WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Микрофлора мерзлотных лугово-степных почв центральной якутии и влияние на неё разных доз тяжелых металлов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СТРУЧКОВА ЛУИЗА КОНСТАНТИНОВНА

МИКРОФЛОРА МЕРЗЛОТНЫХ ЛУГОВО-СТЕПНЫХ ПОЧВ

ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ И ВЛИЯНИЕ НА НЕЁ РАЗНЫХ ДОЗ

ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

03.02.08 – экология (биология) (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Благовещенск – 2011

Работа выполнена на кафедре биологии Биолого-географического факультета ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент

Щелчкова М. В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Черосов М.М.,

доктор биологических наук,

академик РАСХН

Тильба В.А.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Якутская государственная

сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 27 декабря 2011г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.03 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу: 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ауд. 223, тел. (факс): 8(4162)49-10-44, 8(4162)51-32-42, e-mail: agrodis@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Автореферат размещен на сайтах: http://dalgau.ru , http://mon.gov.ru .

Автореферат разослан «___» ноября 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Е.Б. Захарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Почва представляет собой многокомпонентную биоминеральную (биокосную) динамическую систему, находящуюся в материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой, частично вовлеченную в биологический цикл круговорота веществ. Обязательными компонентами почвы являются живые микроорганизмы (Смагин, 1996). Им принадлежит огромная роль в осуществлении почвообразовательных процессов, разложении органического вещества, трансформации органических и минеральных веществ, формировании пищевого режима и плодородия почв. Важными экологическими функциями почвенной микрофлоры является осуществление круговорота веществ и поддержание почвенного гомеостаза. Вместе с тем почвенные микроорганизмы очень чутко реагируют на изменения окружающей среды, что определяет целесообразность использования их в мониторинге почв, подверженных загрязнению различными поллютантами.

В настоящее время все большую актуальность приобретает вопрос об устойчивости почв к избыточному поступлению в них тяжелых металлов (Бертокс,1980; Лимини и др., 2003; Гусакова, 2004; Радомская и др., 2006; Тимофеева, 2007). В условиях Якутии усиление рассеивания тяжелых металлов вызвано не только развитием добывающей промышленности, но и урбанизацией территории. Исследования почв наиболее плотно населенной местности «Туймаада» показывают, что в них максимальные концентрации Be, V, Ti, Cr, Mg, Co, Ni, Cu, Mo, Cd, Pb, Zn достигают и превышают уровень ПДК (Макаров, 2002; Картографический атлас…, 2007). Пахотные почвы могут загрязняться тяжелыми металлами, поступающими в составе фосфорных удобрений: последние содержат до 220мг Рb и до 1400мг Zn на кг (Водяницкий, 2004). Это обстоятельство особенно важно для мерзлотных почв Якутии, слабо обеспеченных подвижным фосфором и нуждающихся при освоении под пашню в регулярном внесении фосфорных удобрений.

Благодаря высокой поглотительной способности почвы аккумулирует тяжелые металлы, концентрации которых могут достигать значений, токсичных для её живого населения. Это неизменно приводит к снижению биологического потенциала почв, частичной и даже полной потере важнейших почвенных функций (Трофимов, 1989).

Характер и степень воздействия тяжелых металлов на почву определяются комплексом факторов: буферной способностью (устойчивостью) данной почвы к тяжелым металлам, природой металла и спецификой его взаимодействия с биологическими агентами (почвенными микроорганизмами, ферментами, растениями). Следовательно, каждому типу почвы, развивающемуся в конкретной экологической обстановке и обладающему характерным для него уровнем биологической активности и буферности, соответствует присущий только ему «ответ» на загрязнение тяжелыми металлами.

Центральная Якутия располагает большим резервом плодородных земель. Из всего разнообразия почвенного покрова наибольшим потенциальным плодородием характеризуются мерзлотные черноземы и лугово-черноземные почвы. Они широко используются под пашни и пастбищные угодья (Еловская, Коноровский и др., 1966). Генетические, физико-химические и агрохимические свойства этих почв достаточно хорошо изучены, однако микробиологическая активность и влияние на неё разных доз тяжелых металлов до сих пор не исследовалась. В связи с этим представляет большой научный и практический интерес изучение микробиологических показателей лугово-степных почв при воздействии на них разных доз тяжёлых металлов. Необходимость проведения исследований в данном направлении определяет актуальность выполненной работы.

Цель работы – исследование особенностей микрофлоры мерзлотных лугово-степных почв Центральной Якутии и изучение влияния на неё разных доз тяжелых металлов.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:



  1. на основе определения основных трофических и таксономических групп микроорганизмов изучить численность микрофлоры и состав микробного комплекса мерзлотных черноземов, лугово-черноземных и дерново-глееватых почв в условиях незагрязненных ландшафтов;
  2. изучить сезонную динамику и профильное распределение микрофлоры в данных типах почв;
  3. изучить влияние Cu, Zn, Pb, Cd и их комплекса в дозах 0,5ПДК, 1ПДК, 5 ПДК, 10ПДК, 30 ПДК на численность и состав микроорганизмов мерзлотного чернозема в условиях модельного лабораторного опыта;
  4. изучить комплексное воздействие Cu, Zn, Pb, Cd в дозах 1ПДК и 5ПДК на микрофлору мерзлотной лугово-черноземной почвы и урожайность ячменя сорта «Тамми» в условиях мелкоделяночного опыта.

Научная новизна. Получены новые данные о численности и составе микробного комплекса мерзлотных черноземов, лугово-черноземных и дерново-глееватых почв Центральной Якутии. Выявлены особенности микрофлоры в связи с генетическими и физико-химическими свойствами почв. Впервые в мерзлотных черноземах изучено влияние тяжелых металлов Cu, Zn, Cd, Pb на численность различных трофических и таксономических групп микроорганизмов в широком диапазоне концентраций - от низких концентраций (0,5 ПДК), до средних (1ПДК) и высоких (5ПДК, 10ПДК, 30ПДК) концентраций. Впервые для данного региона в условиях мелкоделяночного опыта на мерзлотной лугово-черноземной почве получена информация о комплексном влиянии Cu, Zn, Cd, Pb на состав и численность микрофлоры, а также урожайность ячменя сорта «Тамми»,

Практическая значимость. Результаты исследования микрофлоры могут быть использованы для оценки потенциального и актуального плодородия мерзлотных черноземов и лугово-черноземных почв. Показана перспективность использования микробиологических показателей - численность бактерий, использующих органические и минеральные формы азота, олигонитрофилов и бактерий рода Azotobacter для диагностики загрязнения тяжелыми металлами лугово-степных почв Центральной Якутии. Полученные результаты расширили информационные данные о микробиологических особенностях мерзлотных лугово-степных почв, их можно применять в сельскохозяйственной практике, а также при проведении экологического мониторинга.

Защищаемые положения.

1. Мерзлотные черноземы, лугово-черноземные и дерново-глееватые почвы Центральной Якутии характеризуются высокой биогенностью; численность бактерий разных трофических групп достигает в них несколько десятков миллионов клеток/г почвы и сопоставима с численностью микроорганизмов в аналогичных типах почв не мерзлотного ряда. Высокая биогенность мерзлотных лугово-степных почв определяется их генетическими и экологическими особенностями.

2. Состав микробного комплекса мерзлотных лугово-степных почв отражает направленность и интенсивность трансформации органического вещества в них.

3. Возрастающие дозы тяжелых металлов Cu, Zn, Pb, Cd приводят к снижению численности всех трофических и таксономических групп микроорганизмов в мерзлотных черноземах. Токсичность тяжелых металлов по отношению к большинству групп почвенных микроорганизмов образуют ряд: (Cu+Zn+Pb+Cd)>Cd>Pb>Zn>Cu.

4. Комплексное воздействие тяжелых металлов в дозах 1ПДК и 5ПДК снижает численность микроорганизмов в мерзлотной лугово-черноземной почве, ухудшает структуру урожая и понижает урожайность зеленой массы ячменя. Численность гетеротрофов, бактерий, использующих минеральные формы азота, актиномицетов, олигонитрофилов и бактерий рода Azotobacter можно использовать для диагностики эффективного плодородия мерзлотных лугово-степных почв и загрязнения их тяжелыми металлами.

Апробация. Основные положения диссертации были представлены на: форуме научной молодежи Дальнего Востока и Сибири в г. Нерюнгри (Нерюнгри, 2007); конференции Биолого-географического факультета Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова (Якутск, 2007); международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2007, 2008); конференции научной молодежи, посвященной 50-летию СО РАН «Эрэл-2007» (Якутск, 2008), Научной конференции Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова (Якутск, 2008); «XII Лаврентьевские чтения» Республики Саха (Якутия) (Якутск, 2008); международный, молодежный научный форум «Ломоносов – 2008» (XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов») (Москва, 2008); V Всероссийском съезде общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); форуме научной молодежи Якутии им. В.П. Ларионова (Якутск, 2009); аспирантских чтениях Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова (Якутск 2008, 2009).

Предварительные результаты научной работы были отмечены дипломом первой степени Министерства образования и науки РФ на Всероссийском открытом конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам. За выполнение данной работы был получен Грант Президента РФ для обучения за рубежом в 2009-2010гг., который позволил пройти научную стажировку в Университете Рединга, Великобритания.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы (293 отечественных и 27 зарубежных источников). Работа изложена на 158 страницах машинописного текста и включает в себя 28 таблиц и 26 рисунков.





Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к.б.н., доц. Марине Владимировне Щелчковой за оказанное внимание и поддержку в проведении исследовательской работы и обсуждении результатов научного труда. Особую признательность автор выражает коллективу кафедры биологии ФГАОУ ВПО «Северо-Восточной Федеральный университет им. М.К. Аммосова», а также директору Ботанического сада Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Федорову И.А. за организационную и консультативную помощь.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Микрофлора почв и влияние на неё разных доз тяжелых металлов (обзор литературы)

Приведена характеристика численности, таксономического состава почвенных микроорганизмов и функций, выполняемых почвенной микрофлорой. Представлен краткий обзор изученности микрофлоры мерзлотных почв Якутии. Рассмотрены основные закономерности влияния тяжелых металлов на численность и метаболическую активность почвенной микроорганизмов и механизмы устойчивости микроорганизмов к тяжелым металлам.

Глава 2 Природные условия района исследования

Приведено описание геоморфологии, геологии, климата, растительного и почвенного покровов и мерзлотных условий Центральной Якутии. Наиболее подробно охарактеризованы генетические особенности и физико-химические свойства исследуемых мерзлотных черноземов, лугово-черноземных и дерново-глееватых почв.

Глава 3. Объекты и методы исследования

Для характеристики микрофлоры мерзлотных лугово-степных почв Центральной Якутии и влияния на неё разных доз тяжелых металлов определяли численность основных трофических и таксономических групп микроорганизмов:

1) гетеротрофные бактерии, использующие органические источники азота, выделяли на мясо-пептонном бульоне (МПА);

2) в составе гетеротрофных бактерий выделяли спорообразующие бациллы - на смеси мясо-пептонного и сусло-агара после предварительной пастеризации почвенной вытяжки;

3) бактерии и актиномицеты, использующие минеральные формы азота, выделяли на крахмало-аммиачном агаре (КАА);

4) олигонитрофильные бактерии, использующие следовые количества азота, определяли на среде Эшби;

5) грибы выделяли на среде Чапека;

6) аэробные азотфиксирующие бактерии р. Azotobacter выделяли на среде Эшби методом посева почвенных комочков;

7) анаэробные азотфиксирующие бактерии Clostridium pasteurianum выделяли на жидкой среде Виноградского.

Посев на твердые и жидкие питательные среды производили методом предельных разведений почвенной суспензии, повторность посева 3-х, 4-х кратная.

Исследования проводили в три этапа.

На I этапе исследований в 2005-2007гг., изучали численность, профильное распределение микрофлоры, состав микробного комплекса и сезонную динамику микроорганизмов в незагрязненных мерзлотных черноземах, лугово-черноземных и дерново-глееватых почвах. Для этого на II надпойменной террасе реки Лена в 14км к юго-востоку от г. Якутска под старой 40-летней залежью на характерных для данных типов почв элементах рельефа были заложены опорные почвенные разрезы. В них исследовали морфологические, генетические и основные физико-химические свойства почв принятыми в почвоведении методами (Аринушкина, 1970; Ковда, Розанов, 1988). Валовое содержание тяжелых металлов Cu, Zn, Cd, Pb определяли методом индукционно-связанной плазмы. В опорных почвенных разрезах ежегодно в середине июля производили стерильный отбор почвенных проб. Пробы отбирали послойно в пределах генетических горизонтов почв (с шагом 10см до глубины 50см; с шагом 20см до глубины 110см). Пробы до момента определения микроорганизмов хранили в холодильнике при низкой отрицательной температуре. В 2005 и 2006гг. изучали сезонную динамику микроорганизмов в данных типах почв. Для этого ежемесячно с июня по сентябрь отбирали почвенные пробы из гумусо-аккумулятивных горизонтов с глубин 0-10 и 10-20см с одновременным определением температуры и влажности почв в данных слоях. Температуру определяли коленчатым термометром Саввинова, полевую влажность почв - весовым методом.

На II этапе исследований в 2006-2008гг. изучали влияние солей тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в разных дозах на численность основных трофических и таксономических групп микроорганизмов в мерзлотном черноземе в условиях модельного лабораторного опыта. Почву для эксперимента отбирали из верхнего 20-см слоя мерзлотного чернозема в опорном разрезе, высушивали, просеивали через сито с диаметром пор 2мм, набивали в пластиковые сосуды по 70 г почвы, увлажняли до 70 % от полной влагоемкости, вносили тяжелые металлы в форме легкорастворимых солей (CuSO4 5H2O, ZnSO4 7H2O, Pb(NO3)2, CdSO4) и инкубировали почву в течение 7 дней, поддерживая заданную влажность. Затем в почвах определяли численность микроорганизмов. Схема опыта приведена в таблице 1. Повторность опыта 3-х кратная.

Таблица 1

Схема модельного опыта по влиянию тяжелых металлов на микробиологическую активность мерзлотного чернозема

Тяжелые металлы

Вариант опыта (количество вносимого металла, мг/кг)

контроль

0,5 ПДК

1,0 ПДК

10,0 ПДК

30,0 ПДК

Zn

0



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.