Научная статья на тему 'Динамика некоторых показателей биологической активности в торфе целинного и рекультивируемого участков низинной болотной экосистемы'

Динамика некоторых показателей биологической активности в торфе целинного и рекультивируемого участков низинной болотной экосистемы Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
195
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ / БОЛОТНАЯ ЭКОСИСТЕМА НИЗИННОГО ТИПА / МИКРООРГАНИЗМЫ / АССИМИЛИРУЮЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ АЗОТА / АССИМИЛИРУЮЩИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ФОРМЫ АЗОТА / ЦЕЛЛЮЛОЗОРАЗРУШАЮЩИЕ / ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ПРЯМЫМ МИКРОСКОПИРОВАНИЕМ / ДИНАМИКА УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА / МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА / DYNAMICS СО2 / BIOLOGICAL ACTIVITY / LOW-LYING MARSH ECOSYSTEM / MICROORGANISMS / ASSIMILATING ORGANIC FORMS OF NITROGEN / ASSIMILATING MINERAL FORMS OF NITROGEN / CELLULOSE-DECOMPOSING / DEFINED TO STRAIGHT MICROSCOPING / MINERALIZATION OF ORGANIC SUBSTANCE

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Дырин В. А.

В целинном торфе и в остаточном (0,5 1 м) торфе под многолетними злаковыми травами рекультивируемого участка низинной болотной экосистемы определялись в динамике некоторые показатели биологической активности. Показано, что содержание микрофлоры, «дыхание», разложение клетчатки в торфяной почве определяются рядом факторов: гидротермическими условиями, наличием вносимых NPK и спонтанно присутствующего в торфе N-NH3, конкуренцией со стороны растений при ассимиляции питательных веществ. Результаты определения численности микроорганизмов методами прямого счета и посева на питательные среды имеют альтернативный характер, подтверждающий мнение о том, что численность микроорганизмов и их активность не всегда тождественные понятия. Более высокие показатели биологической активности (численность микрофлоры, ассимилирующей органические и минеральные формы азота, интенсивность выделения CO2, минерализация целлюлозы) в остаточном торфе под травами, по сравнению с целинным торфом, свидетельствуют об интенсификации в нем деструктивных процессов.I

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

n peat soil number of the microorganisms assimilating organic and mineral forms of nitrogen, their parity, production СО2, correlating with number of given microorganisms, a cellulose mineralization are defined by a number of factors: a hydrothermal mode, presence of nutrients in the form of NPK and spontaneously present at peat N-NH3, a competition from plants at assimilation of nutrients. Results of definition of number of microorganisms methods of direct consideration under a microscope and crops on nutrient mediums have the alternative character, confirming opinion that number of microorganisms not always reflects their activity.чсь Higher indicators of biological activity in residual peat under grown up cereal grasses, in comparison with a native soil, testify to an intensification in it of destructive processes.

Текст научной работы на тему «Динамика некоторых показателей биологической активности в торфе целинного и рекультивируемого участков низинной болотной экосистемы»

БИОЛОГИЯ

УДК 662.73:665.44

В.А. Дырин

ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В ТОРФЕ ЦЕЛИННОГО И РЕКУЛЬТИВИРУЕМОГО УЧАСТКОВ НИЗИННОЙ БОЛОТНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ

Томский государственный педагогический университет

В предыдущих публикациях авторов [1-3] отмечалась необходимость систематического мониторинга микробиологических процессов в торфах болотных экосистем (БЭС) Томской области. Особенно актуально это для выработанных торфяных месторождений, остаточный торф которых предполагается использовать в качестве сельскохозяйственных угодий. Дело в том, что микроорганизмы не только создают торфяные почвы, обеспечивают их плодородие, но и при определенных технологиях культивирования растений становятся основным фактором, вызывающим деградацию и даже полное исчезновение указанных почв [4-7]. Получить представление о скорости микробиологической деструкции органического вещества торфяного слоя позволяет изучение разных сторон деятельности микрофлоры, в том числе определение ее численности. Однако количественное содержание микроорганизмов в почвах не всегда соответствует их активности [9]. Кроме того, степень обсеменен-ности почв микробными клетками, выявляемая разными методами, может характеризоваться и разными величинами.

В данной работе приведены результаты определения в 2007 г. нескольких параметров биологической активности торфов указанной выше БЭС. Цель исследований - получение очередных сведений об активности микрофлоры в низинных торфяно-болотных почвах Томской области; эти сведения совместно с результатами предыдущих [1-3,

9] и будущих исследований в перспективе сделают возможным создать объективное представление о скорости минерализационных процессов в указанных почвах, а в конечном итоге - осуществить прогноз изменения органического вещества в ходе окультуривания торфяных месторождений.

Методика исследований

Объект исследований - торфяные почвы целинного и рекультивируемого участков (с остаточным слоем торфа 0.5-1 м) низинной болотной экосисте-

мы «Таган», находящейся в Томском районе. Разносторонние характеристики экосистемы содержатся в ряде ранее опубликованных работ [1-3, 9,

10].

Показателями биологической активности были выбраны: 1) численность микроорганизмов, ассимилирующих органические и минеральные формы азота; 2) общая численность микроорганизмов; 3) интенсивность выделения углекислого газа («дыхания»); 4) целлюлозоразрушающая активность.

Исследования проводились по общепринятой методике. При этом микроорганизмы, использующие органические формы азота, выращивались на мясо-пептонном агаре (МПА), использующие минеральные формы азота - на крахмало-аммиачном азоте (КАА), аэробные целлюлозоразрушающие -на твердой агаризованной среде Гетчинсона. Общая численность микроорганизмов выявлялась методом прямого микроскопирования [11, 12]. Продукция С02 определялась по Бойсен-Йенсену после суточной экспозиции навесок торфа в конических колбах на 250 мл с Ва(0Н)2 в лабораторных условиях при 23° С. Целлюлозоразрушающая активность оценивалась по степени разложения льняного полотна, а также (в целинном торфе) по активности роста на питательной среде соответствующей микрофлоры.

Для определения количественного содержания микрофлоры и интенсивности выделения С02 отбирались образцы торфа: на рекультивируемом участке - по всему профилю остаточного слоя (0100 см), на целине - от 0 до 120 см (в июне, июле, августе и сентябре). При определении скорости распада целлюлозы в торф на такие же глубины помещалось льняное полотно. В целинной залежи убыль веса ткани выявлялась один раз после ее выдержки в течение трех месяцев - с 10 июня по 16 сентября, в рекультивируемом торфе - трижды за вегетационный период после каждой выдержки в

течение одного месяца. Одновременно с отбором образцов определялись температура и влажность торфа по слоям.

Анализы выполнялись в трехкратной повторности. По содержанию микрофлоры на питательных средах приведены средние арифметические по повторностям. Данные по микрофлоре, определяемой методом прямого счета, а также по продукции углекислого газа и минерализации целлюлозы обработаны статистически. При этом приняты следующие обозначения: М - среднее, ± т - отклонение от среднего, t - достоверность среднего. Достоверность результатов оценивалась по критерию Стью-дента на уровне 0.05 [13].

Результаты исследований

Динамика численности микроорганизмов, ассимилирующих органические и минеральные формы азота.

Общеизвестно, что соотношение микроорганизмов, произрастающих на МПА и КАА, использует-

ся как показатель интенсивности минерализацион-ных процессов в почве: доминирование в ней вторых указывает на то, что распад органических веществ происходит ускоренными темпами (что характерно для окультуренных почв).

По результатам наших исследований (табл. 1), как в торфе целинного, так и рекультивируемого участков, в верхних горизонтах (0-40 см) численно преобладали микроорганизмы, усваивающие органические формы азота. Микроорганизмы, ассимилирующие минеральные формы азота, доминировали преимущественно в тех горизонтах, которые расположены глубже 40 см. Только в июне и сентябре численность микроорганизмов на КАА превышала таковую на МПА уже после 20 см глубины. Содержание обеих групп становилось меньше по мере углубления; при этом численность микрофлоры на КАА снижалась более равномерно, что особенно характерно для торфа рекультивируемого участка.

Таблица 1

Динамика численности микроорганизмов, ассимилирующих органические (наМПА) и минеральные (на КАА) формы азота в торфе целинного и рекультивируемого участков, тыс. /1 г сухого торфа

Сроки взятия образцов Глубина, см Целинный участок Рекультивируемый участок

г °С Влажность, % На МПА На КАА г °С Влажность, % На МПА На КАА

10 июня 0-20 15.0 78.0 2520.0 1100.0 15.0 74.0 5700.0 3800.0

20-40 14.0 78.0 1500.0 2000.0 14.5 73.5 2050.0 3900.0

40-60 11.0 85.0 600.0 2000.0 12.5 76.0 2000.0 2100.0

60-80 6.8 87..3 200.0 1500.0 7.0 78.0 1400.0 2400.0

80-100 5.0 88.5 215.0 780.0 6.0 83.0 640. 0 2100.0

100-120 4.0 90.0 160.0 520.0 - - - -

15 июля 0-20 16.5 77.3 5800.0 2600.0 17.5 72.0 9200.0 2900.0

20-40 14.3 76.5 3600.0 2600.0 14.5 73.0 3500.0 2500.0

40-60 12.5 85.5 680.0 2000.0 13.0 74.0 2800.0 3000.0

60-80 11.0 87.0 630.0 1400.0 13.0 76.0 2000.0 2500.0

80-100 10.2 88.0 470.0 750.0 10.3 82.5 1780.0 2200.0

100-120 7.0 91.0 360.0 580.0 - - - -

12 августа 0-20 14.2 77.0 4900.0 2000.0 16.5 75.0 10400.0 3300.0

20-40 14.0 77.0 3400.0 1800.0 14.0 75.0 3850.0 3200.0

40-60 12.0 84.5 570.0 1400.0 12.0 77.0 3000.0 3900.0

60-80 10.5 88.5 500.0 2000.0 11.0 82.0 2100.0 3800.0

80-100 7.8 88.0 460.0 770.0 8.0 84.5 1700.0 2000.0

100-120 6.5 89.2 360.0 550.0 - - - -

16 сентября 0-20 4.0 79.0 370.0 1200.0 6.5 79.0 3500.0 4200.0

20-40 8.5 79.0 460.0 1800.0 6.5 75.0 3500.0 4000.0

40-60 11.6 84.0 480.0 1300.0 11.5 77.0 2900.0 3900.0

60-80 10.4 87.7 460.0 1900.0 11.2 83.5 1900.0 2800.0

80-100 7.4 87.0 390.0 670.0 8.2 84.0 2000.0 2800.0

100-120 6.5 89.5 320.0 570.0 - - - -

Примечания: 1) приведены средние арифметические по трем повторностям анализа; 2) на рекультивируемом участке анализировался торф варианта «Злаковые травы + М60Р60К60, ОСТ = 1 м».

В торфе целинного участка максимум в содержании обеих групп микроорганизмов наблюдался в июле в слое 0-20 см, что совпадало с наилучшими показателями температуры и влажности торфа в этот период. В торфе рекультивируемого участка

наибольшая численность микрофлоры на МПА была в августе, на КАА - в сентябре. Вероятно, здесь на росте численности микрофлоры, помимо режимов влажности и температуры, сказалось влияние удобрений (ЫРК): в первые два летних меся-

ца они использовались преимущественно злаковыми травами, в августе и сентябре, в связи с замедлением темпов вегетации растений, питательные вещества стали ассимилироваться и микроорганизмами, что стимулировало их размножение. Особенно заметно конкурирующее влияние растений сказалось на содержании микроорганизмов, использующих минеральные формы азота: в остаточном торфе рекультивируемого участка их численность была наименьшей в июле-августе в слоях 0-20 и 20-40 см.

Аналогичные результаты в распределении характеризуемых групп микроорганизмов в торфах данной БЭС были получены и в предыдущих исследованиях [2, 3, 9, 14]. Этими исследованиями было также установлено, что соотношение микрофлоры на МПА и КАА (в пользу последней) по мере углубления и срокам наблюдений коррелирует с распределением в залежи аммиачной формы азота: с глубиной N - КН3 становится больше, летом и в начале сентября он отсутствует на глубине 0-40 см, вероятно, по причине использования его растениями. В начале же июня [2] и после сентября [9] N - NH3 присутствует во всех слоях залежи. В рекультивируемом торфе, изолированном от корней растений [14], микрофлора на КАА численно преобладает по всему остаточному слою торфа.

Таким образом, в исследуемой торфяной залежи численность микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота, их соотношение определяется рядом факторов: гидротермическими условиями, наличием питательных

веществ в форме NPK, распределение аммиачной формы азота по профилю торфяника и срокам вегетации растений, конкуренцией со стороны растений при усвоении питательных веществ.

Динамика численности микроорганизмов, определяемой прямым микроскопированием.

Подсчет числа микробных клеток методом прямого микроскопирования показал (табл. 2), что с глубиной это число возрастает во все сроки исследований как в торфе целинного, так и рекультивируемого участков. В распределении микрофлоры по срокам наблюдений отмечено два максимума -в июне и сентябре и два минимума - в июле и августе. В предыдущих исследованиях [15] также отмечался рост численности микроорганизмов с глубиной и осенью. Предположительно объяснялось это падением температуры и аэрации торфа по мере углубления и в осенние месяцы: пониженная температура и анаэробиоз сдерживали минерализацию отмерших микробных клеток, и они накапливались в торфе вместе с живыми клетками. Подобное объяснение авторы склонны дать и результатам последних наблюдений. Во-первых, как в торфе целинного, так и рекультивируемого участков (на глубине 0-40 см) происходило заметное снижение численности микроорганизмов в самый благоприятный по гидротермическим условиям (по данным гидрометеослужбы г. Томска) период лета - с 15 июля по 12 августа. Эти условия могли способствовать ускоренному разложению отмерших микробов - они не выявлялись прямым мик-роскопированием, что и сказалось на результатах

Таблица 2

Динамика численности микроорганизмов, определяемой методом прямого счета, в торфе целинного и рекультивируемого участков (млн. /1 г сухого торфа)

Место взятия образцов Глубина, см Микроорганизмы по срокам взятия образцов:

10 июня t 15 июля t 12 августа t 16 сентября t

Целинный участок 0-20 210.0±45.0 4.б 120.0±27.0 4.4 140.0±З2.0 4.3 4З0.0±100.0 4.3

20-40 280.0±б5.0 4.3 200.0±47.0 4.2 240.0±55.0 4.3 500.0±115.0 4.3

40-60 300.0±б7.0 4.4 270.0±б3.0 4.3 З90.0±85.0 4.2 5З0.0±125.0 4.2

60-80 420.0±95.0 4.4 4З0.0±100.0 4.3 540.0±120.0 4.5 б50.0±150.0 4.3

80-100 490.0±11З.0 4.3 510.0 +120.0 4.2 бб0.0±152.0 4.3 700.0±1б5.0 4.2

100-120 б40.0±1б0.0 4.0 б00.0 142.0 4.2 б50.0±150.0 4.3 720.0±1б7.0 4.3

Рекультивируемый участок: «Злаковые травы + ^0Р60К6,Ь ОСТ = 1 М» 0-20 140.0±З5.0 4.0 90.0±21.0 4.2 85.0±20.0 4.2 З80.0±88.0 4.3

20-40 140.0±З2.0 4.2 100.0±2З.0 4.3 85.0±21.0 4.0 450.0±104.0 4.3

40-60 300.0±б8.0 4.4 310.0±б7.0 4.б З10.0±70.0 4.4 450.0±105.0 4.3

60-80 440.0±102.0 4.3 З70.0±85.0 4.3 500.0±115.0 4.3 б00.0±140.0 4.3

80-100 450.0±104.0 4.3 450.0±110.0 4.1 520.0±121.0 4.3 б00.0±142.0 4.2

Рекультивируемый участок: «Злаковые травы + N120P120K120, ОСТ = 1 м^> 0-20 95.0±22.0 4.3 50.0±12.0 4.1 40.0±9.0 4.4 400.0±101.0 3.9

20-40 100.0±24.0 4.1 110.0±2б.0 4.2 80.0±18.0 4.4 З90.0±90.0 4.3

40-60 290.0±б7.0 4.3 280.0±б5.0 4.3 2б0.0±70.0 3.7 З90.0±90.0 4.3

60-80 440.0±100.0 4.4 З70.0±80.0 4.б 500.0±117.0 4.2 б00.0±145.0 4.1

80-100 445.0±10З.0 4.3 4б0.0±107..0 4.3 500.0±115.0 4.3 б10.0±145.0 4.2

Рекультивируемый участок: «Злаковые травы без удобрений, ОСТ = 0,5 м» 0-20 100.0±25.0 4.0 б0.0±15.0 4.0 55.0±12.0 4.5 З90.0±90.0 4.3

20-40 120.0±27.0 4.4 б5.0±15.0 4.3 55.0±12.0 4.5 З95.0±92.0 4.3

Примечания: 1) при п = 3, на уровне 0.05, 1 = 4.3; 2) ОСТ - остаточный слой торфа; в варианте с ОСТ = 0.5 м его толщина уменьшилась до 40 см.

подсчета числа клеток. Во-вторых, численность микробов в рекультивируемом торфе значительно уступает таковой в целинном торфе и особенно заметно - в варианте с удвоенной дозой минеральных удобрений С^120Р120 К120). Вариант «Травы без удобрений, ОСТ = 0,5 м» по содержанию микробов занимает промежуточное положение между вариантами с ^0Р60 К60 и N120P120K120. Торф в указанном варианте перемешан с песчаным грунтом; возможно благодаря этому гидротермические условия здесь таковы [2], что они также способствуют разложению отмерших микроорганизмов; в итоге общее число микробных клеток в почве данного варианта оказалось ниже, чем в торфе целины.

Сезонная динамика микрофлоры наиболее выражена в верхних (0-40 см) горизонтах залежи. Глубже 40 см она характеризуется относительно постоянными величинами; при этом содержание микрофлоры в остаточном торфе рекультивируемого участка по своим значениям не отличается существенно от такового в торфе целинного участка.

Есть сведения [16], согласно которым в остаточно торфяной почве в условиях криогенеза происходил резкий подъем количества бактерий в нижней части профиля в надмерзлотном горизонте, что объясняется вымыванием микроорганизмов талыми водами из верхних горизонтов; микробы при этом остаются в жизнеспособном состоянии благодаря низким температурам нижних горизонтов. Возможность вымывания микробов в нижние горизонты нельзя отрицать и для почвы исследуемой БЭС. В связи с этим рост их численности с глубиной можно представить как суммарный результат вымывания и накопления клеток (отмерших и живых).

Сопоставление результатов прямого микроско-пирования (1) и метода посева микрофлоры на пи-

тательные среды (2) показывает, что они имеют противоположный характер: численность микрофлоры, определяемая (1) выше в целинном торфе, в июне и сентябре (и ниже в июле-августе), возрастает с глубиной; численность микрофлоры, определяемая (2), наоборот, выше в рекультивируемом торфе, в июле-августе (и ниже июне и сентябре) уменьшается с глубиной. Следовательно, полученные результаты прямого микроскопирования не соответствуют активности (жизнеспособности) выявляемой микрофлоры, что не противоречит и литературным данным [11, 21] и что может служить косвенным подтверждение нашего предположения о накоплении отмерших микробных клеток.

Динамика выделения С02

Этот показатель биологической активности (табл. 3) согласуется с динамикой численности микрофлоры, выявляемой методом посева, - на МПА и КАА. Его значения уменьшаются с глубиной - относительно резко в летние месяцы и постепенно - в сентябре, когда температура верхних слоев торфа существенно понижается, а нижних -остается на уровне значений предыдущего месяца. Максимальная продукция углекислого газа отмечена в июле и августе, минимальная - в сентябре как в торфе целинного, так и рекультивируемого участков. Однако такая динамика «дыхания» почвы была характерна только для верхних горизонтов: 0-20 см, в котором она была выражена наиболее заметна, и 20-40 см, в котором она проявилась слабее. Глубже 40 см продукция С02 имела приблизительно одинаковые значения во всех слоях залежи - и в целинном торфе, и в остаточном торфе рекультивируемого участка. Интенсивность «дыхания» была выше в торфе рекультивируемого участка на глубине 0-40 см.

Таблица 3

Динамика выделения СО2 из торфа целинного и рекультивируемого участков

Место взятия образцов Глубина, см С02, мл /100 г сухого тор< >а за час по срокам взятия образцов:

10 июня г 15 июля г 12 августа г 16 сентября г

Целинный участок 0-20 8.8±2. 0 4.4 16.2±3.7 4.3 15.3±3.2 4.7 3.4±0.7 4.8

20-40 2.5±0.5 5.0 5. 2±1.2 4.3 4.6±1.1 4.2 4.2±1.0 4.2

40-60 2.5±0.6 4.1 2.0±0.4 5.0 2.4±0.5 4.8 2.6±0.6 4.3

60 - 80 1.1±0.2 5.5 1.0±0.2 5.0 1.1±0.2 5.5 1.3±0.3 4.3

80 - 100 1.2±0.4 3.0 1.0±0.3 3.3 1.0±0.3 3.3 1.5±0.4 3.7

100-120 1.1±0.3 3.7 1.0±0.3 3.3 0.5±0.2 2.5 0.7±0.2 3.5

Рекультивируемый участок: «Злаковые травы + ^0Р 60К^ ОСТ = 1 м^> 0-20 15.2±3.4 4.4 22.1±5.2 4.2 21.0±4.9 4.2 4.1±0.9 4.5

20-40 4.2±1.0 4.2 7.3±1.7 4.3 7.8±1.6 4.8 4.0±0.9 4.4

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

40-60 1.2±0.3 4.0 2.2±0.5 4.4 2.5±0.6 4.1 2.7±0.6 4.5

60 - 80 1.0±0.3 3.3 1.1±0.3 3.7 1.0±0.3 3.3 1.7±0.4 4.2

80 - 100 0.6±0.2 3.0 1.0±0.3 3.3 0.6±0.2 3.0 1.0±0.3 3.3

Примечание: при п = 3, на уровне 0.5, 1 = 4.3

Предыдущие определения биологической активности целинного таганского торфа по интенсивности «дыхания» не в свежевзятых образцах, а после их компостирования в течение 20-30 дней при 27° С и

60-70 % влажности [9] выявили следующее. Через 10 дней компостирования количество С02, выделившегося из торфа, взятого на глубине 130-160 см, сравнялось с количеством С02, выделившимся из

торфа, взятого из верхнего слоя (10-40 см), а через 20-30 дней превысило его. Аналогичные результаты были получены и по микрофлоре, утилизирующей органические и минеральные формы азота. Объяснялось это тем, что нижние слои торфа данной БЭС отличаются сравнительно высокими значениями pH (7 и выше), высоким содержанием легкодоступных форм азота и зольных элементов, что представляет собой потенциально благоприятную среду для развития микрофлоры даже на большой глубине.

Таким образом, более высокая продукция С02 в рекультивируемом торфе свидетельствует и о большей активности его микроорганизмов. Усиление «дыхания» в компостируемом торфе, взятом из нижних горизонтов неосушенной залежи, дает возможность предположить, что окультуривание остаточного торфа на выработанном участке БЭС вызовет существенный рост активности его микрофлоры и соответственно - усиление минерализации различных органических соединений.

Низкая активность целлюлозоразрушающей микрофлоры в неосушенном торфе БЭС «Таган» была установлена и в предыдущих исследованиях [2], когда деструкция целлюлозы, определяемая весовым методом, происходила до глубины 40 см, а нингидриновая реакция отмечалась только до глубины 60 см. Основным препятствием для интенсивной деятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов является высокая влажность целинного торфа - это единодушное мнение большинства исследователей [17]. Компостирование таганского торфа [9], смешанного с минеральными солями (К2С03, КН4К03 и другими), выявило высокую потенциальную активность целлюлозоразру-шителей не только из верхних (0-40 см), но и из нижних горизонтов (130-160 см): утилизация клетчатки в компостах, приготовленных на основе торфа из указанных горизонтов, после 40 дней выдержки при 20° С и 70 % влажности характеризовалась одинаковыми величинами. Особенно существенно возрастает деструкция целлюлозы и активизируется рост микрофлоры при внесении в торф калия и меди (в форме калий- и медьсодержащих

Целлюлозоразрушающая активность.

Неосушенная почва целины отличается низкой активностью целлюлозоразрушающих микроорганизмов (табл. 4). Это видно как по слабому их развитию на питательной среде, так и по убыли веса льняной ткани, помещенной в торф. Относительно заметный распад ткани (12.1 %) отмечен только в слое 0-20 см, глубже - в слое 20-40 см - данный процесс характеризуется малодостоверными величинами (1 - ниже 4.3). В слое 40-60 см деятельность целлюлозоразрушителей обнаруживалась только по нингидриновой реакции. Глубже 60 см следы деятельности микрофлоры не выявлялись даже после трех месяцев выдержки ткани в торфе. В то же время развитие аэробной микрофлоры на питательной среде происходило при посеве из всех взятых слоев торфа (0-120 см). Следовательно, целлюлозоразрушающие микроорганизмы содержатся и в нижних горизонтах залежи, но находятся они здесь в неактивном состоянии.

солей) - [18], которые содержатся в нем в минимальных количествах или отсутствуют совсем [19].

В остаточном торфе рекультивируемого участка минерализация целлюлозы происходила значительно более быстрыми темпами, чем в торфе неосушенной залежи (таблица 5). Так, убыль веса ткани в торфе под травами без удобрений с 10 июня по 15 июля в слое 0-20 см более чем в два раза, а в слое 20-40 см более чем в девять раз превысила таковую в соответствующих слоях целинного торфа (таблица 4). Определяемый весовым методом распад ткани наблюдался до глубины 60 см, в нижерасположенных слоях деятельность микрофлоры выявлялась только нингидриновой реакцией. Влияние удобрений на данный процесс с 10 июня по 12 августа отсутствовало, аналогичная закономерность была отмечена и исследованиями 2004 г. [2].

Весьма заметным воздействие удобрений на разложение ткани было с 12 августа по 16 сентября. Возможно, что до указанного срока удобрения опережающе ассимилировались травами, а со второй половины августа, когда активность вегетации

Таблица 4

Активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в торфе целинного участка

Глубина, см Влажность, % Убыль веса ткани, % г Содержание целлюлозоразрушающих микроорганизмов, % обрастания комочков торфа г

0-20 77.8 12.1±2.7 4.4 16.0±3.7 4.3

20-40 77.6 2.4±0.7 3.4 6.0±1.4 4.2

40-60 84.7 + - 6.0±1.2 5.0

60-80 87.6 - - 4.0±0.9 4.4

80-100 87.8 - 4.0±0.8 5.0

100-120 89.9 - 4.0±0.9 4.4

Примечания: 1) при п = 3, на уровне 0.05, 1 = 4.3; 2) «+» - есть нингидриновая реакция, «-» - нингидриновая

реакция отсутствует; 3) полотно выдерживалось в торфе с 10 июня по 16 сентября.

Таблица 5

Динамика минерализации целлюлозы в остаточном торфе рекультивируемого участка

Варианты опыта Глубина, см % разложения льняной ткани по срокам:

С 10 июня по 15 июля t C 15 июля по 12 августа t С 12 августа по 16 сентября t

Злаковые травы без удобрений, ОСТ = 1 м 0-20 28.0±6.3 4.4 29.2±6.7 4.3 8.5±1.9 4.4

20-40 19.3±4.0 4.8 18.0±4.1 4.3 8.1±1.8 4.5

40-60 4.8±1.1 4.3 3.8±0.8 4.2 4.0±0.9 4.4

60-80 + - + - + -

80-100 + - + - + -

Злаковые травы + 60^ ОСТ = 1 м 0-20 25.6±6.0 4.2 26.3±5.8 4.5 36.0±8.4 4.3

20-40 14.2±2.6 5.4 15.5±3.1 5.0 8.3±2.0 4.1

40-60 4.9±1.1 4.4 4.0±0.8 5.0 4.2±0.9 4.6

60-80 + - + - + -

80-100 + - + - + -

Злаковые травы + N120Р120К120, ОСТ=1м 0-20 29.0±6.6 4.3 28.3±6.7 4.2 40.5±9.5 4.2

20-40 18.5±4.2 4.4 16.5±3.8 4.3 8.2±1.8 4.5

40-60 4.7±1.1 4.2 5.0±1.1 4.5 4.3±0.9 4.7

60-80 + - + - + -

80-100 + - + - + -

Злаковые травы без удобрений, ОСТ = 0.5 м 0-20 30.4±7.0 4.3 32.2±7.4 4.3 4.5±1.1 4.1

20-40 20.0±4.7 4.2 30.3±7.0 4.3 4.4±1.1 4.0

Примечания: 1) «+» - нингидриновая реакция; 2) при n = 3, на уровне 0.05, t = 4.3.

растений снизилась, питательные вещества стали использоваться и микрофлорой - это активизировало ее, и минерализация целлюлозы интенсифицировалась. Подтверждением данного предположения может служить тот факт, что в торфе под травами без удобрений (ОСТ = 1 м и ОСТ = 0.5 м) в августе-сентябре процент разложения ткани был незначительным. В слое 40-60 см с июня по август целлюлозоразрушающая активность в торфе всех вариантов была приблизительно одинаковой - вероятно, из-за нивелированности условий обитания микроорганизмов на этих глубинах (гидротермического и питательного режимов).

Несколько выделяется вариант с остаточным слоем торфа 0.5 м - более высокими показателями характеризуемого процесса. В данном варианте торф перемешан с песчаным грунтом, подстилающим БЭС. Как известно, примеси минеральных грунтов улучшают физические свойства торфа и, в частности, улучшают его теплопроводность и аэрацию [20]. По указанной причине, предположительно, утилизация целлюлозы в остаточном слое торфа (0-40 см) происходит более быстрыми темпами, что было отмечено и в исследованиях, проведенных в 2004 г. [2]. Заметнее всего распад клетчатки в торфе этого варианта наблюдался с июня по август. Здесь же происходило и сравнительно резкое снижение скорости утилизации ткани в августе-сентябре - из-за более быстрого охлаждения остаточного слоя торфа.

Таким образом, существенное увеличение темпов минерализации клетчатки в остаточном торфе,

высокая потенциальная активность данного процесса, выявляемая компостированием, позволяют предположить, что рекультивация выработанного участка БЭС «Таган» будет сопровождаться усиленной минерализацией углеродсодержащих соединений торфа.

Выводы

1. В низинной торфяной залежи БЭС «Таган» численность микроорганизмов, ассимилирующих органические и минеральные формы азота, их соотношение определяются рядом факторов: гидротермическими условиями, наличием питательных веществ в виде вносимых NPK и спонтанно присутствующей в залежи N - NH3, распределением последней по торфяному профилю и срокам вегетации растений, конкуренцией или отсутствием таковой со стороны растений при использовании питательных веществ.

2. Результаты определения численности микроорганизмов методами прямого микроскопирования и посева на МПА и КАА имеют противоположный характер, подтверждающий мнение о том, что численность микроорганизмов не всегда отражает их активность.

3. В неосушенной торфяной почве целинного участка аэробная целлюлозоразрушающая микрофлора выявлена по всему исследованному профилю (0-120 см), в то же время относительно заметная деструкция клетчатки, определяемая по убыли веса полотна, зафиксирована только до глубины 40 см, нингидриновая реакция - до глубины 60 см. Следовательно, на глубине от 40 до 120 см целлю-

лозоразрушающие микроорганизмы находятся в динамикой численности микрофлоры, растущей на

малоактивном и неактивном состояниях. МПА и КАА, что свидетельствует о более высокой

4. В остаточной торфяной почве рекультивируе- активности микроорганизмов в указанный период

мого участка минерализация целлюлозы не зависе- (с наилучшими значениями гидротермического ре-

ла от внесенных удобрений в июне-августе и су- жима).

щественно усилилась в августе-сентябре, что, ве- 6. Более высокие показатели биологической ак-

роятно, обусловлено опережающей ассимиляцией тивности (численность микроорганизмов, исполь-

питательных веществ растениями, активно вегети- зующих органические и минеральные формы азо-

рующими летом, и снижением их активности в та, продукция С02, % разложения клетчатки) в ос-

конце лета - начале осени. таточном торфе рекультивируемого участка, по

5. Динамика С02 характеризуется максималь- сравнению с целинной залежью, свидетельствуют

ными значениями в июле-августе и минимальны- об интенсификации в нем процессов деструкции

ми - в июне и сентябре как в торфе целинного, так органических веществ.

и рекультивируемого участков, что согласуется с Поступила в редакцию 26.02.2008

Литература

1. Дырин В.А. Мониторинг микробиологических процессов в рекультивируемом участке болотной экосистемы (БЭС) «Таган» // Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты / Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Томск, 2005.

2. Дырин В.А., Красноженов Е.П. Динамика микробиологических процессов в целинном и рекультивируемом участках болотной экосистемы низинного типа // Вестник ТГПУ. Серия: естественные и точные науки. Вып. 6 (57). 2006.

3. Дырин В.А., Красноженов Е.П. Активность микрофлоры в целинной и рекультивируемой торфяно-болотных почвах низинного типа // Вестник ТГПУ. Серия: естественные и точные науки. Вып. 6 (69). 2007.

4. Скрынникова И.Н. Почвенные процессы в окультуренных торфяных почвах. М., 1961.

5. Скоропанов С.Г. Мелиорация торфяников и проблема органического вещества // Изменение торфяных почв под влиянием осушения и использования / Мат-лы науч.-метод. совещ. стран-участниц СЭВ. Минск, 1969.

6. Головко Э.А., Переверзев В.Н. Микробиологические процессы в торфяно-болотных почвах Кольского полуострова при их освоении // Природа и хозяйство Севера. Вып. 2, ч. 2. Апатиты, 1971.

7. Зименко Т.Г. Микробиологические процессы в мелиорированных торфяниках Белоруссии и их направленное регулирование. Минск, 1977.

8. Головченко А.В. Структурно-функциональная организация микробных сообществ торфяных почв // Болота и биосфера / Мат-лы шестой Всероссийской научной школы. Томск: ТГПУ, 2007.

9. Дырин В.А. О биологической активности низинных торфяников Томской области. Дисс...канд. биол. наук. Алма-Ата, 1978.

10. Инишева Л.И. и др. Выработанные торфяные месторождения, их характеристика и функционирование. Томск, 2007.

11. Виноградский С.Н. Микробиология почвы. Проблемы и методы. М., 1952.

12. Аникиев В.В., Лукомская К.А. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М., 1977.

13. Федоров А.И. Методы математической статистики в биологии и опытном деле. Алма-Ата, 1967.

14. Дырин В.А. Культивирование трав на выработанном торфянике и его биологическая активность. Деп. во ВНИИТЭИСХ под № 79 ВС - 86 Деп., 1986.

15. Головкова Д.С., Дырин В.А. Динамика общего количества микроорганизмов в целинном и рекультивируемом участках болотной экосистемы «Таган» / Мат-лы X Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование», т. 1, ч. 1. Томск, 2006.

16. Кухаренко О.С., Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Матышак Г.В. Бактериальные комплексы торфяных почв в условиях криогенеза // Болота и биосфера / Мат-лы пятой научной школы «Болота и биосфера». Томск, 2006.

17. Наплекова Н.Н. Аэробное разложение целлюлозы микроорганизмами в почвах Западной Сибири. Новосибирск, 1974.

18. Камбалова Н.П., Дырин В.А. Активность процессов трансформации углеродсодержащих соединений в торфе болотной экосистемы «Таган» / Мат-лы X Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование». Томск, 2006. Т. 1,

ч. 1.

19. Блинков Г.Н., Быков В.М. О значении меди как микроудобрения на торфяниках // Флора, растительность и растительные ресурсы Забайкалья и сопредельных областей. Чита, 1972. Вып. 3.

20. Леуто И.Э., Бойко А.Т. Многолетние травы на выработанных торфяниках. Минск, 1979.

21. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М., 1958.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.