеения

Рис. 6. Концентрация FeO в черноземе обыкновенном при моделировании процесса оглеения

Общая численность бактерий, определенных методом люминесцентной микроскопии, обнаруживала свой максимум в варианте с оглеением и составляла 23 млрд./г почвы. В то время как в контрольном варианте этот показатель составлял 17,1 млрд./г почвы. Добавление субстрата в виде сахарозы на фоне оптимального увлажнения незначительно повышало общую численность бактерий до 17,6 млрд./г. А простое затопление без добавления субстрата произвело угнетающее действие на микрофлору с минимумом численности 10,7 млрд./г почвы.

Микроскопические водоросли незначительно подавлялись сочетанным воздействием с численностью 10,5 тыс./г. В то время как в контрольном варианте этот показатель составлял 11,4 тыс./г почвы.

Обилие азотфиксаторов, амилолитиков и сахаролитиков существенно не изменялось.

Таким образом, основная тенденция связана с выраженным снижением численности и длины мицелия грибов и актиномицетов, с повышением численности бактерий. Можно предположить, что бактерии выступают в виде дублеров засухоустойчивых мицелярных организмов.

При исследовании ферментативной активности удалось установить, что оглеение в значительной мере подавило активность каталазы с минимумом 2,8 мл О2/г/мин в варианте с оглеением, что почти в два раза меньше по сравнению с контрольным вариантом.

Таблица 4. Численность основных групп микроорганизмов при моделиро

вании процессов переувлажнения и оглеения

Вариант опыта

Бактерии, млн./г

Длина грибного мицелия, км/г

Микромицеты, тыс./г

Актиномицеты, тыс./г

Амилолитики, млн./г

Сахаролитики, млн./г

Азотфиксаторы, %

Общая численность бактерий, млрд./г

Водоросли, тыс./г

Контроль оптимальное увлажнение

34

0,014

44

5

0,3

0,2

100

17

11,4

Застойный режим

47

0,013

6

1

0,2

0,3

100

11

11,3

Оптимальное увлажнение + 1 % сахароза

23

0,014

24

3

0,4

0,4

100

18

8,8

Застойный режим + 1 % сахароза

172

0,008

1

0

0,3

0,3

100

23

10,5

Похожая тенденция выявлена и для активности дегидрогеназы. Следует отметить, что в варианте с добавлением сахарозы и оптимальным увлажнением наблюдалась повышенная активность этих ферментов. Для каталазы - 8,1 мл СЬ/г/мин, для дегидрогеназы - 88,8 мг ТТФ/г/24 ч.

При исследовании активности гидролаз была замечена обратная тенденция. Активность фосфатазы увеличивалась и при простом затоплении, и при сочетанном воздействии с максимумом 0,45 мг Р2О5/Г/4. Повышение активности гидролаз связано с обогащением гидроморфных почв органическим веществом.

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.

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

Для того чтобы изучить эколого-биологическое состояние почвы в комплексе в выборке показателей находили контрольный вариант и принимали его за 100 %.

Таблица 5. Ферментативная активность при моделировании процессов пе-

реувлажнения и оглеения

Вариант

Каталаза, мл Оо/г/мин

Дегидрогеназа, мг ТТФ/г/24 ч

Фосфатаза, МГ Р2О5/Г/4

Контроль оптимальное увлажнение

6,7

22,8

0,38

Застойный режим

3,1

24,2

0,41

Оптимальное увлажнение + 1 % сахароза

8,1

88,8

0,37

Застойный режим +

1 % сахароза

2,8

17,6

0,45

При исследовании глеевого процесса было установлено, что максимальная микробиологическая активность наблюдается в варианте с сочетанным воздействием затопления и сахарозы, минимальная - вариант с затоплением без сахарозы.

Максимальная ферментативная активность наблюдается в варианте с сахарозой и оптимальным увлажнением, минимальная - вариант с затоплением (рис.7).

При рассмотрении интегрального показателя биологической активности чернозема при глееобразовании выявлено понижение ферментативной активности при увеличении численности микроорганизмов. Это объясняется тем, что при протекании процесса глееобразования увеличивается количество неспецифической микрофлоры, которая со временем входит в неактивное состояние, соответственно, понижается выработка метаболитов, в том числе и ферментов. Также для оценки ИПБС были выбраны два фермента из класса оксидоредуктаз, которые значительно подавляются при воздействии переувлажнения и, таким образом, вносят вклад в понижение ферментативного интегрального показателя на фоне повышения микробиологического, который был охвачен более широко.

Интегральный показатель биологических свойств чернозема обыкновенного при моделировании процесса переувлажнения и оглеения

Рис. 7. Интегральный показатель биологических свойств чернозема обыкновенного при моделировании процесса переувлажнения и оглеения

Таким образом, в результате ряда модельных экспериментов на данном этапе было выявлено, что в черноземе при сочетанном воздействии переувлажнения и органического вещества инициируются глеегенные процессы, которые оказывают влияние на эколого-биологические свойства почвы. Это воздействие выражается в стимуляции общей численность бактерий и подавлении численность актиномицетов, микромицетов и длины грибного мицелия.

Глеевый процесс понижает активность оксидоредуктаз и повышает активность гидролаз. Также незначительно повышается концентрация гумуса, и показатель pH сдвигается в сторону нейтральной реакции среды, происходит накопление большого количества закиси железа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >